fanuc数控系统范文
时间：2023-04-08 17:01:50
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篇1
关键词：数控系统；fanuc；编程
现在典型的数控系统都含有CNC控制装置和I/O逻辑处理装置。CNC装置完成插补、控制和监控管理等功能，而I/O逻辑处理主要都是PLC处理。FANUC数控系统也含有CNC控制器和PLC，但FANUC数控系统的PLC在该公司产品系列中把通常称谓的PLC称为PMC。其主要原因是通常的PLC主要用于一般的自动化设备，具有像输入、与、或、输出、定时器、计数器等功能，但是缺少针对机床的便于机床控制编程的功能指令，像快捷选刀、用于机床的译码指令等，一般PLC是没有的，而FANUC数控系统中PLC，除具有一般PLC逻辑功能外，还专门设计了便于用户使用针对机床控制的功能指令，故FANUC数控系统把数控系统中PLC称为PMC(可编程机床控制器)。
1 FANUC 系统简介
1.1 CNC是数控系统的核心，机床上I/O及设备与CNC数据交换，都要通过PMC处理，才能完成，PMC起着机床与CNC之间桥梁作用。
1.2 机床本体上的信号进入PMC，输入信号为X地址信号，输出到机床本体信号为Y信号地址，因内置PMC和外置PMC不同，地址的编排和范围有所不同。
1.3 根据机床动作要求，编制PMC程序，由PMC处理送给CNC装置的信号为G信号，CNC处理结果产生的标志位为F信号，直接用于PMC逻辑编程，各具体信号含义可以参考FANUC相关技术资料。机床本体上的一些开关量通过接口电路进人系统，大部分信号进入PMC控制器参与逻辑处理，处理结果送给CNC装置。
1.4 其中有一部分高速处理信号如“DEC(减速)、ESP(急停)、SKIP(跳跃）”等直接进入CNC装置，由CNC装置来处理相关功能。CNC输出控制信号为地址信号，该信号根据需要参与PMC编程。
因为现在的中高档数控系统已经把CNC、PMC(PLC)紧密结合在一起，数控系统柔性更强，CNC与PMC之间有G、F信号关联，而PMC与MT之间通过X、Y地址输入输出。外部信号要进入CNC以及CNC信号要输出控制机床，均需用户编制PMC程序。
如要正确应用FANUC数控系统，必须要理解控制对象(机床)的动作要求，明确有哪些信号输入数控系统，数控系统要输出哪些控制信号，各个信号的作用和电平要求。掌握PMC和CNC装置之间G和F各个信号时序和逻辑要求，根据机床动作要求，分清哪些需要进入CNC装置(G信号)，哪些信号(F信号)从CNC装置输出，哪些信号需要参与编制逻辑程序。最后在理解机床动作基础上，应用PMC编程指令，编制程序，对程序进行调试。
2 FANUC PMC编程基本工作原理
2.1 循环执行
FANUC顺序程序从梯形图的开头执行直到梯形图结束。在程序执行完后，再次从梯形 图的开头执行，这被称为循环执行。从梯形图的开头直至结束的执行时间成为循环处理周期，它取决于控制的规模(程序步数）和第一级程序的大小，处理周期越短，信号的响应延迟越短，信号的响应能力也越强。
2.2 执行的优先顺序（第一级、第二级）
顺序程序由两部分组成：第一级程序部分和第二级程序部分，第一级程序每8ms执行一次，如果第一级程序较长，那么总的执行时间（包括第二级程序）就会延长因此编辑第一级程序时，应使其尽可能短。第二级程序每(8×n)ms执行一次，n为第二级程序分割数。程序编制完成后，在向CNC调试RAM中传送过程中，第二级程序被自动分割。如果使用计算机编程软件，编程结束后画面上显示一个循环所占用的时间。顺序程序构成如图。
第一级程序：仅处理短脉冲信号。这些信号包括急停，各轴超程，返回参考点，减速，外部减速和进给暂停信号等。第二级程序的分割是为了执行第一级程序。
第二级程序的分割：当最后(分割数为n)的第二级程序部分执行完后，程序又从头开始执行。这样当分割数为n时，一个循环的执行时间为(8×n)ms。第一级程序每8ms执行一次，第二级程序每(8×n)ms执行一次。
在PMC-PA1软件版本中，8ms中的1.25ms用于执行第一和第二级程序，剩余时间由CNC使用。
2.3 编程地址分类
地址用来区分信号。不同的地址分别对应机床侧的输入、输出信号、CNC侧的输入、输出信号、内部继电器、计数器、保持型继电器(PMC参数)和数据表。每个地址由地号和位号(0～7)组成。表明信号名称和地址关系的信号表在编制顺序程序时可在CRT/MDI上或者通过计算机输入到PMC中。在编制PMC顺序程序时，需使用两类输入/输出地址：与PMC相关的输入/输出信号地址，经由I／O板的接收电路和驱动电路传送地址；与PMC相关的输人/输出信号,仅在存储器(例如RAM)中传送的地址。
地址格式由如下所示用地址号和位号表示，如：X127.6，其中X127为地址号(字母后三位或四位数字)，6为位号(0～7)。在地址号的开头必须指定一个字母用来表示下中所列的信号的类型。在功能指令中指定字节单位时，位号可以省略，如X127。
PMC与CNC之间的基本的接口地址为：
PMCCNC相关信号，地址为F0～F255，具体信号参考有关技术资料。
CNCPMC相关信号，地址为G0～G255，具体信号参考有关技术资料。
PMC与机床之间的地址（PMCMT)：
2.3.1 当使用FANUC I/O LINK时：
PMCMT 地址范围为X0～X127。
PMCMT 地址范围为Y0～Y127。
2.3.2 当使用内装I／0地址时：
PMCMT地址范围为X1000～X1019。接口地址在上述范围内指定，硬件指定后，不能更改。
PMCMT地址范围为Y1000～Y1014。接口地址在上述范围内指定，硬件指定后，不能更改。此地址由硬
2.3.3 接口地址固定的信号
在FANUC数控系统PMC与机床之间信号有些地址是固定的，如“DEC(减速)、ESP(急停)、SKIP(跳跃）”等，必须确认从机床侧输入的信号连接在指定的地址上，因为CNC在运行时会直接引用这些地址信号。具体信号参考有关技术资料。
2.3.4 如果同时使用I/O LINK和内装I/O卡，若I/O LINK和内装I/O指定相同地址，以I/O卡指定的地址有效。
总之，FANUC系统编程，既有与其它CNC系统相同的共性，又有自己独有的特点。编程时，必须认证阅读编程手册，严格优化嵌入程序，减少系统占用时间，进而减小系统延迟，提高CNC系统的响应速度。
课题编号：
黑教育厅高职高专科研12515171
作者简历：
篇2
一、概述
数控加工技术已成为现代制造技术的核心，采用数控机床加工零件时，往往会遇到被加工的零件中有多个相同内容。零件在数控机床上进行加工时，对零件上的相同内容进行加工的刀具路径是一样的，因此相同部分的程序代码也是一样的。如被加工的零件中多个相同减轻重量的圆、多个相同的通风口等。对于数控编程者来说，遇到这种情况确定的加工方案与编程的方法很多。问题是要实现编制的程序精简，也要便于管理，对于编程者来说采用固定循环就显得尤为重要。
二、相同内容的编程方法
下面以一个实例，详解相同内容的编程方法。需要说明的是：以下编程方法暂且不考虑刀具补偿、设备转速与进给。
1.主-子编程法
主-子编程法是将相同被加工内容编制成一个独立的加工程序并将其作为子程序，在主程序中来反复调用。图1所示的某产品机箱侧板零件有54个相同的矩形，将54个相同的矩形加工路线编制成一个子程序，然后在主程序中增加子程序调用指令M98来反复调用子程序，程序如图2所示。
主-子编程法将被加工零件分解开，化整为单，简化编程。但在FANUC Oi数控系统中子程序和主程序是相互独立的，子程序和主程序一样，必须有自己独立的程序名，都是以大写字母“O”开头的（如主程名是O0188，子程序名是O0189），主程序和子程序也是单独的存储在系统中，和主程序一样占用系统的程序容量和存储空间。对于操作者和程序管理来说只看程序名，在系统程序目录中往往难以区分程序的主、子关系。FANUC Oi数控系统在对程序编辑、验证时，主程序和子程序又不能同时在系统工作界面上进行控制操作控制，要不断地反复切换。在对程序管理和程序校验时给操作者带来了一定的麻烦。
FANUC Oi数控系统的程序名编号资源也是及其有限制的（通常是0000～9999），在实际应用中极易被用完，一旦用完，就需要将暂时不用的程序传输出来，因此往往需要反复输出或输入程序。在程序输出或输入过程中，也要将主程序和子程序分别进行输出或输入，这在程序管理上就给操作者和管理者带来了不便。
2.顺序编程法
顺序编程法是按加工顺序进行逐项编程。如图1所示从左向右按顺序进行加工54个矩形，程序如图3所示。
顺序编程法编制的特点是程序繁长，54个矩形要重复53次相同的程序段（N035～N085与N095～N145代码相同），程序量很大，检验重复性工作太多，而且程序占用容量和存储空间也相应的比较大。
3.固定循环编程法
固定循环是将被加工相同的内容的程序代码在一个程序中反复循环。应用FANUC Oi数控系统（因FANUC Oi数控系统没有某一段程序的反复循环指令）中的公共变量、逻辑比较运算及IF条件转移语句来实现某一段程序的固定循环，程序如图4所示。
采用固定循环法，同样也是将被加工零件化繁为简，将主-子编程法中的子程序（即第1个矩形的程序代码序）放入主程序中反复循环执行，程序就得到了很大程度的优化，解决了程序编号资源。同时，也将顺序编程法中的54个相同程序段合为一个，程序显得更为精简，从而使整个程序不显得繁长。
篇3
【关键词】倒圆角 分层加工 刀具半径补偿 G10
倒圆角就是把工件的棱角切削成圆弧面的加工，在数铣加工应用的非常频繁。圆角曲面可以看成是由无数等高线组成的，所以我们可以采用分层加工的方式倒圆角，每一层都沿着等高线走刀，一层一层的加工出圆角曲面。
方法一、计算每层的等高线轨迹
圆孔倒角等高线都是圆，高度增加圆的半径也在变大。编程时只要计算出每个高度圆的半径，然后使用圆弧指令G02或G03和宏程序编写加工程序。
程序的编写
O1000 程序名
N10 M6 T1 换上一号刀，Ф10mm立铣刀
N20 G54 G90 G40 设置加工初始状态
N30 G00 X0 Y0 刀具快速移动到X0 Y0处
N40 M03 S1000 主轴正转，转速1000r/min
N50 Z5 刀具快速下降到Z5处
N60 #1=0 定义变量的初值（θ的初始值）
N70 WHILE[#1LE90]DO1 循环语句，当#1≤90°时在N80～N120之间循环，加工圆角曲面
N80 G01 Z[10*SIN[#1]-10] F100 指定每一层的加工高度和进给速度
N90 G41 X[35-10*COS[#1]] D1 移动到每层铣削时的初始位置同时引入左刀补
N100 G3 I[10*COS[#1]-35] 逆时针加工整圆，分层等高加工圆角
N110 G40 G1 X0 移动到X0 YO处同时取消刀补
N120 #1=#1+5 角度值每次增加5°（增量值取得越小，圆角的加工精度越高）
N130 END1 循环语句结束
N140 G0 Z100 快速抬刀到Z100处
N150 M30 程序结束
方法二、用刀具补偿值指令G10编程
只减小程序中的半径r，而不改变刀具实际半径R，加工轮廓就会向外偏移，偏移量就等于实际半径R-程序半径r。如果使R-r等于每层等高线相对于底层圆弧轮廓的水平偏移量，偏移后的轮廓就能和每一层的等高线轨迹重合。只要把r设成变量#101，并通过刀具补偿值指令G10输入到程序中就可以实现刀具自动偏移按等高线轮廓加工圆角。
程序的编写
要想在程序中改变刀具半径，就需要用到输入刀具补偿值的指令――G10，编程格式：G10 L12 P0 R#101（P：刀具补偿号R：刀具补偿量）
O1002 程序名
N10 M6 T1 换上一号刀，Ф10mm立铣刀
N20 G54 G90 G40 设置加工初始状态
N30 G00 X0 Y0 刀具快速移动到X0 Y0处
N40 M03 S1000 主轴正转，转速1000r/min
N50 Z5 刀具快速下降到Z5处
N60 #1=0 定义变量的初值（θ的初始值）
N70 #101=5 定义变量的初值（刀具半径R的初始值）
N80 WHILE[#1LE90]DO1 循环语句，当#1≤90°时在N90～N150之间循环，加工圆角曲面
N90 G10 L12 P1 R#101 指定一号刀具的半径补偿值
N100 G01 Z[10*SIN[#1]-10] F100 指定每一层的加工高度和进给速度
N110 G41 X25 D1 移动到每层铣削时的初始位置同时引入左刀补
N120 G03 I-25 逆时针加工整圆，分层等高加工圆角
N130 G40 G1 X0 移动到X0 YO处同时取消刀补
N140 #1=#1+5 角度值每次增加5°（增量值取得越小，圆角曲面的加工精度越高）
N150 #101=10*COS[#1]-5 计算一号刀具的半径补偿值
N160 END1 循环语句结束
N170 G0 Z100 快速抬刀到Z100处
N180 M30 程序结束
上面讲了两种倒圆角的编程方法：
第一种方法思路简单但，只适用于在轮廓比较规则的型腔上加工圆角，像圆孔、方形型腔等，如果型腔的轮廓比较复杂或者不规则就难以实现了；
第二种方法用在程序中改变刀具半径的方法编程，因为这种方法只按型腔的轮廓编程，因此可以简化编程，而且能够实现在任何形状的型腔上加工倒角。实际上任何由等高线组成的曲面都可以用这种方法来加工。
这两种方法并不只局限于FANUC系统，它们的编程思路同样可以用到其他系统当中。
【参考文献】
篇4
关键词：数控车床 报警故障 故障诊断
一、FANUC 0i系列数控系统的功能特点与系统配置
本文研究载体为数控车床，配备FANUC Series 0i Mate TC数控系统，该系统均属于FANUC数控系统0i Mate系列。这是一款在21i一体型基础上开发的，具有高性价比且超薄的一体型CNC系统。主运动驱动系统采用变频器驱动调速控制，最多可以控制1个主轴电机，进给伺服驱动可连接βi S伺服电机。伺服接口采用FANUC 串行伺服总线FSSB控制技术，机床操作面板为系统标准配置。该系列用于车床的FANUC Series 0i Mate TC为2轴2联动；用于铣床、加工中心的FANUC Series 0i Mate MC为3轴3联动。
二、FANUC Series 0i Mate TC数控系统控制主板特点
1、从CP1输入24V直流电源
2、通过JD36A/JD36B可与外部PC机连接并通讯，通过RS232串行通讯协议完成编辑、传输等操作
3、JA40为模拟主轴驱动器（一般为变频器）连接接口，JA7A为主轴独立检测装置编码器的反馈信号接口。
4、采用光缆FSSB总线技术通过COP10A接口与进给伺服放大器连接，完成对进给坐标轴的控制。
5、JD1A作为与I/O模块通讯的接口。
6、JA3连接手摇脉冲发生器。
三、配置FANUC 0i系列数控系统的数控车床常见报警类故障诊断分析
机床故障产生以后，会以无显示报警和有显示报警两种形式给用户。比如：由于机械传动部件的磨损引起的加工精度故障，故障现象是加工零件的精度超差，但是机床无任何显示报警形式产生。再比如：CK6132A型FANUC系统数控车床，Z轴靠近卡盘方向移动时产生超程报警“OVER TRAVEL。-X”。此时Z轴不动作，但同时系统在显示屏上显示系统报警号给用户。具体案例分析如下：
1、由于机床自身故障导致的数控车床常见系统报警号故障诊断分析
案例一：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，按下系统开机启动按钮，系统进入正常界面，但是显示屏显示报警代码：“BAT”。
故障原因分析：根据理论分析，该故障是系统后备存储器电池电压过低导致。拆开数控柜发现系统3V锂电池不存在。
故障诊断方法：根据说明书正确重新安装电池，写入SRAM存储参数，故障解决。
案例二：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，开机报警：“401# Z轴 VRDY OFF”
故障分析与诊断：查阅系统维修说明书，报警内容为z轴的伺服放大器准备未绪。调查发现该机床出现此报警号一般与设计及控制原理无关，而极有可能是部件之间连接不良导致。仔细检查电路的连接状况，发现系统与放大器之间的连接松动，重新紧固连接后该类报警解除。
案例三：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，系统报警：“ 430# Z AXIS：SV。MOTOROVERHEAT。”
故障分析与诊断：查阅系统维修说明书，报警内容为伺服电机过热。有可能是机械传动故障；切削条件引起的故障；电动机本身故障。经排查，确定是电动机与丝杠连接故障松动引起的机械传动故障，从而导致电动机过载。重新调整连接后故障解除。
案例四：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，报警显示“油不足”，机床无进给。
故障分析与诊断：油箱储油低于邮箱标示的最低界限；油路堵塞；泵故障。检查油箱油面及压力表，依次排除解决故障。
案例五：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，报警显示“冷却液不足”，切削过程中没有切削液喷出。
故障分析与诊断：冷却液不足；冷却泵未工作；管道堵塞；冷却泵故障。依次检修确定是管道堵塞引起此报警，拆开冷却泵位置，清洗堵塞处即可。
案例六：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，系统开机进入正常操作界面，显示“701”报警。
故障分析与诊断：查说明书，根据数控系统的相关知识，确定是系统散热风扇故障。
2、学生因为误操作而引起的部分系统常见报警故障
案例一：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，“1008 ”外部报警
故障分析与诊断：系统急停按钮未松开。旋开急停按钮，按下复位键故障解决
案例二：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，“071”数据未找到。
故障分析与诊断：程序输入过程中，误按下帮助键。按下复位键问题解决。
案例三：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，“091”返回参考点未完成
故障分析与诊断：执行回参考点的过程中，未到达参考点人为中断。重新执行返回参考点操作，故障解决
案例四：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，报警“011 无进给速度指令”
故障分析与诊断：在程序中插补指令运用时没有给F值；进给倍率选择0%。检查发现是程序错误，修改程序，重新运行即可。
案例五：故障现象：配置FAUNC系统数控车床，进行Z轴对刀，在刀补里输入z0测量时，报警“REF字数位太多”。
故障分析与诊断：对刀时，在刀补里输入测量值产生该报警。在刀补对应处输入0，执行机床回参考点即可。
以上论述到的数控车床报警故障均来自生产实际。报警故障作为数控机床故障的一种常见表现形式，为维修人员提供了必要的理论依据。合理参照维修说明书，正确分析故障机理，是快速、准确的进行故障诊断的保障。
参考文献
[1] 刘加勇.数控机床故障诊断与维修.中国劳动社会保障出版社.2011（3）
[2] BEIJING FANUC 0i CB/0i Mate C维修说明书
篇5
论文摘要:数控机床FANUC系统是目前应用最广泛的系统之一,虽然FANUC系统具有很好的可靠性和先进性,但是对于比较复杂的数控系统总会遇到这样或那样的问题出现,而这些问题又都通过数控系统界面显现出来,怎样灵活、快速、高效、准确的解决这些问题,成为每个维修人员必须面对的现实。主要就日常机床工作中遇到的一些输入电源故障问题进行了探讨和分析。
1. 前言
FANUC数控系统输入电源故障是数控机床常见的故障之一,根据曾多次参与多种FANUC数控系统的机床维修,就自己浅薄的经验来看,提高维修人员的综合判断能力,将数控机床电气、机械各部分有机的综合起来整体考虑,是准确判断数控系统电源问题的一个较好方法,有利于快速解决维修过程中的难题。以下是电源常见故障分析。
2. 接通总电源开关后,电源指示灯不亮
外部电源开关未接通;电源进线熔断器熔芯断或机床总熔断器熔芯断;机床电源进线断;机床总电源开关坏;控制变压器输入端熔断器熔芯断(或断路器跳);指示灯控制电路中熔断器熔芯断或断线;电源指示灯灯泡坏。
机床设计时选择的空气开关容量过小,或空气,开关的电流选择拨码开关选择了一个较小的电流;机床上使用了较大功率的变频器或伺服驱动。
3. FANUC输入电源故障
FANUC的数控系统,一般采用FANUC公司生产的“输入单元”模块,通过相应的外部控制信号,进行数控系统伺服驱动的电源的通、断控制。电源接通条件
(1)电柜门互锁触电闭合。
(2)外部电源切换触电闭合。
(3)MDI/CRT单元的电源切断OFF按钮触电闭合。
(4)系统电源模块无报警,报警触点断开。
不符合以上条件之任何一条,则会出现电源断电故障:维修要点:FANUC6/11等系统的电源输入单元的元器件,除熔断器外,其他元器件损坏的几率非常小,维修时切勿轻易更换元器件。在某些机床上,由于机床互锁的需要,使用了外部电源切断信号,这时应根据机床电气原理图,综合分析故障原因,排除外部电源切断的因素,才能启动。
4. CNC电源单元不能通电
4.1 当电源单元不能接通时,如果电源指示灯(绿色)不亮
(1)电源单元的保险熔断输入高电压,元器件损坏,造成短路或过流。
(2)输入电压低,检查输入电压,电压的允许值为AC200V±10%,50HZ±1HZ。
(3)电源单元不良,元器件损坏。
4.2 电源指示等亮,报警灯也消失,但电源不能接通
电源接通条件
(1)电源ON按钮闭合。
(2)电源OFF按钮闭合。
(3)外部报警接点打开。
4.3 电源单元报警灯亮
24V输出电压的保险丝熔断:显示器屏幕使用+24v电压,+24v与地短路,显示器/手动数据输入板不良,或短路。
5. CNC电源单元不能通电
5.1 当电源单元不能接通时,如果电源指示灯(绿色)不亮
(1)电源单元的保险熔断:输入高电压,元器件损坏,造成短路或过流。
(2)输入电压低:检查输入电压,电压的允许值为AC200V±10%,50HZ±1HZ。
(3)电源单元不良,元器件损坏。
5.2 电源指示等亮。报警灯也消失,但电源不能接通电源接通条件
(1)电源ON按钮闭合。
(2)电源OFF按钮闭合。
(3)外部报警接点打开。
5.3 电源单元报警灯亮
(1)24V输出电压的保险丝熔断显示器屏幕使用+24v电压,+24v与地短路。显示器/手动数据输入板不良或短路。
(2)电源单元不良,检查步骤:
a.把电源单元的所有输出插头拔掉,只留下电源输入线和开关控制线。
b.把机床所有电源关掉,把电源控制部分整体拔掉。
c.再开电源,此时如果电源报警灯熄灭,那么可以认为电源单元正常,而如果电源报警灯仍然亮,那么电源单元坏。注意事项:16/18系统电源拔下的时间不要超过半小时,因为SRAM的后备电源在电源单元上。
(3)24V的保险熔断 a.+24V是提供外部输入/输出信号用的,参照下图检查外部输入,输出回路是否短路。
b.外部输入/输出开关引起+24V短路或补充I/O板不良。
(4)5V电源负荷短路,检查方法:
a.把+5V电源所带负荷一个一个地拔掉,每拔一次,必须关电源再开电源。
b.在拔掉任何一个+5V电源负荷后,电源报警灯熄灭,那么可以证明该负荷及其连接电缆出现故障,注意事项:当拔掉电机编码器的插头时,如果是绝对位置编码器,还需要重新回零,机床才能恢复正常。
(5)系统的印刷电流板上有短路。检查:用完用表测量+5V,+15V,+24D与OV之间的电阻必须在电源关的状态下测量。
a.把系统各印刷板一个一个的往下拔,再开电源,确认报警灯是否再亮。
b.如果当某一印刷板拔下后,电源报警灯不亮,那就证明该板有问题,需更换该板或维修。
c.对于O系统,如果+24D与OV短路,更换时一定要把输入/输出板与主板同时更换。
d.当计算机与CNC系统进行通信作业,如果CNC通信接口烧坏,有时也会使系统电源不能接通。
6. 电源开关与机床开关后,电源不能接通
(1)电源输入端熔断器熔芯熔断或爆断(或自动开关跳闸)。
(2)机床电源进线断。
(3)机床总电源开关或电源开关坏。
(4)电气控制柜门未关好,开门断电保护开关动作。
(5)电气控制柜上的开门断电保护开关损坏或关门后与碰块接触不良。
7. 控制电源故障
控制变压器无输入电压(输入端保险烧断或断路器跳)原因:变压器内部短路、过载线短路,电流过大无DC电流输出原因:因直流侧短路、过流、过压、过热等造成整流模块或直流电源损坏;整流电路有断线或接触不良电源连接线接触不良或断线控制变压器输入电源电压过高过低(超过±10%)或电压浪涌控制变压器损坏原因:熔断器,断路器的电流过大,没有起到保护作用:电源短路,串接:负荷过大,内部绕组短路,短路等。控制变压器副边熔断器熔断或爆断。
8. I/0无输入信号,+24V电源报警
+24V电源保险烧坏:I/O输入短路,检查输入+24V电源是否对地短路,排除故障;更换保险。I/O无输入信号维修:更换输入/输出板在机床运行中,控制系统偶尔出现突然掉电现象原因:电源供应系统故障维修:更换系统电源,更换电源输入单元。系统工作半个月或一个月左右,必须更换电池,不然参数有可能丢失:原因:电池是为了保障系统在不通电的情况下,不会丢失NC数据维修:检查确认电池连接电缆是否有破损存储板上的电池保持回路不良,请更换存储板。电池质量不好,更换质量较好的电池。
9. 结语
从以上常见FANUC数控电源维修事例中。不难看出,对于较为复杂的数控机床来说,往往对维修人员的综合分析能力有较高要求,如果我们拘泥一格、就事而论,往往会舍本逐末,找不到问题的根源所在,数控系统的任何报警和故障都有可能是几个方面因素的相互作用造成的,我们必须善于透过表面现象,抓住问题的本质,快速、高效的解决这些故障,只有这样才能更好的保障数控机床的正常使用,为生产服务。
参考文献:
[1]郑小年,杨克,中,数控机床故障诊断与维护[M],华中科技大学出版社,2005:76-78.
篇6
【关键词】CF卡 数控系统 数据备份与加载 要点
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2017）02C-0189-03
在数控机床的运行使用过程中，数控系统作为机床的中枢控制机构，指挥和控制数控机床实现自动加工。数控系统主要由硬件和软件两大部分组成，通常简称CNC系统，即由程序、输入装置、输出装置、CNC装置（主控制系统）、PLC（可编程控制器）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置组成。
数控系统的数据备份主要是指对存储在主控制系统存储器中的部分控制程序（主要是PMC程序）以及各种用户文件，包括系统参数、伺服参数、PMC参数、宏程序及宏变量、用户加工程序、刀补数据、工件坐标数据等进行备份。数控系统的系统文件存储在FROM只读存储器中，包括系统软件、伺服软件和PMC程序梯形图；而用户文件，包括以上提到的各种用户数据，则存储在SRAM静态随机存储器当中。只读存储器FROM中的数据在机床断电后不会丢失，不需要保护，而静态存储器SRAM中的数据在机床断电后需要通过电池保持，当电池电量不足时，数控系统会产生报警提示，此时必须在系统通电状态下尽快更换电池。出现该报警后，通常至多不可超过二至三周必须更换电池，具体时间的长短因系统配置不同而异。如果电池电压过低，存储器将不能备份数据而造成系统数据丢失，系统出现相应报警。在电池电量不足情况下关机可能将导致系统数据全部丢失。除此之外，在遇到突发性的高频脉冲等因素干扰，或突发性的拉闸断电等，或是机床长时间停机，没有定期给机床上电；机床在DNC状态下加工工件或在数据通讯过程中突然断电；在断电情况下拔插电池或存储器；更换了系统硬件如存储器模块等，均有可能导致存贮在SRAM静态随机存储器内的运行数据，各种设定参数数据以及加工程序等丢失，造成数控系统不能正常运行。在上述无论哪种情况下，通过采用系统数据备份进行系统数据的加载回装以恢复系统的正常运行是最为便捷有效的途径。
下面以FANUC 0i系列数控系统为例，分析利用存储卡CF卡进行数控系统的数据备份与加载的几个要点。
一、利用CF卡进行数控系统的数据备份与加载的前期准备
FANUC 0i系列数控系统的数据备份与加载可以采用整体式数据备份与加载或系统数据的个别备份与加载两种方式。其中整体式的数据备份通常也称为在开机引导画面下的数据备份，即在BOOT画面下的数据备份，这种备份方式需要在数控系统开机时通过数据备份及加载引导界面进行，开机引导画面如图1所示；而系统数据的个别备份指在数控系统常规工作界面通过数据输入输出方式进行数据备份。在实际应用过程中，初学者对这两种数据备份概念极易产生混淆。无论采用哪种方式进行系统数据的备份与加载，均需先做好如下前期准备。
（一）选择适当的存储卡CF卡和PCMCIA适配器。无论是整体式数据备份与加载或系统数据的个别备份与加载，首先要选择适合的CF卡。CF卡类似于我们常用的U盘，是一种固态产品，不需要电池来维持其中存储的数据，可与数控机床匹配使用的CF卡一般要选用小容量的，如64MB、128MB，一般不要超过1GB为好。使用前，必须先将CF卡插入读卡器通过USB接口接入电脑，进行CF卡格式化，选用的文件系统格式为.FAT，格式化成功才能用于数控系统的数据存储。
（二）数据备份前的系统准备。在做数控系统数据备份与加载之前，应首先将系统I/O通道设定为4，即在系统MDI键盘上单击SYSTEM键，在系统参数画面下通过号搜索查找20号参数并将其设置为4，确定选择使用存储卡CF卡作为数据输入/输出设备。
二、运用CF卡进行数控系统数据备份与加载
（一）开机引导画面下的数据备份与加载――整体式的数据备份与加载。整体式的数据备份与加载实际上是通过开机引导画面，对系统需要备份的数据分两大类进行备份，即分别对存储在FROM当中的PMC控制程序及存储在SRAM当中的用户稻萁行备份。FANUC系统文件除了PMC程序外均不需要备份，但也不能轻易删除。
1.SRAM数据的备份与加载。系统上电前，先把CF卡以“大边对宽槽，小边对窄槽”的对应方式插入PCMCIA适配器，然后将装好CF卡的适配器单边朝上插入数控机床上插槽。系统启动的同时按下显示器下方系统软键的最右边两个键，或者同时按下MDI键盘上的6键和7键，直到出现开机引导画面，如图1所示。用系统软键up或者down键选择图1中的第七项“SRAM DATE UTILITY”，按选择键确认后进入SRAM数据备份主菜单，如图2所示，选择其中的第一项“SRAM BACKUP（CNCMEMORY CARD）”，选择并确认，可观察到信息栏的数据闪烁，即系统将数据存储到CF卡中，待信息栏出现“BACKUP SRAM DATA OK？HIT YES OR NO”备份完成的提示，选择确认后即可完成数据备份。
SRAM数据的加载方法与备份类似，通过BOOT画面进入图2所示SRAM数据备份主菜单后，选择其中的第二项“RESTORE SARM（MEMORY CARDCNC），即可将CF卡中存储的SRAM备份文件加载回装到数控系统中。
2.系统数据（FROM）的备份与加载-PMC。进入图1所示开机引导画面主菜单后，选择第六项“SYSTEM DATA SAVE”（具体排列可能因版本而不同），继续选择该项目下的“PMC1”，即可对PMC程序进行备份操作。选择第二项“USER DATA LOADING”，可进行加载回装操作。
（二）通过输入输出方式进行数据备份与加载――数据的个别备份与加载。通过输入输出方式进行数据备份与加载不需要进入系统开机引导画面，在数控机床的正常工作界面就可以进行。同样需要在断电状态下将装入CF卡的PCMCIA适配器的插装到系统接口上，然后正常启动数控机床和系统，急停保持，即可进行系统数据的分别备份。
系统数据的个别备份要按照数据的不同类型逐个分别备份，包括PMC程序、系统参数、伺服参数、PMC参数、螺距误差补偿、刀具补偿、用户宏程序、宏变量、用户加工程序等，操作步骤较数据的整体式备份要烦琐。其中，PMC程序与PMC参数均在PMC维护画面下进行，其他各类参数数据在各自的输入输出画面下进行。通过输入输出方式进行的数据备份，机床必须保持在急停或编辑（EDIT）状态下，同时在设定画面将写参数项置1，即可以写参数。大多数参数及PMC程序备份必须将写参数锁定打开，否则备份时会出现写参数报警。
1.PMC程序及PMC参数的备份与加载。在MDI键盘上按下SYSTEM功能键，按显示器下方最右边扩展键软键至出现PMC MNT时，按下该软键，接着按下I/O软键，进入PMC维护画面，逐项选择其中设置，如图3所示，其中功能项的“写”为输出至CF卡，“读取”为输入至系统，在状态区会有相应提示，亦即选择“写”为备份文件，选择“读取”为加载回装文件。PMC程序与PMC参数的备份与加载除了数据类型及文件名不同外，其他操作基本相同，画面各项设置完成后，单击I/O软键，再按执行键即可完成PMC程序或PMC参数的备份或加载。PMC程序及PMC参数的备份与加载均需在PMC维护画面下逐个完成。
图3 PMC维护画面
2.数控系统参数备份及其他参数的备份与加载。数控系统的参数备份只要在MDI键盘上按下SYSTEM键，接着选择参数（SYSTEM）软键操作键扩展键F输出全部执行，即可完成，而加载的步骤与备份类似，只是在选择“F输出”软键时改为选择“F输入”即可。
其他参数的备份与加载如螺距误差补偿、刀具补偿等，操作方式与系统参数备份与加载基本相同，只要找到相应画面及选项，如螺距误差补偿画面“螺补”选项、刀偏画面，其余根据提示仿照以上步骤操作即可完成。
在需要通过选择文件来进行数据加载的操作中，要特别注意根据文件名及备份时间判断是否加载了正确的备份文件，以确保数据加载回装正确成功。
三、系统数据备份的检查
利用存储卡CF卡完成备份后，可直接在数控系统中检查数据备份情况。在MDI键盘上按下系统功能键，单击扩展键至出现“所有 I/O”（ALL I/O），可显示所有I/O页面，存储卡中的文件全部列表显示，可以根据列表及所显示的备份时间逐项检查备份是否完成。
总之，由于进数控系统种类繁多，不同的数控系统数据备份与加载的方法各有不同，甚至同一品牌数控系统的不同系列，其数据备份与加载处理方法也可能有所区别。本文仅针对目前较为广泛应用的FANUC 0i系列数控系统的（下转第192页）（上接第190页）数据备份c加载在运用过程中的一些技术处理进行了分析概括。在进行数据备份和加载操作前，应仔细阅读系统调试维修说明书和相关技术资料，以确保备份与加载的准确和完整。
【参考文献】
[1]李宏胜.机床数控技术及应用[M].北京：高等教育出版社，2000
[2]周兰，陈少艾.数控系统连接调试于PMC编程[M].北京：机械工业出版社，2013
[3]郭继丽.数控机床常用数控系统的参数备份与回装[J].机床电器，2008（1）
[4]王瑞明.数控机床常见数控系统参数的备份与恢复方法[J].设备管理与维修，2016（2）
[5]BEIJING-FANUC.FANUC_0i-D维修说明书[Z].
【基金项目】2015年度广西高等学校科学研究项目“斜床身双工位数控装调与维修实训台研发及应用”（桂教科研[2015]2号）
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【关键词】数控机床；在线测量系统；测头电路
在研究的在线测量系统中，所用测头为接触式触发式测头。触发式测头是由一套高精度敏感元件组成，它是由万向电子开关感应测头的触发力，并将感应信号输送到数控系统和采集卡。触发式测头相当于一个机械开关，通常情况下测头的状态处于零位开关闭合，在测量时，当测头探针接触被测工件时，测头被向任一方向偏转或顶起开关断开，这就使得和测头相连的处理电路立即断开并随即发出测量信号。当测头脱离被测件后，测头又回到原始零位，机械开关又闭合。所用到的是Renishaw公司生产的1C2432型接触式触发测头，探针重复定位精度0．2um，任意方向最大摆角15°。1C2432型接触式触发测头没有自带测头电路，所以主要是对1C2432型接触式触发测头电路进行设计，以实现测针接触到被测工件表面时，测头电路产生3种信号:(1)脉冲计数信号:输出宽度很窄的单稳态信号，给采集卡提供测点采集中断信号。(2)声音信号:脉冲计数信号输出的同时，发出短暂的一声警报，表示已接触到工件表面。(3)闪光信号:与声音信号类似的报警功能。
1消抖电路设计
当探针与被测件表面接触时，测头内部机械开关断开，机械信号转换为高电平脉冲输出。在开关断开或闭合的瞬间，将会产生不规则的电平尖刺和抖动。这些抖动可能会影响信号的电平识别，带来难以预计到的误差。因此对输出信号进行滤波，得到平滑的脉冲是很必要的。这里选择集成电压比较器LM311来消除脉冲信号中的毛刺和抖动，如图2所示。
2单稳态触发电路设计
当测头产生触发信号后，由于每次产生的触发信号的高低电平周期都不一致，而且每次产生的触发信号时间会比较长，这样就会影响数控系统对数据的采集，并且还会影响测量程序的速度，一般情况下数控机床对数据的采集是由一定宽度的单稳态信号触发的，所以这里就是要把测头的触发信号转变成单稳态信号。图3所示，本文采用单稳态触发器74HC221芯片来产生单稳态信号，74HC221工作在－0．5V～+7．0V单电源条件下，输入电压在1．5V之间。74HC221单稳态触发器有两种输入，A为低电平有效，B为高电平有效。有两种输出，正好相反。用外接的电阻电容作定时元件。
3声光报警电路的设计
此处设计了一种常规的声光报警电路，声音报警采用小功率蜂鸣器，光学报警采用一个发光二极管。如图3所示，LM311消抖输出信号通过74LS74双D触发器对单稳态脉冲进行展宽，然后进入另一个74HC221单稳态触发芯片，输出单稳态信号带动小功率蜂鸣器。LM311消抖输出信号通过75452芯片提高信号的驱动能力，然后点亮LED作为发光提示信号。
4数控系统测头接口
对工件测量时，为了保护测头不被工件撞坏，测头探测到工件后数控系统要控制测头立即停下来，并按事先的路径安全返回进行下一点的测量。所以当测头碰到工件后产生的脉冲信号可作为数控系统的Skip跳步信号输入到数控系统控制器中，从而保护测头被撞坏并进行下一点的测量。一般测头电路输出的脉冲信号和数控系统Skip跳步信号电平不匹配，所以要通过电路来实现电平的转换。5Fanuc18i/21i数控系统在Fanuc系统中，数控系统面板上I/O接口的Xn+4．7键和G31指令一起被用于机床的测量。图4为Fanuc21i数控系统面板矩阵键盘结构图，在测量过程中，测头产生触发使Xn+4．7开关闭合(也就是把*KCM1和*KYD7两接口短路)，则数控系统就自动产生Skip跳步信号输入到数控系统的控制器端配合G31指令进行在线测量。
参考文献:
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关键词：刀尖圆弧；半径补偿；左补偿；右补偿；刀尖位置
中图分类号：TG51 文献标识码：A
一、数控车削中刀尖圆弧半径补偿的作用
在数控车削加工中，为了提高刀具的强度、耐用度及工件的表面加工质量，一般使用机夹可转位车刀，而机夹可转位车刀的刀尖都有一个精度较高的刀尖圆弧，如图1所示，刀尖圆弧一般为R0.2~R0.8。
图1刀尖圆弧
当有刀尖圆弧后，由于数控加工程序的编制是按假想刀尖点进行的，切削端面和圆柱面时不存在误差，如图2所示；而在切削锥面和圆弧时，就会出现过切或欠切现象，如图3所示。这样当工件轮廓精度要求高时，就达不到精度要求。
如果单从编程的角度解决，需要根据所加工的零件轮廓计算刀尖圆弧中心的运动轨迹进行编程，这样会增加计算的工作量，而且也容易出现错误。为解决这一难题，我们引入刀尖圆弧半径补偿这一概念。由于数控系统拥有刀尖圆弧半径自动补偿功能，因此，加工程序的编制仍然按图纸所标注的尺寸编写，这样由刀尖圆弧半径而产生的过切或欠切问题可以通过刀具半径补偿功能，使刀具自动地沿加工轮廓方向偏置一个刀尖圆弧半径值，如图4所示。
二、刀尖圆弧半径补偿指令及使用技巧
1．刀尖半径补偿指令
G41――左补偿，沿刀具加工方向看，刀具位于工件左侧时即为左补偿。
G42――右补偿，沿刀具加工方向看，刀具位于工件右侧时即为右补偿。
G40――刀具补偿取消。
2．G41、G42的判别技巧
机床前置刀架与后置刀架方式下刀补的方向有一定的区别，如图5和图6所示，可得出一个结论就是：无论后置还是前置刀架使用右偏刀加工外圆时刀具半径补偿方向是G42，内孔是G41。
3．刀具假想刀尖方位的选择。机床前置刀架与后置刀架方式下，不同类型的刀具假想刀尖方位也有所不同。如图7和图8所示，从图中可看出无论后置还是前置刀架，我们常用的外圆右偏刀刀尖方位为3，内孔右偏刀刀尖方位为2。
4．刀具假想刀尖方位及刀尖圆弧半值的输入。要使刀尖圆弧补偿发挥作用，必须在数控系统的刀具补偿页面内填入刀具假想刀尖方位和刀尖圆弧半值，以FANUC―0i数控系统为例，如图9所示，刀尖方位填在T栏下，刀尖圆弧填在R栏下。
5．刀补指令G41、G42或G40必须写在G01或G00程序段上，否则会出现语法错误报警。例如：G42 G00 X50 Z5和G42 G01 X50 Z5 F0.1都是正确的，G42 G02 X50 Z5 R20 F0.1是错误的。
6．刀尖圆弧半径补偿的建立与取消都要在加工轮廓的外面进行，由于在刀尖圆弧半径补偿的建立与取消过程中，都要进行偏置过渡运动，如果该程序段已进入工件就可能产生误切。
7．刀尖圆弧半径补偿的建立与取消过渡线段长度必须大于刀尖圆弧半径值，例如：刀尖圆弧半径R=0.4mm，则Z轴移动量必须大于0.4mm，X轴移动量必须大于2×0.4mm=0.8mm。
三、刀尖圆弧半径补偿应用实例
零件图如图10所示，使刀尖圆弧半径补偿方法编写FANUC―0i数控系统精加工程序。
结论
刀尖圆弧半径补偿是数控车床系统的一个重要功能，正确灵活的使用此功能，可以在不需要通过繁琐计算而获得刀尖圆弧中心运动轨迹的情况下保证加工零件的轮廓尺寸精度，可以使零件的数控加工程序的编制更加简化。在实际加工时，使用刀尖圆弧补偿功能时可能会出现圆弧干涉报警，这时需要根据所加工的零件选择合适的刀尖圆弧的刀片或选择合适的补偿建立坐标点。
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一、直观法
维修人员通过故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察，认真察看系统的各个部分，将故障范围缩小到一个模块或一块印刷线路板。
例1:数控机床加工过程中，突然出现停机。打开数控柜检查发现Y轴电机主电路保险管烧坏，经仔细观察，检查与Y轴有关的部件，最后发现Y轴电机动力线外皮被硬物划伤，损伤处碰到机床外壳上，造成短路烧断保险，更换Y轴电机动力线后，故障消除，机床恢复正常。
二、自诊断功能法
数控系统的自诊断功能，已经成为衡量数控系统性能特性的重要指标，数控系统的自诊断功能随时监视数控系统的工作状态。一旦发生异常情况，立即在CRT上显示报警信息或用发光二极管指示故障的大致起因，这是维修中最有效的一种方法。
例2:AX15Z数控车床，配置FANUC10TE—F系统，故障显示:
FS10TE1399B
ROMTEST：END
RAMTEST：
CRT的显示表明ROM测试通过，RAM测试未能通过。RAM测试未能通过，不一定是RAM故障，可能是RAM中参数丢失或电池接触不良一起的参数丢失，经检查故障原因是由于更换电池后电池接触不良，所以一开机就出现上述故障现象。
三、功能程序测试法
功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和特殊功能用手工编程或自动编程的方法，编制成一个功能测试程序，送入数控系统，然后让数控系统运行这个测试程序，借以检查机床执行这些功能的准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能原因。
例3:采用FANUC6M系统的一台数控铣床，在对工件进行曲线加工时出现爬行现象，用自编的功能测试程序，机床能顺利运行完成各种预定动作，说明机床数控系统工作正常，于是对所用曲线加工程序进行检查，发现在编程时采用了G61指令，即每加工一段就要进行1次到未停止检查，从而使机床出现爬行现象，将G61指令改用G64(连续切削方式)指令代替之后，爬行现象就消除了
四、交换法
所谓交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，利用备用的印刷线路板、模板、集成电路芯片或元件替换有疑点的部分，从而把故障范围缩小到印刷线路板或芯片一级。
例4:TH6350加工中心旋转工作台抬起后旋转不止，且无减速，无任何报警信号出现。对这种故障，可能是由于旋转工件台的简易位控器故障造成的，为进一步证实故障部位，考虑到该加工中心的刀库的简易位控器与转台的基本一样。于是采用交换法进行检查，交换刀库与转台的位控器后，并按转台位控器的设定对刀库位控器进行了重新设定，交换后，刀库则出现旋转不止，而转台运行正常，证实了故障确实出在转台的位控器上。
五、原理分析法
根据CNC组成原理，从逻辑上分析各点的逻辑电平和特征参数，从系统各部件的工作原理着手进行分析和判断，确定故障部位的维修方法。这种方法的运用，要求维修人员对整个系统或每个部件的工作原理都有清楚的、较深的了解，才可能对故障部位进行定位。
例5:PNE710数控车床出现Y轴进给失控，无论是点动或是程序进给，导轨一旦移动起来就不能停下来，直到按下紧急停止为止。
根据数控系统位置控制的基本原理，可以确定故障出在X轴的位置环上，并很可能是位置反馈信号丢失，这样，一旦数控装置给出进给量的指令位置，反馈的实际位置始终为零，位置误差始终不能消除，导致机床进给的失控，拆下位置测量装置脉冲编码器进行检查，发现编码器里灯丝已断，导致无反馈输入信号，更换Y轴编码器后，故障排除。
六、参数检查法
数控系统发现故障时应及时核对系统参数，系统参数的变化会直接影响到机床的性能，甚至使机床不能正常工作，出现故障，参数通常存放在磁泡存储器或由电池保持的CMOSRAM中，一旦外界干扰或电池电压不足，会使系统参数丢失或发生变化而引起混乱现象，通过核对，修正参数，就能排除故障。
例6:G18CP4数控磨床，数控系统是FANUC11M系统，故障现象使机床不能工作，CRT显示器无任何报警信息。
检查机床各部分，发现CNC装置及CNC与各接口的连接单元都是好的，最后分析是由于外部干扰引起磁泡存储器内存储数据混乱而造成的，因此，对磁泡存储器存储内容进行了全部清除，重新按手册送入数控系统各种参数后，数控机床即恢复正常。除了上面介绍的几种检查方法外，还有测量比较法、敲击法、局部升温法，电压拉编法及开环检测法等，这些方法各有特点，维修时应根据故障现象，常常同时采用几种方法，灵活运用，对故障进行综合分析逐步缩小故障范围，以达到排除故障的目的。
线切割机床常见故障
故障现象可能原因排除方法
1.贮丝筒不换向，导致机器总停。行程开关SQ3或SQ2损坏。
换行程开关SQ3或SQ2。
2.贮线筒在换向时常停转。
1.电极线太松；
2.断丝保护电路故障。1.紧电极丝；
2.换断丝保护继电器。
3.丝筒不转（按下走丝开按
钮SB1无反应）。
1.外电源无电压；
2.电阻R1烧断；
3.桥式整流器VC损坏，造成保
险丝FU1熔断。1.检查外电源并排除；
2.更换电阻R1；
3.更换整流器VC，保险丝FU1。
4.丝筒不转（走丝电压有指
示且较正常工作时高）。1.碳刷磨损或转子污垢；
2.电机M电源进线断。1.更换碳刷、清洁电机转子；
2.检查进线并排除。
5.工作灯不亮。保险丝FU2断更换保险丝FU2。
6.工作液泵不转或转速慢。1.液泵工作接触器KM3不吸合；
2.工作液泵电容损坏或容量减
少；1.按下SB4，KM3线包二端若有
115V电压，则更换KM3，若
无115V电压，检查控制KM3
线包电路；
2.换同规格电容或并上一只足
够耐压的电容
7.高频电源正常，走丝正常，
无高频火花（模拟运行正常
切割时不走）。1.若高频继电器K1不工作，则
是行程开关SQ3常闭触点坏；
2.若高频继电器K1能吸合，则
是高频继电器触点坏或高频
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关键词：状态监控；server-push；ZK；MES
中图分类号：F272 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2013） 02-0000-03
制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem，简称MES）是现代集成制造系统中制造管理自动化的一项重要技术。它定位于企业上层管理和底层设备之间，面向车间层的管理控制，收集生产过程中的大量的实时数据，反馈处理结果和生产指令，对生产过程中发生的事件及时进行处理，保持计划层与生产控制层的信息通畅。可以说，MES是制造企业生产管理控制信息集成的枢纽，而其中生产过程状态信息又是MES得以正常运行的重要信息来源。
1 车间制造执行系统构建
为应对当代车辆关键零部件研制提出的周期短、交货期紧、批量品种变化的挑战，提高车辆关键零部件快速研制能力和自主创新能力。针对某车辆关键零部件车间的实际需求，设计并开发车辆关键零部件车间制造执行系统，该系统面向车辆关键零部件制造车间，有效地储存和传递生产信息，监控生产状态及计划信息执行情况、产品质量情况、资源配置情况等，优化车间的生产过程。实现车间级制造信息的管理与集成，利用计算机辅助进行信息管理、生产工艺计划制定和生产过程控制，完成车间内的信息集成，驱动生产的有序、高效运行。该系统的软件架构如下图所示：
本系统采用基于WEB的多层技术架构。为了满足系统的实际功能及性能需求并适应车间管理的业务模式，本系统特别采用了ZK框架来实现其表现层。ZK是一个事件驱动（event-driven）的，基于组件（component-based）的，用以丰富网络程序中用户界面的框架。利用ZK框架，不需撰写JavaScript，即可开发出具有Ajax丰富互动效果的网页型应用程序。即软件系统的结构是B/S的，而软件的操作风格是C/S的，把两种软件结构的特点有机的结合了起来，且不增加系统的开发难度。
2 制造执行系统状态监控技术整体架构
车间制造执行系统需要对底层设备生产状态进行采集和监控，生产状态是车间制造执行系统得以正常运行的主要信息和数据来源。本车间是数控机加车间，生产设备主要是离散的数控机床，数控机床生产状态信息采集技术难题的解决是制造执行系统实现的关键。数控机床的参数，生产状态，刀具信息，主轴信息，NC程序信息等都是需要重点进行监控的。机床状态监控功能主要是在制造执行系统的机床状态监控模块中实现的。
本系统是基于Web的制造执行系统，要实现对底层数控机床的状态监控需要解决两个层面的技术难题。一个是软件架构的，一个是状态采集技术的。第一个问题就是如何在本系统的软件架构下实现基于Web的状态监控软件设计与开发，另一个问题是如何实现对车间内各种类型的数控机床进行采集，并最终把采集到设备状态信息集成到软件系统中，从而达到对车间数控机床的状态监控。
为解决实时显示生产状态信息的问题，在软件实现方面采用ZK框架的服务器推（Server-push）技术，负责对状态信息的处理。状态信息由负责状态采集的软硬件采集到，存储在生产状态数据库中。制造执行系统实时监控数据库中状态信息的变化，并实时根据数据的变化把状态数据推到每个ZK页面中去。这样车间工作人员就能及时掌握到各机床状态信息的变化。
根据数控机床种类的不同，主要是FANUC数控机床和西门子数控机床，采用不同的状态采集技术。对于FANUC数控机床使用串口宏技术采集机床状态，对于西门子数控机床采用PLC接口技术进行采集。图2为机床状态监控的整体软硬件技术架构。
3 ZK框架服务器推（Server-push）技术
ZK框架是一个支持推模式的框架，即服务器推（Server-push）技术。服务器推技术是说一种基于网络的交流，其请求是由中央服务端发起。与之相对应的是拉模式，拉模式是一种请求由接受方或者说客户端发起的。这种技术也可以叫作反向Ajax（reverse-Ajax）。所谓推模式，就是服务器把数据推到每个ZK页面上，而不是客户端请求后的响应，并且可以实时地反映数据的变化。它的这种特性使得以它为表现层框架的软件系统具备了特殊的功能。利用ZK框架的这一特点，再辅以相应的机床数据采集技术，以数据库集成接口，即状态采集软硬件将机床状态存入生产状态数据库，ZK框架通过把数据库中的机床状态数据推到任意的访问机床状态监控模块的页面上，就可以实现机床状态实时监控。
通过使用服务器推技术，需要启动一个工作线程对相应的数据进行不间断地查询，当预先定义的条件满足时，则可以在工作线程内将内容发至客户端或更新客户端的内容。服务器推技术最适合应用于需要实时动态更新数据的应用场景。机床状态实时监控使用该项技术是再恰当不过的了。在ZK框架下使用服务器推技术很简单，仅需要如下的三步，
（1）使用Desktop.enableServerPush（booleanbool）为桌面调用启用服务器推动。
（2）将需要更新的组件、数据传递至工作线程。
（3）在桌面内调用工作线程。
遵照这3个步骤，就可以实现状态监控页面的开发。
服务器推机制是使用客户端轮询（client-polling）技术实现的，即客户端将会反复询问服务器以调用工作线程完成其工作，询问的频率可以调用Executions.setDelay（intmin，intmax，intfactor）手动调整。
4 FANUC机床串口宏状态采集技术
针对不同的要采集的机床状态信息，通过数据输出指令，就可以把机床状态信息传送到上位机，进而由状态监控模块到网络上。
5 西门子机床PLC接口状态采集技术
本车间大部分的数控机床都是西门子840D或810D数控系统，对于西门子数控系统，由于其采用的PLC是通用的PLC系统，因此可以通过采集数控系统PLC的状态寄存器的值来实现状态信息采集的目的。
由于西门子840D或810D数控系统采用的PLC是西门子的S7-300PLC，故采用Prodave接口开发采集监控软件对其进行状态监控。采集用的硬件是大连德嘉公司ETH_MPI转换器。将西门子S7-300PLC的MPI接口通过ETH_MPI转换器转换成Profinet协议（TCP/IP），然后用以太网与上位机相连。ETH_MPI转换器与西门子以太网通讯处理器CP343功能相同，可替代西门子CP5611，CP5613通讯卡。
通过查阅数控机床的资料，找到需要监控的状态所在的寄存器地址，通过Prodave接口的编程实现对这些寄存器地址位的读取，同时将这些状态数据写入生产状态数据库，再通过车间制造执行系统的机床状态监控模块给局域网上的所有用户。
6 总结
在进行类似上述离散型制造执行系统的开发过程中，数控机床的状态监控是实现状态监控模块开发的主要组成部分。为了降低技术风险、工程造价，缩短工作周期，我们往往采用数控机床原有的状态采集接口，如串行口、MPI接口等。只有在不得以的情况下才会通过硬件连接的方式采集机床的状态信息。但不论何种状态信息采集模式，ZK框架的服务器推（Server-push）技术都可以把状态信息到整个系统网络上。这种结合网络数据库、信息采集、服务器推等相关技术的模式，可以很好地指导未来基于Web的制造执行系统状态监控模块的构建，而ZK框架结合Spring框架、Hibernate框架也为制造执行系统软件的实现提供了有力的支撑。
参考文献：
[1]PeterSmid.FANUC数控系统用户宏程序与编程技巧[M].北京：化学工业出版社，2009.
