FANUC數控系統(tǒng)的機床數據采集

1、FANUC數控系統(tǒng)的機床數據采集 (2012-05-2414:13:55) 標簽：分類：機床數據采集及監(jiān)控 發(fā)那科 fanuc 數據采集 0i 16i 18i 同西門子數控系統(tǒng)一樣，日本發(fā)那科(FANUC)生產的數控系統(tǒng)是全球數控機床上裝備的主要的系統(tǒng)之一。從上世紀70年代以來，其生產的系統(tǒng)種類較多，較常用的如早期的 FANUC0/6/15/18系統(tǒng)等，后隨著數字驅動技術和網絡技術等技術的發(fā)展，又推出了i系列 的系統(tǒng)，如FANUC0i/15i/16i/18i/21i/31i等數控系統(tǒng)。早期的FANUC系統(tǒng)開放性差，通常使用宏程序和硬件連接方式進行數據采集，但采集的數據比較少，而且實時性差，對加

2、工和 操作帶來影響。但這類系統(tǒng)目前已逐漸淘汰，使用量比較小。 在i系列數控系統(tǒng)中，由于配置的不同，則可使用不同的方法進行數據采集。在配有網卡的數控系統(tǒng)中可利用FANUC系統(tǒng)的數據服務功能實現數據采集。在FANUC的許多系統(tǒng)中 網卡都是選件，而在最新的系統(tǒng)上，網卡逐漸變成了標準配置，如FANUC0i-D等。 制造數據管理系統(tǒng)MDC對于具有以太網的FANUC數控系統(tǒng)，可采集的數據量也非常多。典型的數據包括： - 操作方式數據：手動JOG、MDA、自動、編輯等 - 程序運行狀態(tài)：運行，停止，暫停等 - 主軸數據：主軸轉速、主軸倍率，主軸負載，主軸運轉狀態(tài) - 進給數據：進給速度、進給倍率年由數據：軸

3、坐標，軸負載 - 加工數據：當前執(zhí)行的程序號；當前使用的刀具 - 報警數據：報警代碼、報警和信息容 所有數據均實時后臺采集，不用任何人工干預。 制造數據管理系統(tǒng)M對于不具有以太網的FANUCi系列的數控系統(tǒng)， 也可采集大量的數據。 典型的數據包括： - 操作方式數據：手動JOG、MDA、自動、編輯等 - 程序運行狀態(tài)：運行，停止，暫停等 - 主軸數據：主軸轉速、主軸倍率，主軸負載，主軸運轉狀態(tài) - 進給數據：進給速度、進給倍率 - 加工數據：執(zhí)行的程序號；使用的刀具號 - 報警數據：NC報警和PLC報警狀態(tài) 所有數據均實時后臺采集，不用任何人工干預，也無需修改NC程序。 西門子數控系統(tǒng)在數控機

4、床上得到了廣泛的應用，尤其在高檔數控機床上應用非常普遍。西 門子數控系統(tǒng)的種類也非常多，如早期的SINUMERIK810M,SINUMERIK840C等模擬系 統(tǒng)。從上世紀90年代開始，西門子的數字數控系統(tǒng)開始大規(guī)模的使用，形成了兩大類主要的數控系統(tǒng)，即西門子SINUMERIK840D系列和西門子SINUMERIK802系列。 1.西門子SINUMERIK840D/810D系列數控系統(tǒng) SINUMERIK840D系列包括SINUMERIK840D、810D、FM-NC、840Di,這些系統(tǒng)具有大部分相同的接口參數，大部分相同的部件和相同的通信接口。包括近期推出的Solution Line系列的

5、Sinumerik840Dsl,840Disl,都具有很多的共通性。 在機床數據采集中，根據這些系統(tǒng)配置的人機界面單元的不同則采取的手段也就不同。 該系列的人機界面單元包括采用通用操作系統(tǒng)平臺和嵌入式操作平臺兩大類。通用操作系統(tǒng) 的人機部件有早期MMC102、MMC103等，其系統(tǒng)包括Windows311、Windows32、 Windows95等；當前使用的PCU50,PCU50.3等，其操作系統(tǒng)為WindowsNT4.0和 WindowsXP等。在嵌入式操作系統(tǒng)的人機部件早期包括MM100.2,當前使用的PCU20 制造數據管理系統(tǒng)MDC針對這兩類配置的數控系統(tǒng)，采用不同的方式實現數據采集

6、，而 采集的數據上基本相同，可采集的數據量也非常多。例如，典型的數據包括： - 操作方式數據：手動JOG、MDA、自動等 - 程序運行狀態(tài)（運行，停止，暫停等） - 主軸數據：主軸轉速、主軸倍率，主軸負載，主軸運轉狀態(tài) - 進給數據：進給速度、進給倍率 年由數據：軸坐標（機床坐標系、工件坐標系統(tǒng)），軸負載 - 加工數據：當前執(zhí)行的程序名稱、程序路徑；當前使用的刀具 - 報警數據：報警代碼、報警信息容、報警時間 所有數據均實時后臺采集，不用任何人工干預。 2.西門子SINUMERIK802系列數控系統(tǒng) 西門子SINUMERIK802系列數控系統(tǒng)包括SINUMERIK802S/802C/802D數

7、控系統(tǒng)和 SolutionLine系列的SINUMERIK802Dsl/828D等數控系統(tǒng)。其在數據接口、操作部件和軟件通信上具有許多相通之處。根據配置和版本的的不同，其通信接口也可分為兩大類：以太 網通信和串口通信。SINUMERIK802S/802C/802D以及早期版本的SINUMERIK802Dsl系 統(tǒng)，不具備以太網通信功能，SINUMERIK802Dsl后期版本和SINUMERIK828D系統(tǒng)具備 以太網通信功能。 ?進給數據：進給倍率、進給保持狀態(tài) ?程序運行狀態(tài)（運行，停止，暫停等） ?加工數據：當前使用的刀具號 ?報警數據：NC報警，PLC報警狀態(tài)和PLC報警號所有數據均實時

8、后臺采集，不用任何人工干預。 針對具備以太網通信功能的西門子802系列數控系統(tǒng)，制造數據管理系統(tǒng)MDC可采集 到大量的數據，其數據量與SINUMERIK840D系列相當。例如，典型的數據包括： ?操作方式數據：手動JOG、MDA、自動等 ?程序運行狀態(tài)（運行，停止，暫停等） ?主軸數據：主軸轉速、主軸倍率，主軸負載，主軸運轉狀態(tài) ?進給數據：進給速度、進給倍率/由數據： ?軸坐標（機床坐標系、工件坐標系統(tǒng)），軸負載 ?加工數據：當前執(zhí)行的程序名稱、程序路徑；當前使用的刀具 ?報警數據：報警代碼、報警信息容、報警時間 所有數據均實時后臺采集，不用任何人工干預。 制造數據管理系統(tǒng)MDC（Manuf

9、acturingDataCollectionandControl）主要用于采集數控機床和其他智能設備的工作和運行狀態(tài)數據，實現對設備的監(jiān)視與控制，并對采集的數 據進行分析處理，也可為MES和ERP等其他軟件提供數據支持。MDC系統(tǒng)是機床數據采 集系統(tǒng)和機床數據分析出理系統(tǒng)的集成，是具有數據采集，機床監(jiān)控，數據分析處理，報表 輸出等功能的車間應用管理和決策支援系統(tǒng)。 MDC系統(tǒng)和NC程序傳輸系統(tǒng)DNC采用相同的網絡結構，系統(tǒng)架構上也完全兼容，因此可采用同一網絡的硬件資源，降低硬件投入，簡化系統(tǒng)維護，共享數據資源，從而使用 戶獲得最大的收益。 MDC系統(tǒng)充分利用機床已有的硬件資源，實現機床通信資源

10、的共享。如MDC和DNC系統(tǒng)可共用數控系統(tǒng)的網卡或者串口通信端口進行數據采集和程序傳輸的功能。例如西門子 802D/C/S系統(tǒng)、FANUC0i系統(tǒng)共用一個串口實現MDC/DNC兩個系統(tǒng)的功能需要。 MDC系統(tǒng)的特點： 1） 基于以太網絡通訊平臺 以通用以太網為骨干網絡，減低硬件投入，增強了數據通訊能力，奠定車間與工業(yè)以太網的發(fā)展相適應能力?；谝蕴W絡的模式從而充分利用車間現有網絡，可完全與DNC網 絡兼容。 2） 靈活的數據采集方式 由于如今金屬加工工業(yè)的數控機床數量較大，采用單一系統(tǒng)或單一機床的企業(yè)很少，對 于大多數企業(yè)，其機床種類比較多，新舊不一，因此如果采用某一種數據采集方式則缺乏靈活

11、性，從而使得能采集的數據不能最大化。 而根據車間現場具體設備情況采用相應的數據采集方式，既能獲得最大的數據量，又能 有效的控制成本投入，取得最佳的性價比。 制造數據管理系統(tǒng)MDC常見的采用如下方式： ?軟件通訊方式（TCP/IP、串口通訊等） ?工業(yè)總線方式（如PROFIBUS、MODBUS,CAN總線等） ?硬件方式（數據采集模塊） ?終端數據采集 3） 豐富的采集數據量 從簡單的開關量到復雜的模擬量和字符串，制造數據涵蓋車間現場需求的各個方面。常用數控系統(tǒng)（Siemens、Fanuc、Heidenhain、Num等）經驗豐富的二次開發(fā)能力，多樣化的數據采集手段，讓數據的獲取擁有最大的可能。

12、 典型采集數據： ?機床操作狀態(tài)：手動、自動等 ?主軸轉速、主軸倍率，主軸功率 ?進給速度、進給倍率 ?程序運行狀態(tài)（運行、停止、暫停等） ?當前執(zhí)行的程序名或程序號 ?當前使用的刀具號 ?報警狀態(tài)和報警信息等 4） 實時、后臺化的數據采集 通過與數控系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、以及機床電控部分的集成，實現對機床數據采集的自動化執(zhí)行，不需要操作人員的手動操作，這樣既保證了數據的實時性，也減少了人工操作產生的失誤，保證數據的真實和準確性。 5） 專業(yè)化、可視化數據處理和分析 針對金屬加工行業(yè)和離散型加工的特點，在采集數據的數據挖掘方面，提供更為專業(yè)化的分析和處理?？梢暬臄祿幚砗拓S富的圖形報表展示功能，

13、涵蓋了車間應用的各個 方面。并對設備和生產相關的關鍵數據進行統(tǒng)計和分析如開機率，主軸運轉率，主軸負載率、 NC運行率，故障率。 6） 與DNC系統(tǒng)良好的兼容性 MDC系統(tǒng)與NC程序傳輸系統(tǒng)（DNC）具有良好的兼容能力。MDC系統(tǒng)與DNC系統(tǒng)采用大部分相同的網絡硬件和通信硬件資源。除與公司自身的DNC系統(tǒng)完全兼容并集成外， 也與與CIMICO、Predator、CAXA等第三方的DNC系統(tǒng)兼容。 系統(tǒng)應用圍： 根據機床的配置情況，MDC系統(tǒng)支持各種接入方式的混合接入，可應用于各類數控機床及PLC控制設備。 1）采用軟件通信實現對機床的大量數據采集 以軟件通信手段為主，采用以太網、串口、MPI總線

14、等設備進行通信實現數據采集。 該方式幾乎不用增加過多硬件即可實現對機床全面的數據采集和監(jiān)控，其采集和監(jiān) 控的數據量大，幾乎包括數控系統(tǒng)的各個方面的數據 典型機床配置 機床系統(tǒng)配置 西門子840D/810D系列 從早期的Win3.11至ijWinXP各系統(tǒng)，從無硬盤的MMC100到有硬盤的PCU50。系統(tǒng)包括：840D、810D、 FM-NC、840Di、840Dsl、840Disl 西門子802系列 802S、802C、802D、802Dsl、828D FANUCi系列系統(tǒng) 配有以太網接口的使用以太網，無網卡的使用串口 HEIDENHAIN系統(tǒng) MillPlus、TNC426/430、iTnc

15、530 馬扎克(Mazatrol)系統(tǒng) MazatrolFusion640 三菱(MITSUBISHI)系統(tǒng) M70、C70、M60、E60 NUM系統(tǒng) FlexiumCNC、AxiumPowerCNC 典型的采集數據： 機床開關機狀態(tài) 機床操作狀態(tài)：手動，自動，MDI等 主軸轉速、主軸倍率，主軸功率 進給速度、進給倍率 程序運行狀態(tài)(運行，停止等) 當前執(zhí)行的程序名稱和路徑或程序號 報警信息及其報警容或者報警狀態(tài) 2)采用硬件-數據采集模塊進行數據采集 其他無軟件通信能力的機床則可采用數據采集模塊實現基本的數據采集，可充分利 用機床的電氣設計來完成一定的數據采集，通?？刹杉缦聰祿?機床開

16、關機狀態(tài) 主軸功率 機床運行狀態(tài) 機床三色燈狀態(tài) 各種模擬和數字信號 機床在生產加工過程常分為連續(xù)型加工和離散型加工兩種類型。連續(xù)型加工的特點是 長時間的單一循環(huán)過程的加工，如汽車發(fā)動機生產線等，其機床的加工工藝和過程幾乎是從 不改變的，主要應用于大規(guī)模的批量生產。離散型加工則見也小批量和單件加工，工藝和程 序更換頻繁，生產過程不易控制。 典型離散型工業(yè)擁有大量的各種數控機床和設備，包括不同時期、不同種類的和不同 配置的機床，因而數據采集的方法也就不同。另一方面由于離散型加工的特點，從生產管理和控制上的需要，則要采集盡可能多的數據，如加工的程序，主軸運轉狀態(tài)，機床運轉狀態(tài)，倍率多少，報警狀態(tài)等

17、等與生產管理相關的信息。因此，機床數據采集具有以下特點： 1 .采集方式的多樣性 針對不同數控系統(tǒng)，不同通信協(xié)議和連接方式（以太網、串口等）采用相匹配的方式或者混合方式達到采集數據的最大化。 2 .采集數據的定制性 針對數控機床的具體配置和設置，獲得所需定義最準確的數據。每一臺機床可能都具有 其特殊性。如同樣的數控系統(tǒng)，采用數字主軸和模擬主軸，其采集的數據也有所差異。又如 在很多磨床中，主軸（砂輪）要求始終不能停止，無論機床是否在運行或停止，而其他機床 3.采集數據的統(tǒng)一性 由于數控系統(tǒng)和機床設計的差異，其狀態(tài)的定義也各不相同，如西門子系統(tǒng)中操作方式 包括手動、自動、MDA,而FANUC系統(tǒng)的

18、操作方式則有MDI、自動運行、存儲器編輯、手輪、JOG手動等定義，但在上層管理應用上則應規(guī)和統(tǒng)一定義，才能在企業(yè)管理層統(tǒng)一應用。 現在國外市場上出現了一些對數控機床進行數據采集和監(jiān)控的系統(tǒng)。現對這些系統(tǒng)的采集方法進行比較 一.對高檔機床數控系統(tǒng)的數據采集 目前常見的數據采集廠家都采用數控系統(tǒng)廠商提供的數據采集軟件或系統(tǒng)二次開發(fā)軟件來進行數據的采集。其典型的系統(tǒng)采集方式如下： 1 .西門子840D/810D系列系統(tǒng) 1）采用以太網進行數據采集。通常要求西門子840D系列系統(tǒng)采用PCU50的人機計算 機，WindowsNT4.0和WindowsXP操作系統(tǒng)，采用以太網卡進行數據采集。在PCU50上

19、安裝采集軟件，如西門子的MCIS（運動控制信息系統(tǒng)）或者采用OPC接口進行數據采集。 這種方式采集的數據比較多但對系統(tǒng)配置要求比較高。對于老840D/810D和FM-NC等系 統(tǒng)受到限制。如采用Win32或win95的MMC103的人機單元，PCU20和MMC100.2等無Windows平臺配置的機床。 2）再有采用PLC通信的方式。就是通過對西門子840D系統(tǒng)機床的S7-300的PLC進行 遠程訪問，從而對機床的一部分數據進行采集。該方式與數控系統(tǒng)的人機單元沒有要求。但 機床的PLC因與具體的機床相關聯，需要對每一臺機床的PLC都比較熟悉，才能保證機床 的正常運轉不受影響。 3）對西門子中低檔系統(tǒng)如802D、802Dsl、828D、802C、802S等機床無有效的數據采 集方法。 2 .FANUC系統(tǒng) 1）采用以太網進行數據采集。通常要求FANUC系統(tǒng)具有以太網功能，通過FANUC的 FOCAS開發(fā)軟件包進行開發(fā)數據采集軟件。采集的數據量比較大。缺點是對機床配置要求比較靠高，不適應于大量無網卡的機床。 2）串口數據采集。常見的采用宏程序進行數據采集。該方式需要在加工宏程序中加入 FANUC的