4任務1 FANUC數(shù)控機床PMC認識

數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術李海清項目四FANUC數(shù)控機床PMC編寫與調(diào)試項目引入PLC（ProgrammableLogicController）用于通用設備的自動控制，稱為可編程控制器。PLC用于數(shù)控機床的外圍輔助電氣的控制，稱為可編程序機床控制器（ProgrammableMachineController/ProgrammableMachineToolController），F(xiàn)ANUC數(shù)控系統(tǒng)通常將其稱之為PMC，F(xiàn)ANUCPMC是典型的與CNC集成在一起的內(nèi)裝式PLC，其CPU和存儲器就在CNC控制單元的主板上，是FANUC數(shù)控系統(tǒng)機床上用于控制系統(tǒng)與機床外圍動作的程序。數(shù)控機床故障多發(fā)于外圍行程、限位開關等外圍信號檢測電路上，維修人員若能夠掌握好PMC控制技術，將會是數(shù)控機床維修道路上一個有力的解決問題的工具，利用PMC技術可以解決診斷機床故障是硬件部分故障還是軟件部分故障、解決機床外圍動作不能夠執(zhí)行的故障、解決因為外圍檢測信號元器件故障導致的報警、常見的為換刀故障、調(diào)整機床控制動作流程，滿足不同客戶控制需求、屏蔽外圍報警，讓機床出現(xiàn)故障時能夠臨時加工、給機床進行加密，對于分期付款的客戶有效、編寫控制時序，大修機床，實現(xiàn)機床控制功能等問題。數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術李海清項目四FANUC數(shù)控機床PMC編寫與調(diào)試育人目標學生應了解和掌握FANUCPMC的含義、工作原理、功能指令、程序的結構和執(zhí)行等，在生產(chǎn)實際中，能夠正確查閱BEIJINGFANUCPMCMODELPA1/SA1/SA3梯形圖語言編程說明書等，理解數(shù)控機床工作方式控制、速度倍率控制、自動運行控制、手動運行控制、主軸控制、鎖住功能控制、程序校驗控制、硬件超程和急?？刂啤⑤o助電機控制、外部報警和操作信息控制和自動換刀PMC控制等功能PMC控制過程和編寫與調(diào)試方法，能夠通過PMC來診斷和排除數(shù)控機床常見的故障，保證數(shù)控機床的正常使用，提高企業(yè)數(shù)控機床的利用率。最終培養(yǎng)從事數(shù)控機床電氣裝調(diào)、機床裝調(diào)維修工等職業(yè)的素質(zhì)和技能，并具備從事相關崗位的職業(yè)能力和可持續(xù)發(fā)展能力。數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術職業(yè)素養(yǎng)

在FANUC數(shù)控機床PMC編寫與調(diào)試學習中，重點培育學生嚴謹、求真務實、實踐創(chuàng)新、精益求精的精神，培養(yǎng)學生踏實嚴謹，吃苦耐勞、追求卓越等優(yōu)秀品質(zhì)，使學生成長具有專業(yè)知識技能、新時代工匠精神、科學精神、愛國奉獻的自動化高素質(zhì)技能人才。項目四FANUC數(shù)控機床PMC編寫與調(diào)試數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術李海清任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識項目描述可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲器，在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機械設備或生產(chǎn)過程。PMC工作原理如圖4-1-1所示。1、掌握PLC含義；

2、了解PLC在數(shù)控機床中的應用形式；

3、掌握PLC與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床間的信息交換；

4、掌握PLC在數(shù)控機床中的工作流程；

5、掌握PLC與數(shù)控機床外圍電路的關系；

6、掌握FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC地址類型及作用；

7、掌握FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC各信號的意義；

8、掌握FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC信號中帶“*”的含義；

9、掌握FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC循環(huán)執(zhí)行過程；任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務目標一、PLC在數(shù)控機床中的應用

1、PLC在數(shù)控機床中的應用形式

PLC在數(shù)控機床中應用，通常有兩種形式：一種稱為內(nèi)裝式；一種稱為獨立式。

內(nèi)裝式PLC也稱集成式PLC，采用這種方式的數(shù)控系統(tǒng)，在設計之初就將NC和PLC結合起來考慮，NC和PLC之間的信號傳遞是在內(nèi)部總線的基礎上進行的，因而有較高的交換速度和較寬的信息通道。它們可以共用一個CPU也可以是單獨的CPU,這種結構從軟硬件整體上考慮,PLC和NC之間沒有多余的導線連接,增加了系統(tǒng)的可靠性,而且NC和PLC之間易實現(xiàn)許多高級功能。PLC中的信息也能通過CNC的顯示器顯示,這種方式對于系統(tǒng)的使用具有較大的優(yōu)勢。如圖4-1-2所示。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習PLC在數(shù)控機床中應用，通常有兩種形式：一種稱為內(nèi)裝式；一種稱為獨立式。

內(nèi)裝式PLC也稱集成式PLC，采用這種方式的數(shù)控系統(tǒng)，在設計之初就將NC和PLC結合起來考慮，NC和PLC之間的信號傳遞是在內(nèi)部總線的基礎上進行的，因而有較高的交換速度和較寬的信息通道。它們可以共用一個CPU也可以是單獨的CPU,這種結構從軟硬件整體上考慮,PLC和NC之間沒有多余的導線連接,增加了系統(tǒng)的可靠性,而且NC和PLC之間易實現(xiàn)許多高級功能。PLC中的信息也能通過CNC的顯示器顯示,這種方式對于系統(tǒng)的使用具有較大的優(yōu)勢。如圖4-1-2所示。

獨立式PLC也稱外裝式PLC，它獨立于NC裝置，具有獨立完成控制功能的PLC。在采用這種應用方式時，可根據(jù)用戶自己的的特點，選用不同專業(yè)PLC廠商的產(chǎn)品，并且可以更為方便的對控制規(guī)模進行調(diào)整。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習2、PLC與數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機床間的信息交換

相對于PLC，機床和NC就是外部。PLC與機床以及NC之間的信息交換，對于PLC的功能發(fā)揮，是非常重要的。PLC與外部的信息交換，通常有四個部分：

（1）機床側至PLC：機床側的開關量信號通過I/O單元接口輸入到PLC中，除極少數(shù)信號外，絕大多數(shù)信號的含義及所配置的輸入地址，均可由PLC程序編制者或者是程序使用者自行定義。數(shù)控機床生產(chǎn)廠家可以方便的根據(jù)機床的功能和配置，對PLC程序和地址分配進行修改。

（2）PLC至機床：PLC的控制信號通過PLC的輸出接口送到機床側，所有輸出信號的含義和輸出地址也是由PLC程序編制者或者是使用者自行定義。

（3）CNC至PLC：CNC送至PLC的信息可由CNC直接送入PLC的寄存器中,所有CNC送至PLC的信號含義和地址（開關量地址或寄存器地址）均由CNC廠家確定,PLC編程者只可使用不可改變和增刪。如數(shù)控指令的M、S、T功能,通過CNC譯碼后直接送入PLC相應的寄存器中。

（4）PLC至CNC：PLC送至CNC的信息也由開關量信號或寄存器完成,所有PLC送至CNC的信號地址與含義由CNC廠家確定,PLC編程者只可使用,不可改變和增刪。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習3、PLC在數(shù)控機床中的工作流程

PLC在數(shù)控機床中的工作流程，和通常的PLC工作流程基本上是一致的，分為以下幾個步驟：

（1）輸入采樣：輸入采樣，就是PLC以順序掃描的方式讀入所有輸入端口的信號狀態(tài)，并將此狀態(tài)，讀入到輸入映象寄存器中。當然，在程序運行周期中這些信號狀態(tài)是不會變化的，除非一個新的掃描周期的到來，并且原來端口信號狀態(tài)已經(jīng)改變，讀到輸入映象寄存器的信號狀態(tài)才會發(fā)生變化。

（2）程序執(zhí)行：程序執(zhí)行階段系統(tǒng)會對程序進行特定順序的掃描，并且同時讀入輸入映像寄存區(qū)、輸出映像寄存區(qū)的讀取相關數(shù)據(jù)，在進行相關運算后，將運算結果存入輸出映像寄存區(qū)供輸出和下次運行使用。

（3）出刷新階段：在所指令執(zhí)行完成后，輸出映像寄存區(qū)的所有輸出繼電器的狀態(tài)（接通/斷開）在輸出刷新階段轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器中，通過特定方式輸出，驅(qū)動外部負載。

任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習4、PLC在數(shù)控機床中的控制功能

（1）操作面板的控制。操作面板分為系統(tǒng)操作面板和機床操作面板。系統(tǒng)操作面板的控制信號先是進入NC，然后由NC送到PLC，控制數(shù)控機床的運行。機床操作面板控制信號，直接進入PLC，控制機床的運行。

（2）機床外部開關輸入信號。將機床側的開關信號輸入到送入PLC，進行邏輯運算。這些開關信號，包括很多檢測元件信號（如：行程開關、接近開關、模式選擇開關等等）

（3）輸出信號控制：PLC輸出信號經(jīng)外圍控制電路中的繼電器、接觸器、電磁閥等輸出給控制對象。

（4）功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出T指令給PLC，經(jīng)過譯碼，在數(shù)據(jù)表內(nèi)檢索，找到T代碼指定的刀號，并與主軸刀號進行比較。如果不符，發(fā)出換刀指令，刀具換刀，換刀完成后，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。

（5）M功能實現(xiàn)。系統(tǒng)送出M指令給PLC，經(jīng)過譯碼，輸出控制信號，控制主軸正反轉(zhuǎn)和啟動停止等等。M指令完成，系統(tǒng)發(fā)出完成信號。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習二、PLC與數(shù)控機床外圍電路的關系

1、PLC對外圍電路的控制

數(shù)控機床通過PLC對機床的輔助設備進行控制，PLC通過對外圍電路的控制來實現(xiàn)對輔助設備的控制的。PLC接受NC的控制信號以及外部反饋信號，經(jīng)過邏輯運算、處理將結果以信號的形式輸出。輸出信號從PLC的輸出模塊輸出，有些信號經(jīng)過中間繼電器控制接觸器然后控制具體的執(zhí)行機構動作，從而實現(xiàn)對外圍輔助機構的控制。有些信號不需要通過中間環(huán)節(jié)的處理直接用于控制外部設施，比如說，有些直接用低壓電源驅(qū)動的設備（如：面板上的指示燈）。也就是說每一個外部設備（使用PLC控制的）都是由PLC的一路控制信號來控制的，每一個外部設備（使用PLC控制的）都在PLC中和一個PLC輸出地址相對應。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習PLC對外圍設備的控制，不僅僅是要輸出信號控制設備、設施的動作，還要接受外部反饋信號，以監(jiān)控這些設備設施的狀態(tài)。在數(shù)控機床中用于檢測機床狀態(tài)的設備或元件主要有，溫度傳感器、震動傳感器、行程開關、接近開關等。這些檢測信號有些是可以直接輸入到PLC的端口，有些必須要經(jīng)過一些中間環(huán)節(jié)才能夠輸入到PLC的輸入端口。

無論是輸入還是輸出，PLC都必須要通過外圍電路才能夠控制機床的輔助設施的動作。在PLC和外圍電路的關系中，最重要的一點就是外部信號和PLC內(nèi)部信號處理的對應。這種對應關系就是前面所說的地址分配，就是將每一個PLC中地址和外圍電路每一路信號相對應。這個工作是在機床生產(chǎn)過程中，編制和該機床相對應的PLC程序時，由PLC程序編制工程師定義。當然做這樣的定義必須遵循必要的規(guī)則，以使PLC程序符合系統(tǒng)的要求。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習2、PLC輸出信號控制相關的執(zhí)行元件

我們知道在數(shù)控機床中，不僅僅是輸入信號和外部電路涉及到對應關系，輸出信號和外圍控制電路以及要驅(qū)動的設備之間也存在作相應的對應關系。在設計PLC的程序時，必須要考慮數(shù)控機床會用到那些設備，那些設備是可以有PLC直接驅(qū)動的，那些設備必須經(jīng)過繼電器、接觸器等中間環(huán)節(jié)才能夠驅(qū)動，以及這些設備的控制信號通過哪個地址號輸出。在使用數(shù)控機床過程中，我們可以通過閱讀電氣手冊,熟悉機床設施的控制運行方式，方便的維護機床。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習三、FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC

1、PMC的程序結構

圖4-1-4為FANUC0i-D數(shù)控系統(tǒng)PMC程序結構圖，其PMC程序通常由第1級程序、第2級程序、第3級程序和子程序組成。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習2第1級程序從程序開始到END1命令之間，系統(tǒng)每個梯形圖執(zhí)行周期中執(zhí)行一次，只要特點是信號采樣實時以及輸出信號響應快。其主要處理短脈沖信號，如急停、跳轉(zhuǎn)、超程等信號。在第1級程序中，程序盡量短，這樣可以縮短PMC程序執(zhí)行時間。如果沒有輸入信號，只需要編寫END1功能指令。

第2級程序是END1命令之后、END2命令之前的程序。第2級程序通常包括機床操作面板、ATC（自動換刀裝置）、APC（工作臺自動交換裝置）程序。

第3級程序是END2命令之后、END3命令之前的程序。第3級程序主要處理低速相應信號，通常用于PMC程序報警信號處理。

子程序是END3命令之后、END命令之前的程序。通常將具有特定功能并且多次使用的程序段作為子程序。主程序中用指令決定具體子程序的執(zhí)行狀況。當主程序調(diào)用子程序并執(zhí)行時，子程序執(zhí)行全部指令直至結束，然后系統(tǒng)將返回調(diào)用子程序的主程序。子程序只有在需要時才調(diào)用。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習2、PMC程序循環(huán)執(zhí)行

在PMC執(zhí)行掃描過程中第一級程序每8ms執(zhí)行一次，而第二級程序在向CNC的調(diào)試RAM中傳送時，第二級程序根據(jù)程序的長短被自動分割成n等分，每8ms中掃描完第一級程序后，再依次掃描第二級程序，所以整個PMC的執(zhí)行周期是n*8ms。因此如果第一級程序過長導致每8ms掃描的第二級程序過少的話，則相對于第二級PMC所分隔的數(shù)量n就多，整個掃描周期相應延長。而子程序是位于第二級程序之后，其是否執(zhí)行掃描受一二級程序的控制，所以對一些控制較復雜的PMC程序，建議用子程序來編寫，以減少PMC的掃描周期。

任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習CNC開機后，CNC與PMC同時運行。上圖為兩者執(zhí)行的時序圖。一個工作周期為8ms，其中前1.25ms為執(zhí)行PMC梯形圖程序。首先執(zhí)行全部的第一級程序，1.25ms內(nèi)剩下的時間內(nèi)執(zhí)行第2級程序的一部分（這叫做PMC程序的分割）。第一級程序為要求PMC緊急處理的事件，比如：急停、撞到限位開關等。執(zhí)行完PMC程序后的8ms的剩余時間，為CNC的處理時間。在隨后的各周期內(nèi)，每個周期的開始均執(zhí)行一次PMC的一級程序，因此在宏觀上，緊急事件似乎是立即反應的。執(zhí)行完一級程序后，再執(zhí)行PMC第2級程序中剩余的分割，直至全部PMC程序執(zhí)行完畢。然后又重新執(zhí)行PMC程序，周而復始。由此可見，一級程序應該越短越好，整個程序的總步數(shù)應該越少越好。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習2、PMC地址

地址是用來區(qū)分信號，不同的地址分別對應機床側的輸入/輸出信號、CNC側的輸入/輸出信號、內(nèi)部繼電器、計數(shù)器、定時器、保持型繼電器和數(shù)據(jù)表。PMC程序中主要使用四種類型的地址，如圖4-1-6所示。

實線表示機床側的PMC輸入/輸出信號（與I/O模塊連接），虛線表示PMC與CNC之間的輸入/輸出信號（僅在存儲器RAM中傳送）。

每個地址由地址號和位號（0-7）組成。在地址號的開頭必須指定一個字母來表示信號的類型。如X18.5，其中X18為地址號，5為位號（位號為0-7）。

絕對地址：I/O信號的存儲器區(qū)域，地址唯一。

符號地址：用英文字母代替的地址，只是一種符號，可為PMC程序編輯、閱讀與檢查提供方便，但不能取代絕對地址。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習4、PMC、CNC、MT之間關系

（1）CNC是數(shù)控系統(tǒng)的核心，機床上I/O要與CNC交換信息，要通過PMC處理才能完成，PMC在機床與CNC之間發(fā)揮橋梁作用。

任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習（2）機床本體信號進入PMC，輸入信號為X信號，輸出到機床本體的信號為Y信號，因為內(nèi)置PMC和外置PMC不同，所以地址的編排和范圍有所不同。機床本體輸入/輸出的地址分配和含義原則上由機床廠定義分配。

（3）根據(jù)機床動作要求編制PMC程序，由PMC處理后送給CNC裝置的信號為G信號，CNC處理結果產(chǎn)生的標志位為F信號，直接用于PMC邏輯編程，各具體信號含義可以參考FANUC有關技術資料或后述部分。G信號和F信號的含義。

（4）PMC本身還有內(nèi)部地址（內(nèi)部繼電器、可變定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)表、信息顯示、保持型繼電器等），在需要時也可以把PMC作為普通PLC使用。

（5）機床本體上的一些開關量通過接口電路進入系統(tǒng)，大部分信號進入PMC控制器參與邏輯處理，處理結果送給CNC裝置（G信號）。其中有一部分高速處理信號如*DEC（減速）、*ESP（急停）、SKIP（跳躍）等直接進入CNC裝置，由CNC裝置直接處理相關功能。CNC輸出控制信號為F信號，該信號根據(jù)需要參與PMC編程。帶“*”的信號是負邏輯信號，例如急停信號（*ESP）通常為1（沒有急停動作），當處于急停狀態(tài)時*ESP信號為0。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習5、輸入/輸出信號（X，Y）

FANUC系統(tǒng)的PMC與機床本體的輸入信號地址符為X，輸出信號地址符為Y，I/O模塊由于系統(tǒng)和配置的PMC軟件版本不同，地址范圍也不同，前面已有介紹。以FANUCOi-D系統(tǒng)來講，都是外置I/O模塊，對典型數(shù)控機床來講，輸入/輸出信號主要有以下三方面內(nèi)容。

1）數(shù)控機床操作面板開關輸入和狀態(tài)指示

數(shù)控機床操作面板不管是選用FANUC標準面板還是用戶自行設計的操作面板，典型數(shù)控機床操作面板的主要功能相差不多。一般包括：

1）操作方式開關和狀態(tài)燈（自動、手動、手輪、回參考點、編輯、DNC、MDI等）；

2）程序控制開關和狀態(tài)燈（單段、空運行、軸禁止、選擇性跳躍等）；

3）手動主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止按鈕和狀態(tài)燈以及主軸倍率開關；

4）手動進給軸方向選擇按鈕及快進鍵；

5）冷卻控制開關和狀態(tài)燈；

6）手輪軸選擇開關和手輪倍率開關（×l、×10、×100、×1000）；

7）手動按鈕和自動倍率開關；

8）急停按鈕；

9）其他開關。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習（2）數(shù)控機床本體輸入信號

數(shù)控機床本體輸入信號一般有每個進給軸減速開關、超程開關、機床功能部件上的開關。

（3）數(shù)控機床本體輸出信號

數(shù)控機床本體輸出信號一般有冷卻泵、潤滑泵、主軸正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)（模擬主軸）、機床功能部件的執(zhí)行動作等。

6、G信號和F信號

G信號和F信號的地址是由FANUC公司規(guī)定的，需要CNC實現(xiàn)某一個邏輯功能必須編制PMC程序，結果輸出G信號，由CNC實現(xiàn)對進給電動機和主軸電動機等的控制；CNC當前運行狀態(tài)需要參與PMC程序控制，必須讀取F信號地址。

在FANUC數(shù)控系統(tǒng)中，CNC與PMC的接口信號隨著系統(tǒng)型號和功能不同而不同，各個系統(tǒng)的G信號和F信號有一定的共性和規(guī)律。在技術資料中，G、F信號的一般表示方法是：G×××表示G信號地址為×××，G×××.1表示G信號地址×××中0-7的第1位信號，有時也用G×××#×表示位信號地址，各信號也經(jīng)常用符號表示，例如：*ESP就表示地址信號為G8.4的位符號。加“*”表示0有效，平時要使該信號處于1。F信號的地址表示基本同G信號。在設計與調(diào)試PMC中，一般需要學會查閱G信號和F信號。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習27、FANUC0i-D系列PMC信號地址

PMC信號地址用一個制定的字母表示信號的類型，用字母后的數(shù)字表示信號地址。FANUC0i-D系列數(shù)控系統(tǒng)從機床側輸入的高速信號地址是固定的，這些信號包括各軸的測量位置到達信號、各軸返回參考點減速信號、跳轉(zhuǎn)信號以及急停信號等。如表4-1-2所示。任務1FANUC數(shù)控機床PMC認識數(shù)控機床裝調(diào)與維修技術任務學習信號符號地址使用I/OLink使用內(nèi)裝I/O卡T系列X軸測量位置到達信號XAEX4.0X1004.0Z軸測量位置到達信號ZAEX4.1X1004.1刀具補償測量值直接輸入功能B（+X方向信號）+MIT1X4.2X1004.2刀具補償測量值直接輸入功能B（-X方向信號）-MIT1X4.3X1004.3刀具補償測量值直接輸入功能B（+Z方向信號）+MIT2X4.4X1004.4刀具補償測量值直接輸入功能B（-Z方向信號）-MIT2X4.5X1004.5M系列X軸測量位置到達信號XAEX4.0X1004.0Y軸測量位置到達信號YAEX4.1X1004.1Z軸測量位置到達信號ZAEX4.2X1004.2M、T