基于FANUC故障診斷設備的PMC調試案例研究

劉 玲

（湖北廣播電視大學機電工程學院，湖北 武漢430074）

FANUC數控故障診斷設備是一個多元化、多模塊的設備，包括機械結構的診斷、電氣部分的鏈接、加工的精度測量等。通過觀察PMC參數，工作人員能夠及時發現機床的電氣故障發生位置，全面了解機床工作狀態。電氣故障也是數控機床最容易發生的問題，數控機床電器件之間的接線十分復雜，如果只用普通萬用表等電子工具去檢測，勢必會耗費工作人員的精力和時間，而通過查看PMC的工作狀態找出問題的發生段，再與傳統檢測方式結合起來以排除機床的電氣故障，可達到事半功倍的效果［1－2］。

1 數控故障診斷設備中PMC故障的設計思想

要正確的定位數控機床的電氣故障部位，需要采取正確的方法和手段，通過PMC梯形圖查找是數控機床維修常用的方法，這需要學習者掌握完整的數控機床電氣硬件組成、電氣之間的線路連接。

1.1 數控機床CNC和PMC關系

FANUC系統中的PLC均為內裝PMC［5］。內裝型的PMC性能指標由所屬的CNC系統的規格、性能、使用機床的類型等確定。其硬件和軟件都被作為CNC系統的基本組成與CNC系統統一設計制造，因此系統結構十分緊湊（圖1）。

圖1 FANUC 0i－Mate系統單元配置圖

1.2 PMC的結構和控制信號工作流程

在PMC中，地址為G和F的信號，由CNC控制軟件決定其地址。例如，自動運轉啟動信號ST的地址是G7.2。機床和PMC之間的接口信號（地址X和Y）是由機床廠家設計人員分配的。急停信號（＊ESP）和跳轉信號（SKIP）等高速信號由CNC直接進行讀取。這些直接輸入信號的X地址是確定的［3］。其他信號的X和Y地址可根據實際情況任意定義［3］（圖2）。

圖2 PMC信號工作流程

1.3 PMC常見故障

數控機床中輔助功能實現需要以PMC為中心，在CNC、PMC、機床三者之間進行信息交換，數控系統需要對機床主軸正反轉與啟停、工件的夾緊與松開、刀具更換、工位工作臺交換、液壓與氣動、切削液開關、潤滑等輔助工作進行順序控制，這些都需要采用 PMC完成［4］。

PMC和CNC之間的信息交換分為兩部分，其中CNC傳送給PMC的信息主要包括各種功能代碼M、S、T的信息，手動／自動方式信息及各種使能信息等；PMC傳送給CNC的信息主要包括M、S、T的應答信息和各坐標軸對應的機床參考點等。所有CNC送至PMC或PMC送至CNC的信息含義和地址均由FANUC廠家決定好了，PMC編程者只可使用，不可改變和增加刪除。

PMC和機床之間的信息交換也分為兩部分，其中PMC向機床發送的信息主要是控制機床的執行元件，如電磁閥、繼電器、接觸器以及各種狀態指標和故障報警等；由機床傳送給PMC的信息主要是機床操作面板輸入信息和其上各種開關、按鈕的信息，如機床啟停、主軸正轉和反轉、停止、各坐標軸點動、刀架卡盤的夾緊與松開、切削液的開關、倍率選擇及運動部件的限位開關信號等信息。圖3為FANUC系統PMC的信息交換流程圖。X信號為機床到PMC的信號；Y為PMC到機床的信號；G為PMC到CNC的信號；F為CNC系統到PMC的信號。

圖3 PMC信息交換流程圖

2 典型PMC案例應用

2.1 機床工作狀態PMC故障

數控機床的工作狀態開關是為了實現機床的編輯狀態、存儲運行狀態、手動數據輸入狀態、手輪進給狀態、手動連續進給狀態、返回參考點、DNC狀態等［4］。

圖4 系統工作狀態的PMC梯形圖

圖4 各參數含義詳見FANUC 0i簡明聯機調試手冊，圖中G代碼是PMC傳給CNC的，F代碼是CNC傳給PMC的，可以通過修改G代碼來設置故障，讓學習者去查找工作狀態的哪部分出現故障，例如，將G43.2改成0，其手輪狀態則失效，學習者在使用機床手輪工作時，發現手輪搖動的時候機床沒有移動，首先可以查找G43.2是不是為1，可以很快發現已經被出題人修改成0，只需將其改成1，手輪狀態即可以恢復。

此例僅僅是眾多故障設置中的一個，后面不僅可以通過修改位參數來改變PMC中的參數，還可以通過改變PMC和機床之間的硬件連線來改變X位的值來判定故障的發生點，例如，故意將手輪控制面板后面的接線松開，達到斷路的效果，然后運行FANUC系統CNC，利用手輪方式調節機床位置，可以發現這個時候手輪也會失去作用，但是使用者并不知道到底是哪里出了問題，那么最行之有效的方式就是通過查看PMC的X＼G參數值，發現X4.0值任何時候都是為0的，這就說明外部根本沒有得電，可以比較快、準地確定故障一定發生在外部硬件部分，然后通過萬用表去測量電路的通斷，發現連線沒有連接好，接完線，再試，手輪正常工作，故障排除，這種方式解決起來可以說是有的放矢［5］。

2.2 車床自動換刀PMC故障

數控車床應用最多的是轉塔式刀架（又稱電動刀架）。轉塔式刀架是用磚塔刀頭座安裝或夾持各種不同用途的刀具，通過轉塔的旋轉分度定位來實現機床的換刀動作。數控車床電動刀架PMC控制梯形圖中的 X2.1、X2.2、X2.3為角度編碼器的實際刀號檢測輸入信號地址，X2.6為角度編碼器位置選通信號地址，通過常數定義指令把轉塔當前實際位置的刀號寫入地址D302中。詳細工作過程可參見文獻［6］，設備故障可以設置在多處，通過改變參數來設置故障。

圖5 數控車床電動刀架控制梯形圖

圖5 中，R值是不能改變的，可通過改變X、D302、F26的值來設置刀架轉動故障，例如直接設置D302中的值為00001000，系統辨別為8號刀具，通過梯形圖的判斷，機床8號刀具不存在，所以在換刀的過程中，刀架是不做任何動作的。又或者設置F26的值為4，PMC執行時默認的最大刀具號就是4，當選擇5號或者6號刀具時，機床刀架不會轉到相應的刀具，因為F26的值限制了最大的刀具號，一旦超過的最大刀具號的刀架被選中，PMC梯形圖工作時自動去掉了5號和6號刀具，使其刀架轉換的時候不會轉動到位，故障排除人員首先就得去看看F26的值是不是被限制住，只需要將其改為比最大刀具號大一個的數字7，就可以選擇5、6號刀具。

硬件方面，可改變角度編碼器和外部保護措施等X的值，把熱繼電器X2.4對應的線路斷路，那梯形圖在工作時將會不執行刀具轉換，即使其他參數都是正確的，再去看這個梯形圖工作時候的狀態時，會發現X2.4沒有亮影，說明其根本沒有接通而導致換刀不正常，很快發現是其接線端沒有通電，工作人員只需將其接通即可。

2.3 輔助功能程序代碼故障

數控機床的功能代碼包括 M代碼、T代碼、S代碼。以M代碼為例，M代碼用來指定主軸的正轉、反轉、主軸停止及主軸定向停止，冷卻液的供給和關閉，工件或刀具的夾緊和松開，刀具自動更換等功能的控制，圖6是輔助功能M代碼PMC控制。

通過設置G的值來設置故障，例如將G70.5和G70.4梯形圖換位，那在實際編程的時候 M03和M04就分別變成了主軸的反轉和正轉，和原來主軸的正反轉正好相反，學習者在了解故障時也會覺得正反轉反過來了，首先去查找是不是接線主軸電機的接線反了，按照說明書的接線完全正確，下一步就會想到是不是PMC的原因，打開PMC的梯形圖，很明顯地看到這兩個輸出線圈畫錯位置，只需將其修改為原來的正確放置位置，故障即排除。這一部分故障讓學習者了解功能代碼部分的軟件和硬件工作原理，熟練掌握其工作過程，對于故障診斷和排除有很大幫助。

圖6 輔助功能M代碼PMC控制

［1］ 韓 江.基于FANUC系統STAR206T數控綜合實驗臺的研制［J］.實驗室研究與探索，2007（07）：38－39.

［2］ 尹志強.基于FANUC 0i—Mate系統數控車床綜合實驗臺的研究與開發［J］.控制與檢測.2009（07）：57－59.

［3］ 黃文廣.FANUC數控系統連接與調試 ［M］.北京：高等教育出版社，2011：4－5.

［4］ 涂家海.數控機床故障診斷與維修 ［M］.武漢：湖北科學技術出版社，2009：163－164.

［5］ 羅永新.數控機床故障診斷與維修 ［M］.長沙：湖南科學技術出版社，2008：52－53.

［6］ 劉 江.數控機床故障診斷與維修 ［M］.北京：高等教育出版社，2007：94－98.