FANUC系統數控機床安全門鎖功能的實現

韋永書，張 曉，吳志良，潘懋釗

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州545007）

0 引言

數控機床的控制系統有很多種，常用的有西門子系統、發那科系統、三菱系統、海德漢系統、廣數系統。每種控制系統的功能命令雖然有差別，但是它們的原理都是一樣的，都由NC系統塊、伺服驅動單元、伺服電機、輸入輸出模塊等構成。NC系統塊的控制大腦由PMC梯形圖、各類數據參數、系統參數等組成。隨著數控機床的普及使用和對安全方面的較高要求，有必要深入研究每個系統的構成及控制原理，以便可以根據需要對設備進行改造完善，滿足現場使用需求。在此，本文以一臺FANUC系統數控機床增加安全門鎖功能的實現為例，深入剖析了一些功能命令的使用原理。

1NC系統的操作與編輯

對系統進行編輯，首先要取得電腦編輯軟件與NC系統之間的通訊或轉接的介質，在編輯系統前要對系統進行備份，編輯好后的PMC要拷貝到系統中。通訊的方法有很多種，常用的有通過數據線通訊、通過網絡接口通訊。轉接的方法一般有兩種，一種是通過USB接口對系統進行備份或者恢復，一種是通過PC ATA卡進行備份或者恢復。下面是FANUC系統用CF卡備份或恢復數據的具體操作及PMC的編輯。

1.1 FANUC系統數據的備份與恢復

（1）FANUC系統中加工程序、參數、螺距誤差補償、宏程序、PMC程序、PMC數據，在機床不使用時是依靠控制單元上的電池進行保存的，如發生NC電池沒電，或其他意外，會導致這些數據的丟失。因此，有必要做好這些數據的備份工作，一旦數據丟失，可以通過恢復這些數據的辦法，保證機床的正常運行。

（2）數控系統的啟動和計算機的啟動一樣，會有一個引導的過程，此時需要將一張PC ATA卡插入顯示器左側的存儲卡插槽中。同時按住顯示器下面最右邊兩個軟鍵或同時按住MDI鍵中的6和7兩個軟鍵，持續按住這兩個鍵時接通NC電源，直至顯示BOOT系統菜單畫面[1]。

BOOT系統的菜單和作業內容如圖1所示。

圖1BOOT系統菜單

（3）系統數據的備份和恢復選擇“5、SRAM DATA BACKUP”，出現一個子菜單：

1）SRAM BACKUP（CNC→MEMORY CARD）數據備份

2）RESTORE SRAM （MEMORY →CARD CNC）數據恢復

（4）PMC梯形圖及 PMC參數的備份選擇“4、SYSTEM DATA SAVE”，出現一個子菜單，通過按向下方向鍵直至出現PMC1.000，按SELECT選擇鍵，等待幾秒鐘按YES按鍵，然后退出。PMC備份完畢。PMC 的恢復選擇“1、SYSTEM DATA LOADING”，然后選擇PMC1.000，按SELECT選擇鍵，等待幾秒鐘按YES按鍵，然后退出。PMC恢復完畢。

1.2 PMC的編輯

（1）PMC程序的編輯一般在電腦軟件上編寫完成后，再拷貝到系統中調式。有些廠家為了保護PMC不被隨意修改，對PMC進行了加密處理，此時需要破解密碼，輸入編輯密碼才能進行編輯操作。

（2）但是存儲卡備份的PMC梯形圖為存儲卡格式的PMC（后綴.000.001等），由于其為機器語言格式，不能由計算機的Ladder 3（計算機格式.LAD）直接識別和讀取并進行修改和編輯，所以必須進行格式轉換。同樣，當在計算機上編輯好的PMC程序也不能直接存儲到M-CARD上，也必須通過格式轉換，然后才能裝載到 CNC 中[1，3]。

（3）編輯完成后的PMC程序裝載到CNC中調式，調式的過程中會遇到一些小問題，此時可以直接在CNC系統中修改程序，然后繼續調式至預期的效果。在系統中直接修改PMC程序時需要對編輯相關的參數進行設置才能編輯。編輯參數分為兩個步驟進行設置，首先在MDI模式下，數次按“OFFSET SETTING”鍵，顯示SETTING的便捷畫面，把“參數寫入”有“0”改成“1”，此時會出現“報警 100”，如需要解除報警，可同時按“CAN”鍵和“RESET”鍵；其次按“SYSTEM”鍵，找到PMC配置畫面，選擇進入PMC設定畫面，將編輯許可、編輯后保存、RAM可寫入、PMC停止許可、編程器功能有效切換到“是”。然后就可以對PMC程序進行在線編輯了[1]。

2FANUC LADDER-III6.3軟件的應用

2.1 存儲卡格式與計算機格式的轉換

2.1.1 M-CARD格式（后綴.000.001等）->計算機格式（.LAD）

（1）運行LADDERⅢ軟件，在該軟件下新建一個類型與備份的M-CARD格式的PMC程序類型相同的空文件。

（2）選擇FILE中的IMPORT（即導入 M-CARD格式文件），軟件會提示導入的源文件格式，選擇MCARD格式即可。執行下一步找到要進行轉換的MCARD格式文件，按照軟件提示的默認操作一步步執行即可將M-CARD格式的PMC程序轉換成計算即可，直接識別的.LAD格式文件，這樣就可以在計算機上進行修改和編輯操作了[1]。

2.1.2 計算機格式（.LAD）->M-CARD格式

（1）當把計算機格式（.LAD）的PMC轉換成MCARD格式的文件后，可以將其存儲到M-CARD上，通過M-CARD裝載到CNC中，而不用通過外部通訊工具（例如：RS-232-C或網線）進行傳輸。在LADDERⅢ軟件中打開要轉換的PMC程序?，F在TOOL中選擇COMPILE將該程序進行編譯成機器語言，如果沒有提示錯誤，則編譯成功，如果提示有錯誤，要退出修改后重新編譯，然后保存，再選擇FILE中的EXPORT[1]。

（2）在選擇EXPORT后，軟件提示選擇輸出的文件類型，選擇M-CARD格式。確定M-CARD格式后，選擇下一步指定文件名，按照軟件提示的默認操作即可得到轉換了格式的PMC程序，注意該程序的圖標是一個WINDOWS圖標（即操作系統不能識別的文件格式，只有FANUC系統才能識別）[1]。轉換好的PMC程序即可通過存儲卡直接裝載到CNC中。

2.2 PMC功能命令表及應用舉例

PMC功能命令有66種，本文就幾個常用的功能命令表做簡單介紹。

（1）二進制譯碼

程序中指令的輔助功能，由NC把讀取的內容通知PMC，在機床側執行動作。此時，NC處于等待機床側動作的狀態，利用每個動作的結束，NC一次執行下面的動作（程序段）。因為NC是用二進制碼把指令的內容輸送到PMC的，所以要使用PMC的二進制譯碼功能命令對二進制進行譯碼[2]。譯碼處理流程如圖2所示。

圖2 譯碼處理流程

（2）子程序指令

子程序指令包括子程序調用和子程序開始結束指令[2]，如圖3所示。

圖3 子程序調用和子程序開始結束指令

（3）前沿檢測SUB 57 DIFU[2]，如圖4所示。

前沿檢測即上升沿檢測信號，可以利用此功能編寫一段程序，實現用一個外部按鈕控制一對動作，如圖4所示。

圖4 前沿檢測

2.3 PMC控制程序的實現

2.3.1 數控機床的功能要求及接線（1）根據安全門鎖的功能要求，實現如下功能：手動開門：在JOG方式下，按下開門按鈕，門鎖脫扣，指示燈快速閃爍?？梢源蜷_門。

關門：用手拉動，使門合上，門鎖扣自動上鎖，指示燈常亮。

自動開門：在MEM，或MDI方式下運行M31，門鎖脫扣，指示燈快速閃爍。可以打開門。

保護功能：在防護門未上鎖的狀態下，手動軸進給、主軸運行、自動程序將被禁止；在手輪方式下可以移動軸。

（2）I/O定義

Y1.7=1門鎖開啟；

X7.6=1門鎖扣到位；

X11.0=1門鎖扣鎖定；

R722.5=1手動開門/關門按鈕；

R734.5=1門鎖定LED燈；

K0.2=1護門功能啟用。

2.3.2 PMC程序的的實現

（1）將程序導入到FANUC LADDER-III6.3軟件中進行編輯，首先在主程序結束前加一段子程序有條件調用SUB65 CALL指令，如圖5所示建立的子程序。

圖5 子程序的建立

（2）然后在子程序編輯控制程序，如圖6。

圖6 控制程序

（3）要實現安全門鎖的全部功能，還要在主程序中修改程序，增加一些條件。編輯完成后將程序導入NC系統進行調式，調式的過程中可能需要在線修改程序，以達到要求的功能。

4 結束語

數控機床的改造需要熟練掌握軟件和硬件知識，這里以FANUC系統為例深入剖析了從軟件到硬件的具體實現方法和步驟，可以根據要實現的具體功能，自主改造設備，此類方法可以擴展到其他數控系統的改造升級。