第二章 FANUC数控系统
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2016/6/22 2
数控机床维修高级应用人才培养丛书 现代数控机床故障诊断与维修
第二章FANUC数控系统故障诊断与维修
• 2.1概 述 • 2.2 FANUC数控系统结构 • 2.4 FANUC数控系统参数配置 • 2.3 FANUC PMC技术 • 2.5 FANUC数控系统故障诊断与维修 • 2.6 FANUC数控系统数据备份与恢复
2016/6/22
9
CA69：伺服检测板接口。 CA55：系统MDI软键信号接口。 CN2：系统操作软键信号接口。 COP10A：系统伺服高速串行通信FSSB接口（光 缆），与伺服放大器的COP10B连接。 Battery：系统备用电池（3V标准锂电池）。 Fan motor：散热风扇电机（两个）。
• X 112. 4 • • •
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位号（0～7） 地址号 地址类型
20
• • • • • •
X：由机床至PMC的输入信号(MT→PMC) Y：由PMC至机床的输出信号(PMC→MT) F：由NC至PMC的输入信号(CNC→PMC) G：由PMC至NC 的输出信号(PMC→CNC) R：内部继电器 D：非易失性存储器
数控机床维修高级应用人才培养丛书 现代数控机床故障诊断与维修
第二章
FANUC数控系统故障诊断与维修
天津工程师范学院
2016/6/22 1
数控机床维修高级应用人才培养丛书 现代数控机床故障诊断与维修
• 教学提示：本章主要以FANUC数控系统为讲述对象 ，介绍了FANUC数控系统的发展、类型及结构特征 ，并以FANUC 0i mate 系列数控系统为例介绍了数控 系统具体的结构；着重讲述了FANUC 0i系统参数配 置；PMC编程技术及FANUC数控系统的参数备份与 恢复。 • 教学要求：了解FANUC数控系统结构特征；理解数 控系统常用参数意义；理解FANUC数控系统PMC编 程的基本知识；掌握FANUC数控系统参数设置方法 及步骤，FANUC数控系统PMC常用指令及编程技巧 ，FANUC数控系统参数备份与恢复的参数配置及基 本操作。在学习完本章后能对FANUC数控系统有一 个整体的认识和有重点地掌握。
2016/6/22 7
• FANUC 0i Mate C系统结构与FANUC 0i C系统基本 相同，只是取消了扩展小槽功能板，如远程缓冲 器串行通信板DNC1/DNC2、数据服务器板、以太 网功能板等。具体结构见图2-3。
图2-3 FANUC 0i Mate C主板 接口布置图
2016/6/22
2016/6/22 16
以图2-5、图2-6两个电路为例，在A触点接通以后，B、 C线圈会有什么动作？如果是继电器电路，可以认为是 并行控制，动作与电路的分布位置无关，两种情况相 同，均为B、C先同时接通，而后B断开。如果是PMC程 序，在图2-5中，与继电器的情况相同，B、C先接通， 而后由于C的接通断开B；在图2-6中，却只有C接通， 因为C的接通使B线圈不能接通。在实际运用中，图2-5 中的B线圈可以用作输入信号A的上升沿脉冲信号。B 的接通时间只有一个循环周期。
2016/6/22 12
• 常把数控机床分为“NC侧”和“MT侧”（即机床 侧）两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和 软件，与CNC系统连接的外围设备如显示器、MDI 面板等。“MT侧”则包括机床机械部分及其液压 、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置、机床操 作面板、继电器线路、机床强电线路等。PMC处于 NC与MT之间，对NC和MT的输入、输出信号进行 处理。MT侧顺序控制的最终对象随数控机床的类 型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。 机床结构越复杂，辅助装置越多，最终受控对象 也越多。图2-4为FANUC数控系统各信号信息交换 示意图。
2016/6/22 15
二、PMC程序执行顺序
• PMC的程序称为顺序控制程序，用于机床或其他系 统顺序控制，CPU执行算术处理。顺序程序的编制 步骤如下： • (1) 根据机床的功能确定I/0点的分配情况； • (2) 根据机床的动作和系统的要求编制梯形图； • (3) 利用系统调试梯形图； • (4) 将梯形图程序固化在ROM芯片内。 • PMC程序的工作原理可以简述为由上至下，由左至 右，循环往复，顺序执行。因为它是对程序指令 的顺序执行，应注意到在微观上与传统继电器控 制电路的区别，后者可认为是并行控制的。
2016/6/22 13
• 由图2-4可以看出，X信号来自机床侧的输入信号 （如接近开关、极限开关、压力开关、操作按钮 、对刀仪等检测元件），PMC接收从机床侧各检测 装置反馈回来的输入信号，在控制程序中进行逻 辑运算，作为机床动作的条件及对外围设备进行 自诊断的依据。 • Y信号是由PMC输出到机床侧的信号。在PMC控制 程序中，根据自动控制的要求，输出信号控制机 床侧的电磁阀、接触器、信号指示灯动作，满足 机床运行的需要。
2016/6/22
19
三、PMC编址
• PMC顺序程序的地址表明了信号的位置。这些地址 包括对机床的输入输出信号和对CNC的输入/输出 信号、内部继电器、计数器、保持型继电器、数 据表等。每一地址由地址号(每8个信号)和位号(0 到7)组成，其格式如下所示。可在符号表中输入数 据表明信号名称与地址之间的关系。地址有以下 种类，不同类别地址符号也不相同。
A
C
Aห้องสมุดไป่ตู้
C
B
A
C
B
A
C
2016/6/22
图2-5 电路1
图2-6电路2
17
• PMC顺序程序按优先级别分为两部分：第一级和第 二级顺序程序。划分优先级别是为了处理一些宽 度窄的脉冲信号，这些信号包括紧急停止信号以 及进给保持信号。第一级顺序程序每8ms执行一次 ，这8ms中的其他时间用来执行第二级顺序程序。 如果第二级顺序程序很长的话，就必须对它进行 划分，划分得到的每一部分与第一级顺序程序共 同构成8ms的时间段。梯形图的循环周期是指将 PMC程序完整执行一次所需要的时间。循环周期等 于8ms乘以第二级程序划分所得的数目，如果第一 级程序很长的话，相应的循环周期也要扩展。PMC 程序执行顺序如图2-7所示。
2016/6/22
5
2.2 FANUC数控系统结构
FANUC系统的典型构成如下： • 1．数控主板：用于核心控制、运算、存储、伺服控制 等。新主板集成了PLC功能。 • 2．PLC板：用于外围动作控制。新系统的PLC板已经 和数控主板集成到一起。 • 3．I/O板：新型的I/O板主要集成了显示接口、键盘接 口、手轮接口、操作面板接口及RS232接口等。 • 4．MMC板：人机接口板。这是个人电脑化的板卡，不 是必须匹配的。本身带有CRT、标准键盘、软驱、鼠标 、存储卡及串行、并行接口。 • 5．CRT接口板：用于显示器接口。新系统中，CRT接 口被集成到I/O板上。 2016/6/22 6
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CP1：系统直流24V输入电源接口，一般与机床侧的24V 稳压电源连接。 JA41：串行主轴/主轴位置编码器信号接口。当主轴为串 行主轴时，与主轴放大器的JA7B连接，实现主轴模块与 CNC系统的信息传递；当主轴为模拟量时，该接口又是主 轴位置编码器的主轴位置反馈信号接口。 JD44A：外接的I/O卡或I/O模块接口信号（I/OLink） JA40：模拟量主轴的速度信号接口，CNC系统输出的速 度信号（0-10V）与变频器的模拟量频率设定端相连接。 JD36B：RS-232-C串行通信总线（2通道）。 JD36A：RS-232-C串行通信总线（1通道）。
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2.1 概 述 一、FANUC系统的发展
日本FANUC公司创建于1956年，是从事数控产品生产最 早，产品市场占有率最大，最有影响的数控产品开发、 制造厂家之一。 1959年首先推出了电液步进电机。 1976年FANUC公司研制成功数控系统5，数控系统7。 1979年研制出数控系统6。 1980年研制出系统3和系统9。 1984年推出数控10系统、11系统和12系统。 1985年FANUC公司又推出了数控系统0。 1987年FANUC公司又成功研制出数控系统15 2000年推出BEIJING-FANUC 0i系列。
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2.3 FANUC PMC技术
• PMC与PLC非常相似，因为专用于机床，所以称为 可编程序机床控制器。与传统的继电器控制电路 相比较，PMC的优点有：时间响应快，控制精度高 ，可靠性好，控制程序可随应用场合的不同而改 变，与计算机的接口及维修方便。另外，由于PMC 使用软件来实现控制，可以进行在线修改，所以 有很大的灵活性，具备广泛的工业通用性。
2016/6/22 18
• 在PMC顺序程序中，为了提高安全性，应该注意使 用互锁处理。对于顺序程序的互锁处理是必不可 少的，然而在机床电气柜中的电气电路终端的互 锁也不能忽略。因为，即使在顺序程序上使用了 逻辑互锁(软件)，但执行顺序程序的硬件出现问题 时，互锁将失去作用。所以，在电气柜中也应提 供互锁以确保机床的安全。
2016/6/22
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• F信号是由控制伺服电动机和主轴电动机的系统部分侧 输入到PMC的信号，系统部分就是将伺服电动机和主 轴电动机的状态，以及请求相关机床动作的信号（如 移动中信号、位置检测信号、系统准备完了信号等） ，反馈到PMC中去进行逻辑运算，作为机床动作的条 件及进行自诊断的依据。 • G信号是由PMC侧输出到控制伺服电动机和主轴电动 机的系统部分的信号，对系统部分进行控制和信息反 馈（如轴互锁信号、M代码执行完毕信号等）。 • 简单地说，FANUC系统可以分为两部分：控制伺服电 动机、主轴电动机动作的系统部分和控制辅助电气部 分的PMC。
2016/6/22
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• PMC的地址中有R与D，它们都是系统内部存储器 ，但是它们之间有所区别。R地址中的数据在断电 后会丢失，在上电时内容为0。而D地址中的数据 断电后可以保存，因而常用来做PMC的参数或数据 表。通常情况下，R地址区域R300－R699共400字 节。应注意，D区域与R区域的地址范围总和也是 400字节。此时在R地址内为D地址划分出一定范围 。比如，给D地址定义出200个字节，那么它们的 地址范围为D300－D499，而此时R地址的区域为 R500－R699。我们必须在编辑顺序程序时在参数 设定中为D地址的数目做出设定。
2016/6/22
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一、PMC简介
• 数控机床作为自动化控制设备，是在自动控制下进行 工作的，数控机床所受控制可分为两类： • 一类是最终实现对各坐标轴运动进行的“数字控制” 。如：对CNC车床X轴和Z轴，CNC铣床X轴，Y轴，Z轴 的移动距离，各轴运行的插补，补偿等的控制即为“ 数字控制”。 • 另一类为“顺序控制”。对数控机床来说，“顺序控 制”是在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行 程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号状态 为条件，并按照预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起 停、换向、刀具的更换、工件的夹紧、松开、液压、 冷却、润滑系统的运行等进行的控制。与“数字控制 ”比较，“顺序控制”的信息主要是开关量信号。
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二、FANUC系统主要系列
• • • • • 1．高可靠性的PowerMate 0系列。 2．普及型CNC 0—D系列。 3．全功能型的0—C系列。 4．高性能／价格比的0i系列。 5．具有网络功能的超小型、超薄型CNC 16i/18i／ 21i系列。 • 除此之外，还有实现机床个性化的CNC 16／ 18/160／180系列。
• 本章将以FANUC 0i Mate C为例来介绍FANUC数控 系统的组成。 • 2004年4月在中国大陆市场上推出的FANUC 的0iC/0i Mate-C CNC系统（系统配置见图2-1）是高可 靠性、高性价比、高集成度的小型化系统。该系 统是基于16i/18i-B的技术设计的，代表了目前常 用CNC的最高水平。 • 使用了高速串行伺服总线FSSB（用光缆连接）和 串行I/O数据口，有以太网口。用该系统的机床可 以单机运行，也可以方便地入网用于柔性加工生 产线。和0i-B一样，有提高精度的先行控制功能（ G05和G08），因此，非常适合于模具加工机床使 用。系统总体连接如图2-2所示。
数控机床维修高级应用人才培养丛书 现代数控机床故障诊断与维修
第二章FANUC数控系统故障诊断与维修
• 2.1概 述 • 2.2 FANUC数控系统结构 • 2.4 FANUC数控系统参数配置 • 2.3 FANUC PMC技术 • 2.5 FANUC数控系统故障诊断与维修 • 2.6 FANUC数控系统数据备份与恢复
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CA69：伺服检测板接口。 CA55：系统MDI软键信号接口。 CN2：系统操作软键信号接口。 COP10A：系统伺服高速串行通信FSSB接口（光 缆），与伺服放大器的COP10B连接。 Battery：系统备用电池（3V标准锂电池）。 Fan motor：散热风扇电机（两个）。
• X 112. 4 • • •
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位号（0～7） 地址号 地址类型
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• • • • • •
X：由机床至PMC的输入信号(MT→PMC) Y：由PMC至机床的输出信号(PMC→MT) F：由NC至PMC的输入信号(CNC→PMC) G：由PMC至NC 的输出信号(PMC→CNC) R：内部继电器 D：非易失性存储器
数控机床维修高级应用人才培养丛书 现代数控机床故障诊断与维修
第二章
FANUC数控系统故障诊断与维修
天津工程师范学院
2016/6/22 1
数控机床维修高级应用人才培养丛书 现代数控机床故障诊断与维修
• 教学提示：本章主要以FANUC数控系统为讲述对象 ，介绍了FANUC数控系统的发展、类型及结构特征 ，并以FANUC 0i mate 系列数控系统为例介绍了数控 系统具体的结构；着重讲述了FANUC 0i系统参数配 置；PMC编程技术及FANUC数控系统的参数备份与 恢复。 • 教学要求：了解FANUC数控系统结构特征；理解数 控系统常用参数意义；理解FANUC数控系统PMC编 程的基本知识；掌握FANUC数控系统参数设置方法 及步骤，FANUC数控系统PMC常用指令及编程技巧 ，FANUC数控系统参数备份与恢复的参数配置及基 本操作。在学习完本章后能对FANUC数控系统有一 个整体的认识和有重点地掌握。
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• FANUC 0i Mate C系统结构与FANUC 0i C系统基本 相同，只是取消了扩展小槽功能板，如远程缓冲 器串行通信板DNC1/DNC2、数据服务器板、以太 网功能板等。具体结构见图2-3。
图2-3 FANUC 0i Mate C主板 接口布置图
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以图2-5、图2-6两个电路为例，在A触点接通以后，B、 C线圈会有什么动作？如果是继电器电路，可以认为是 并行控制，动作与电路的分布位置无关，两种情况相 同，均为B、C先同时接通，而后B断开。如果是PMC程 序，在图2-5中，与继电器的情况相同，B、C先接通， 而后由于C的接通断开B；在图2-6中，却只有C接通， 因为C的接通使B线圈不能接通。在实际运用中，图2-5 中的B线圈可以用作输入信号A的上升沿脉冲信号。B 的接通时间只有一个循环周期。
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• 常把数控机床分为“NC侧”和“MT侧”（即机床 侧）两大部分。“NC侧”包括CNC系统的硬件和 软件，与CNC系统连接的外围设备如显示器、MDI 面板等。“MT侧”则包括机床机械部分及其液压 、气压、冷却、润滑、排屑等辅助装置、机床操 作面板、继电器线路、机床强电线路等。PMC处于 NC与MT之间，对NC和MT的输入、输出信号进行 处理。MT侧顺序控制的最终对象随数控机床的类 型、结构、辅助装置等的不同而有很大的差别。 机床结构越复杂，辅助装置越多，最终受控对象 也越多。图2-4为FANUC数控系统各信号信息交换 示意图。
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二、PMC程序执行顺序
• PMC的程序称为顺序控制程序，用于机床或其他系 统顺序控制，CPU执行算术处理。顺序程序的编制 步骤如下： • (1) 根据机床的功能确定I/0点的分配情况； • (2) 根据机床的动作和系统的要求编制梯形图； • (3) 利用系统调试梯形图； • (4) 将梯形图程序固化在ROM芯片内。 • PMC程序的工作原理可以简述为由上至下，由左至 右，循环往复，顺序执行。因为它是对程序指令 的顺序执行，应注意到在微观上与传统继电器控 制电路的区别，后者可认为是并行控制的。
2016/6/22 13
• 由图2-4可以看出，X信号来自机床侧的输入信号 （如接近开关、极限开关、压力开关、操作按钮 、对刀仪等检测元件），PMC接收从机床侧各检测 装置反馈回来的输入信号，在控制程序中进行逻 辑运算，作为机床动作的条件及对外围设备进行 自诊断的依据。 • Y信号是由PMC输出到机床侧的信号。在PMC控制 程序中，根据自动控制的要求，输出信号控制机 床侧的电磁阀、接触器、信号指示灯动作，满足 机床运行的需要。
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三、PMC编址
• PMC顺序程序的地址表明了信号的位置。这些地址 包括对机床的输入输出信号和对CNC的输入/输出 信号、内部继电器、计数器、保持型继电器、数 据表等。每一地址由地址号(每8个信号)和位号(0 到7)组成，其格式如下所示。可在符号表中输入数 据表明信号名称与地址之间的关系。地址有以下 种类，不同类别地址符号也不相同。
A
C
Aห้องสมุดไป่ตู้
C
B
A
C
B
A
C
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图2-5 电路1
图2-6电路2
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• PMC顺序程序按优先级别分为两部分：第一级和第 二级顺序程序。划分优先级别是为了处理一些宽 度窄的脉冲信号，这些信号包括紧急停止信号以 及进给保持信号。第一级顺序程序每8ms执行一次 ，这8ms中的其他时间用来执行第二级顺序程序。 如果第二级顺序程序很长的话，就必须对它进行 划分，划分得到的每一部分与第一级顺序程序共 同构成8ms的时间段。梯形图的循环周期是指将 PMC程序完整执行一次所需要的时间。循环周期等 于8ms乘以第二级程序划分所得的数目，如果第一 级程序很长的话，相应的循环周期也要扩展。PMC 程序执行顺序如图2-7所示。
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2.2 FANUC数控系统结构
FANUC系统的典型构成如下： • 1．数控主板：用于核心控制、运算、存储、伺服控制 等。新主板集成了PLC功能。 • 2．PLC板：用于外围动作控制。新系统的PLC板已经 和数控主板集成到一起。 • 3．I/O板：新型的I/O板主要集成了显示接口、键盘接 口、手轮接口、操作面板接口及RS232接口等。 • 4．MMC板：人机接口板。这是个人电脑化的板卡，不 是必须匹配的。本身带有CRT、标准键盘、软驱、鼠标 、存储卡及串行、并行接口。 • 5．CRT接口板：用于显示器接口。新系统中，CRT接 口被集成到I/O板上。 2016/6/22 6
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CP1：系统直流24V输入电源接口，一般与机床侧的24V 稳压电源连接。 JA41：串行主轴/主轴位置编码器信号接口。当主轴为串 行主轴时，与主轴放大器的JA7B连接，实现主轴模块与 CNC系统的信息传递；当主轴为模拟量时，该接口又是主 轴位置编码器的主轴位置反馈信号接口。 JD44A：外接的I/O卡或I/O模块接口信号（I/OLink） JA40：模拟量主轴的速度信号接口，CNC系统输出的速 度信号（0-10V）与变频器的模拟量频率设定端相连接。 JD36B：RS-232-C串行通信总线（2通道）。 JD36A：RS-232-C串行通信总线（1通道）。
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2.1 概 述 一、FANUC系统的发展
日本FANUC公司创建于1956年，是从事数控产品生产最 早，产品市场占有率最大，最有影响的数控产品开发、 制造厂家之一。 1959年首先推出了电液步进电机。 1976年FANUC公司研制成功数控系统5，数控系统7。 1979年研制出数控系统6。 1980年研制出系统3和系统9。 1984年推出数控10系统、11系统和12系统。 1985年FANUC公司又推出了数控系统0。 1987年FANUC公司又成功研制出数控系统15 2000年推出BEIJING-FANUC 0i系列。
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2.3 FANUC PMC技术
• PMC与PLC非常相似，因为专用于机床，所以称为 可编程序机床控制器。与传统的继电器控制电路 相比较，PMC的优点有：时间响应快，控制精度高 ，可靠性好，控制程序可随应用场合的不同而改 变，与计算机的接口及维修方便。另外，由于PMC 使用软件来实现控制，可以进行在线修改，所以 有很大的灵活性，具备广泛的工业通用性。
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• 在PMC顺序程序中，为了提高安全性，应该注意使 用互锁处理。对于顺序程序的互锁处理是必不可 少的，然而在机床电气柜中的电气电路终端的互 锁也不能忽略。因为，即使在顺序程序上使用了 逻辑互锁(软件)，但执行顺序程序的硬件出现问题 时，互锁将失去作用。所以，在电气柜中也应提 供互锁以确保机床的安全。
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• F信号是由控制伺服电动机和主轴电动机的系统部分侧 输入到PMC的信号，系统部分就是将伺服电动机和主 轴电动机的状态，以及请求相关机床动作的信号（如 移动中信号、位置检测信号、系统准备完了信号等） ，反馈到PMC中去进行逻辑运算，作为机床动作的条 件及进行自诊断的依据。 • G信号是由PMC侧输出到控制伺服电动机和主轴电动 机的系统部分的信号，对系统部分进行控制和信息反 馈（如轴互锁信号、M代码执行完毕信号等）。 • 简单地说，FANUC系统可以分为两部分：控制伺服电 动机、主轴电动机动作的系统部分和控制辅助电气部 分的PMC。
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• PMC的地址中有R与D，它们都是系统内部存储器 ，但是它们之间有所区别。R地址中的数据在断电 后会丢失，在上电时内容为0。而D地址中的数据 断电后可以保存，因而常用来做PMC的参数或数据 表。通常情况下，R地址区域R300－R699共400字 节。应注意，D区域与R区域的地址范围总和也是 400字节。此时在R地址内为D地址划分出一定范围 。比如，给D地址定义出200个字节，那么它们的 地址范围为D300－D499，而此时R地址的区域为 R500－R699。我们必须在编辑顺序程序时在参数 设定中为D地址的数目做出设定。
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一、PMC简介
• 数控机床作为自动化控制设备，是在自动控制下进行 工作的，数控机床所受控制可分为两类： • 一类是最终实现对各坐标轴运动进行的“数字控制” 。如：对CNC车床X轴和Z轴，CNC铣床X轴，Y轴，Z轴 的移动距离，各轴运行的插补，补偿等的控制即为“ 数字控制”。 • 另一类为“顺序控制”。对数控机床来说，“顺序控 制”是在数控机床运行过程中，以CNC内部和机床各行 程开关、传感器、按钮、继电器等的开关量信号状态 为条件，并按照预先规定的逻辑顺序对诸如主轴的起 停、换向、刀具的更换、工件的夹紧、松开、液压、 冷却、润滑系统的运行等进行的控制。与“数字控制 ”比较，“顺序控制”的信息主要是开关量信号。
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二、FANUC系统主要系列
• • • • • 1．高可靠性的PowerMate 0系列。 2．普及型CNC 0—D系列。 3．全功能型的0—C系列。 4．高性能／价格比的0i系列。 5．具有网络功能的超小型、超薄型CNC 16i/18i／ 21i系列。 • 除此之外，还有实现机床个性化的CNC 16／ 18/160／180系列。
• 本章将以FANUC 0i Mate C为例来介绍FANUC数控 系统的组成。 • 2004年4月在中国大陆市场上推出的FANUC 的0iC/0i Mate-C CNC系统（系统配置见图2-1）是高可 靠性、高性价比、高集成度的小型化系统。该系 统是基于16i/18i-B的技术设计的，代表了目前常 用CNC的最高水平。 • 使用了高速串行伺服总线FSSB（用光缆连接）和 串行I/O数据口，有以太网口。用该系统的机床可 以单机运行，也可以方便地入网用于柔性加工生 产线。和0i-B一样，有提高精度的先行控制功能（ G05和G08），因此，非常适合于模具加工机床使 用。系统总体连接如图2-2所示。