PMC 和C-执行器配合应用与冲突

许立新

(上海通用汽车有限公司，上海 201206)

1 概述

一台使用FANUC-160C 数控系统的进口卧式加工中心，投产后不久偶尔出现完成备刀后既不动作、也不报警的“死机”现象，大约每周出现二次，复位和急停操作都无法恢复，只能关机。该机床使用了C-执行器(C-EXE)。发生故障时CNC 在执行的M661 代码(备刀命令)，等待M-功能结束。后来查出故障原因是PMC 与C-EXE 配合使用时，因为忽略了PMC分割段运行机理，程序出现了漏洞导致竞争冒险。

下面按照分析故障的过程进行叙述。

2 分析故障

2.1 逆向追踪

机床备刀过程是将主轴上换下来的旧刀从待刀位送回刀库，再把下一把刀从刀库转移到待刀位;在这个过程中，刀具数据信息(刀具号、刀具寿命等)也要同步转移;因为刀具数据管理由C-EXE 处理，所以在执行备刀命令M661 过程中，根据实际步骤C-EXE 也要同步运行。

从M661 功能没有结束开始追踪，文中箭头所指方向为程序逻辑执行方向。

①M661 结束［M661FN=0］←②M06 等待［M06WAT=1］←③未执行备刀第8 步［TCF-08=0］←④未执行备刀第7 步［TCF-07=0］←⑤刀具检索未完成［TSROK=0］←⑥未执行备刀第4 步［TCF-04=0］←⑦未执行备刀第3 步［TCF-03=0］←⑧C-EXE 相关［CEXBSY=1，CEXFIN=1］。

由于CEXBSY 和CEXFIN 信号比较复杂，停止逆向追踪。CEXBSY 信号是PMC 向C-EXE 发出的任务请求信号，梯形图中有10 处置位和10 处复位CEXBSY 信号。CEXFIN 信号是C-EXE 向PMC 发出的C-EXE的任务完成信号，梯形图中没有写这个信号。

［确定目标］:焦点是CEXBSY≠0 和CEXFIN≠0;方向是PMC 的10 项任务和C-EXE。

2.2 梳理10 项任务

［任务1］:WORK DATA RESET JOB;

［任务2］:TOOL DATA RESET JOB;

［任务3］:TOOL CALLING STEP-3;

［任务4］:WORK COUNTER UPDATE STEP-1;

［任务5］:CYCCLE TIME MONITOR STEP-1;

［任务6］:SL FLAG SET STEP-2;

［任务7］:TL COUNT-UP STEP-1;

［任务8］:M034 ACTION STEP-1;

［任务9］:BT FLAG RESET JOB STEP-2;

［任务10］:SET DATA TRIGGER;

10 项任务与C-EXE 的应答方式是相同的。

2.3 使用排除法，缩小目标范围

依次检查10 项任务，寻找不同之处:

9 项任务的触发信号都是“0”，所以这9 项任务都不会向C-EXE 发出任务请求。只有［任务3］的触发信号TCF-02 是“1”，但是因为条件不满足，所以［任务3］的任务选通信号TCF-3 没有接通。与2.1 节的追踪结果“会合”了，怀疑是［任务3］有问题。

分析［任务3］的梯型图(图1):

(1)在Net4 上，因为［TCF-03=0］，所以不能置位CEXBSY 信号。

(2)假设一:当时正在执行［任务3］，TCF-03 信号曾经是“1”，当时置位了CEXBSY 信号，然后关断TCF-03 信号。

因为Net1 中TCF-03 信号是自锁的，如果要关断它，则需要上一次循环时Net8［TSROK=1］，因此Net5［TCF-04=1］;既然［TCF-04=1］，那么Net6 就能够复位CEXBSY 了;这与实际状态［CEXBSY=1］不符，所以假设一不成立。

(3)假设二:当时在等待执行［任务3］，即［CEXBSY=1］是由其他任务置位的。

因为其他任务还没有完成，所以［CEXBSY=1］;当其他任务完成后，使［CEXBSY=0，CEXFIN=0］成立，就可以执行［任务3］了，符合逻辑，证明假设二成立，所以不是［任务3］出的问题。

［更新目标］:焦点是CEXBSY≠0 和CEXFIN≠0;方向是PMC 的9 项任务和C-EXE。

至此，我们需要先研究PMC 和C-EXE 的联合应用。

3 学习PMC 和C-执行器联合应用

3.1 分析PMC 接口程序(图1)

Net1［Step1］:在没有其他任务时(CEXBSY=0，CEXFIN=0)，处于任务使能状态，如果有触发信号(TCF-02=1)，则任务选通(TCF-03=1)并且自锁。

Net2，3［Step2］:如果任务选通，就一次性传送任务数据到C-EXE(CEDT00、CEDT04、……);到下一个循环周期时CEXBSY=1，就不再传送了。

Net4［Step3］:如果任务选通，就置位CEXBSY 信号(向C-EXE 发出任务请求命令)

Net5［Step6］:收到C-EXE 任务完成信号(CEXFIN=1)后，就发出PMC 的任务完成命令(TCF-04=1)。

Net6［Step7］:收到PMC 的任务完成命令，就复位CEXBSY 信号(通知C-EXE 任务结束)。

Net7，8［Step9］:如果C-EXE 的返回代码［CEDT02］是“0”，就发出PMC 的任务结束命令(TSRCOK=1);

Net1［Step10］:到下一个循环周期时，由PMC 的任务结束命令(TSRCOK=1)关断任务选通信号(TCF-03=0)，结束任务;当收到C-EXE 发出的允许接收新任务命令(CEXFIN=0)后，则再次处于任务使能状态(其它任务也处于使能状态)。

3.2 分析C-EXE 接口程序(图2)

［A］:如果成功获取CEXBSY 和CEXFIN 的状态则向下运行，执行［B］和［C］。

［B］:如果状态为［CEXBSY=1，CEXFIN=0］(收到PMC 的任务请求命令［CEXBSY=1］，对应Net4)，则向下运行，执行［D］;否则执行［C］。

［C］［Step8］:如果状态为［CEXBSY=0，CEXFIN=1］(收到PMC 的任务结束命令［CEXBSY=0］时，对应Net6);则置［CEXFIN=0］(通知PMC 允许接收新任务，对应Net1［Step10］);

［D］［Step4］:如果成功获取任务数据(组)CEDT00、…，则向下运行，执行［E］和［F］。

［E］［Step4］:执行PMC 请求的任务。(根据［CEDT00］的任务代码，选择执行相应的函数;完成任务后把返回代码写入［CEDT02］中，对应Net7)。

［F］［Step5］:完成PMC 请求的任务后，如果仍然CEXBSY=1，则置CEXFIN=1(通知PMC 任务完成，对应Net5)。

整个PMC 和C-EXE 的应答关系如表1 所示。

小结:在［C］中，只要CEXBSY=0，C-EXE 就会置CEXFIN=0;所以排除了CEXFIN≠0 的因素。

［更新目标］:焦点CEXBSY≠0;方向是PMC 的9项任务。

3.3 设置“痕迹标识位”缩小目标

为了确定到底是哪个任务出了问题，采用设置痕迹标识位的方法，具体方法如下:

修改梯形图，分别为各项任务设置“痕迹标识位”(R20.0～R21.1);在每项任务“置位”和“复位”CEXBSY 的同时也“置位”和“复位”各自的“痕迹标识位”。在出现“死机”时，如果哪一个“痕迹标识位”还是“1”，则就是哪一项任务出了问题。

增加标识位后，再次出现“死机”时，R20.6=1;说明是［任务7］出了状况。

［锁定目标］:［任务7］没有复位CEXBSY!

3.4 检查［任务7］的梯形图(图3)

(1)根据［锁定目标］，Net14 没有复位CEXBSY;当时状态是［CEXBSY=1，CEXFIN=1］;

表1 PMC 与C-EXE 应答关系顺序表

(2)逆向追踪:箭头所指方向为程序逻辑执行方向。Net14［CEXBSY≠0］←Net9［TLCU-1=0］←上一循环周期Net16［TLCUFN=1］←［TLCU-1=1，CEXFIN=1］。

说明在上一循环周期时［TLCU-1=1，CEXFIN=1］是成立的。那么，为什么排在前面的Net14 没有执行而后面的Net16 却执行了?

分析:顺序程序没有逻辑错误，猜测是PMC 运行时发生了冲突。

4 回顾PMC 的运行原理，寻求突破

4.1 从基础原理出发

回顾PMC 程序的执行原理，梳理相关概念(参考图4，图5)。

(1)扫描周期:8 ms。

(2)扫描PMC 时间:5 ms(FS160C);即在8 ms 内有5ms 执行PMC 程序，3 ms 由NC 使用。

(3)5 ms 分为两部分:①处理高级段:执行Level1程序，每个扫描周期都要执行一次;②处理低级段:剩余时间执行Level2 程序，每个扫描周期只能执行一部分。

(4)分割段:Level2 程序按分配的时间分割成n个段，每个扫描周期执行一个段。

(5)运行方式:循环执行。

(6)循环周期:8×n ms，执行一遍PMC 程序的时间。

4.2 发现突破口:是分割段问题

假设:①两个分割段的“接缝”在Net14 和Net15之间(见图6);②在执行Net14 后和Net15 之前这段时间内，C-EXE 把CEXFIN 由“0”变为“1”。分析如下:

(1)在执行Net14 时，因为［TLCU-1=1，CEXFIN=0］，所以没有复位CEXBSY，保持［CEXBSY=1］，此时结束了当前分隔段。

(2)接着执行3 ms“NC 处理”(参考图5)，然后开始下一个扫描周期，首先执行高级段，在这段间内C-EXE 把CEXFIN 信号变为“1”。

(3)再从下一分割段起点Net15 开始执行;因为此时［TLCU-1=1，CEXFIN=1］，如果［CEDT02=0］，则Net16 置［TLCUFN=1］。

(4)下一个循环周期，执行到Net9 时就会关断任务选通信号(TLCU-1=0)。

(5)再次执行到Net14 时，因为［TLCU-1=0，CEXFIN=1］，则还是不能复位CEXBSY。;

上述推理符合PMC 运行原理，此假设成立!

小结:由于CEXFIN 信号在一个循环周期内能够发生变化，且这个变化又导致在复位CEXBSY 之前关断了它的复位条件，所以就再无法复位CEXBSY 了。

4.3 整改措施

参见图7，增加一个CEXFIN 信号的同步信号CFIN_B，用CFIN_B 替代原来所有的CEXFIN 信号;因为CFIN_B 信号在一个循环周期内不会有变化，所以就不会发生冲突了。

经过长期使用没有再出现状况，证明整改有效。

5 探讨

5.1 PMC 是如何处理X-信号和R、E、D-信号的?

(1)PMC 对X-信号进行两种缓冲处理

扫描缓冲处理:每隔2 ms，扫描［机床X-信号］传送到［X-信号存储器］一次;Level1 程序使用的X-信号来自［X-信号存储器］。

同步缓冲处理:每次开始执行Level2 时，同步［X-信号存储器］传送到［X-信号同步存储器］一次;Level2 程序使用的X-信号来自［X-信号同步存储器］，且在Level2 扫描周期中对信号进行锁存。

因此，Level2 程序中的X-信号要比Level1 程序中的X-信号滞后，最多时可能滞后一个循环周期。

(2)PMC 直接使用R、E、D-信号，不进行缓冲处理

R、E、D-信号是内部存储器信号，它们的状态源于PMC 顺序程序，只要符合顺序逻辑就不会发生冲突。

5.2 单独使用PMC 控制就不会有这种冲突吗?

也会有的，因为每隔8 ms 就要刷新一次Level1 程序;假设在Level1 程序中写的一个R-信号，且这个信号在Level2 程序中多次引用;这个R-信号在一个循环周期(8×n ms)内状态是会发生变化的，如果该变化发生在引用这个R-信号的两个分割段之间就可能会发生冲突。

6 结语

在使用FANUC 数控系统进行机床设计时，经常会使用C-执行器、Macro-执行器和Fanuc-Picture等配合PMC 进行控制。这些执行器能够直接“写”PMC 内部存储器(R、E、D 等地址)，虽然灵活方便了，但是也引入了导致竞争冒险的因素。

对于PMC 来说这些执行器都属于外部设备，相互之间的通讯信号就要遵循DI/DO 信号的处理规则!Level2 程序使用来自执行器的输入信号都需要经过同步缓冲处理;保持这些信号状态在执行Level2 程序过程中不会变化，避免发生冲突。

［1］FANUC PMC ladder language programming manual［Z］.B-61863E/10，1997.