FANUC数控系统结合PMC故障诊断方法的应用

谢鹏，王祚忠，曹昌怀，王虎

( 中国中车戚墅堰机车有限公司,江苏 常州 213011 )

0 引言

随着数控技术在加工制造业中的广泛应用，数控设备故障判断与维修也越来越重要，熟练掌握数控设备故障诊断和维修方法已经成为机电、电气行业一线操作者必备的技能之一。

PMC（Programmable Machine Controller）即数控设备内置式PLC控制技术，作为数控设备的重要组件，在实现高效自动化作业的同时，对大量输入和输出信号逻辑关系的处理起到了至关重要的作用，为数控设备的故障诊断提供参考。

1 PMC原理与作用

数控机床是具有多种方式控制的自动化运行设备，主要采用数字控制和顺序控制两种方式，前者主要对各坐标轴的位置进行连续控制，表现为轴的移动距离、插补计算和补偿控制。后者是指数控机床在运行过程中，以CNC(Computer numerical control)系统内部和各行程开关、接近开关、按钮和继电器等开关量信号状态为条件，对主轴单元实现正转和反转控制、换刀及机械手程序或机械控制、工作台单步或连续交换、切削液开关和润滑系统手动或自动顺序控制，这些都需要经PMC来实现。通过对PMC程序的周期扫描，进行数控设备系统侧、机床侧及外围辅助电气部分的逻辑顺序控制和急停控制，一般可将数控机床分为数控系统侧和机床设备侧两大部分。数控系统侧包括CNC系统的硬件和软件，与CNC系统连接的外围设备如显示器（HMI），编辑操作面板（MDI）、手持单元（HHU）等。机床设备侧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、继电器线路、机床强电线路等。PMC处于数控系统侧与机床设备侧之间，对数控系统侧和机床设备侧的输入、输出信号进行处理。

2 常见故障及诊断

根据电气维修经验判断，机床侧的输入传感器、PMC输出中间继电器、电磁阀等元件是出现故障报警概率较高的部件。

1）根据报警号诊断故障

FANUC系统的报警主要分为内部报警和外部报警，如图1所示。内部报警是 FANUC系统根据所控制的对象，如串行主轴放大器、伺服放大器、数控系统本体等组件的运行状态产生相应的报警信息，这类报警是系统本身所固有的。系统外部故障主要指由误操作检测开关、液压元件、气动元件、电气执行元件、机械装置等出现问题引起的故障。设备制造商根据外部辅助设备的相关动作，通过PMC程序输出报警状态和操作信息，借用内部地址A0～A249作为信息请求寄存器，产生外部的报警信息文本。

图1 FANUC数控系统内部和外部报警结构

2）观察PMC状态确定信号变化

外部报警可通过报警信息查找故障原因，维修人员可通过报警信息和PMC梯图来发现故障点。通过观察PMC状态，判断开关量是否已输入或已输出，在MDI方式→PMC基本菜单→[PMCDGN]→[STATUS]界面输入开关量或直接观察梯形图相应开关量的通断，逻辑为“1”时表示机床侧、CNC侧连接正常；为“0”时则检查外部电路。数控机床中，输入、输出信号的传递一般通过PMC接口实现。因此，大多故障可在PMC的I/O接口通道中得到反映。

3）根据动作顺序诊断故障

数控机床上自动换刀动作按一定顺序来完成，可观察机械装置的运动过程，通过对比发现可疑点，进而诊断故障原因。

循环启动按钮触发后，CNC负责并接收G地址信号，由PMC读入其地址X信号，接通G7.2，G7.2输出为“1”时，执行加工程序。

垂直重力轴制动器松开的条件是伺服上电，此时由CNC给出状态信号F0.6接通，PMC输出地址Y信号为“1”时，制动器松开。如因某种原因导致伺服断电，伺服准备就绪信号F0.6则为“0”，制动器抱紧。

4）动态跟踪梯形图诊断故障

数控机床某些报警信息并未直接反映出报警原因，另有一些故障无报警信息，却致使动作不被执行，此时可通过跟踪PMC梯形图的实时运行情况诊断。FANUC系统的PMC可直接在系统显示监控画面。PMC的诊断分动态和静态两种，在诊断时应先确定PMC为运行状态。

静态诊断即查看梯形图I/O模块的连接状况和查看PMC各个信号的ON/OFF状态。动态诊断，是指梯形图（LADDER）正常运行，执行动作却不正常；PMC发生故障报警时，出现误动作，查看输入、输出信号均正常，此时必须通过PMC动态跟踪，实时观察I/O及标志位状态的瞬间变化，根据PMC的动作原理做出诊断。

3 PMC故障实例

以FANUC31 I-MA系统为例，设备在使用过程中，常见问题为急停回路故障，电源模块MCC无法吸合，显示“紧急停止”（EMERGENCY STOP）状态。由于急停输入信号为固定地址X8.4，故机床出现急停故障时，应围绕X8.4和G8.4信号进行分析诊断。

如图2所示，数控机床上CNC与PMC控制器，前者处理连续量轨迹插补运动，后者处理开关量动作。急停操作针对所有动作，按下机床操作面板上的急停按钮，触点信号即被送至伺服放大器和I/O单元，急停信号决定伺服放大器的主电源是否接通。当CNC开机自检后，CNC轴卡通过FSSB（FANUC Serial Servo Bus）发出MCON（Main Contactor ON）信号至伺服放大器，如没有急停（CX4端子）和其他报警，伺服放大器内部回路（控制电源）正常，则放大器内部触点CX3闭合，主接触器MCC线圈得电，主触点吸合，放大器状态指示灯由“--”变更为“00”。同时，伺服放大器返回应答信号DRDY至CNC，完成伺服上电过程。系统急停状态下无法完成送电过程，伺服放大器面板相应故障指示灯为“--”。

图2 FANUC系统急停回路

急停硬件故障消除后，观察PMC运行程序如图3所示，当X8.4为“1”时，PMC梯形图处理将外部急停输入传至CNC，即G8.4为“1”，使伺服准备就绪信号 F0.6（SA）为“1”，CNC信号F1.7为“1”，设备可以正常工作。

图3 PMC程序中的急停控制

4 结语

综上，解决数控设备故障报警首先应明确故障点大体位置，其次需了解系统运行机理和设备正常运行状态，查看电气图纸找出对应的地址编号，分析PMC输入信号X、输出信号Y、CNC输出信号G、输入信号F的逻辑关系。由于数控机床电气控制系统的外围器件大多与PMC 相联系，应用数控系统提供的PMC故障诊断软件，在成功解决疑难杂症中的方法中占有较高比率，所以，学习并掌握PMC类故障的诊断方法，可提升技能人员的设备维修效率，有效降低设备故障停机时间。