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基於 FANUC 數（shù）控係統的信號跟蹤（zōng）功能（néng）的實（shí）現

2024-9-3 來源（yuán）：北京發那科數控工（gōng）程有限公司作者：王寶平王衛（wèi）紅

一、信號跟（gēn）蹤功能的內涵

隨著數字技（jì）術的發展，發那科數控係統采用的 CPU 計算處（chù）理速度越來（lái）越快，數控係統的內（nèi）置 PMC 的掃描時（shí）間也越來越短，技術人員對於 PMC 很多信號的（de）快速變（biàn）化已經無（wú）法通（tōng）過肉眼的（de）觀（guān）察得到，需要采用信號跟蹤的（de）方法加以記錄後才可以用於信號時序確認和故障報警的精（jīng）確分（fèn）析。

信號跟蹤功能主要應用為記錄信號的瞬時變化、記（jì）錄信號（hào）隨時間變（biàn）化的周（zhōu）期、記錄信號間時（shí）序（xù）關係等等，該功（gōng）能對於調試和維修人員有著非常大的用途 , 下麵介紹其使用方法並以案例（lì）的方式分享在實際工作（zuò）中的應用與作用。

二、信號跟（gēn）蹤功能的使用方法

本文以數控機床普遍使用（yòng）的 FANUC 0i-F 係統（tǒng）為例加以說明。

1.信號跟蹤功能的方式選擇

首先按下 MDI 麵板（bǎn）上的功能鍵 [SYSTEM]，再依次按下擴展軟鍵 [+]、[PMC 維護 ]、擴展軟鍵 [+]、[ 跟蹤設定 ] 軟鍵後，顯示 PMC 信號追蹤 ( 參數設定 ) 畫麵頁麵 1 采樣設定畫（huà）麵如圖 1 所示。其中主（zhǔ）要參數（shù）設定如下 :

圖（tú） 1 PMC 信號追蹤（參數設（shè）定）頁麵 1 采樣設定畫麵

（1）采（cǎi）樣方式分為 : 周期和（hé）信號變化兩種方式，周期方（fāng）式為按采樣的（de）時間記（jì）錄信號 ; 信號變化方式為按采樣地址信號的變化（huà）記錄信號。

（2）分辨率設定範圍為（8~1000ms）, 一般采用為 8ms。該值設定越大對信號（hào）變化的（de）敏感度會降低，造成可（kě）能追（zhuī）蹤不到小於分辨率（lǜ）的信號的變化。

（3）采樣時間為采樣方式為周期方式時，可以根據需要設定（dìng）的采（cǎi）樣時間，當分辨率為 8ms時設定範圍為（1~2096s）。

(4) 停止條件、采樣條件（jiàn）（采樣條件隻有在信號變化方式時才有（yǒu）效）、START TRIGGER( 觸發（fā）開始 ) 依據實際需要設（shè）定地址的變化方式。

2.信號跟蹤功（gōng）能的采樣地（dì）址的設定

信號跟蹤功（gōng）能的采樣地址的設定有如下的兩種方法 :

（1）在采樣地址頁麵直接輸入跟蹤信號地址例如根據跟蹤圖 2 中線圈 A0.2 報警的相關地址可在采（cǎi）樣地址（zhǐ）頁麵依次（cì）輸入 X70.1、F1.1、K0.2、A0.2 得到如圖 3 所示的內容。

圖 2 追蹤（zōng）線圈（quān） A0.2 報警相關信號地址（zhǐ）梯形（xíng）圖

圖 3 PMC 信號追蹤（參數設（shè）定）頁麵 2 采樣地址

（2）在梯形圖搜索菜單中通過光標選中地址添加跟蹤的方法

例如在圖 2 先通過 [W- 搜索 ] 搜索到線圈A0.2，通過按（àn）下（xià） [ 添加跟蹤 ] 軟鍵把 A0.2 添加到采樣地址頁麵（miàn）中，依次（cì）移動光標選中 K0.2、F1.1、X70.1 分別按下 [ 添（tiān）加跟（gēn）蹤 ] 軟鍵，也可以（yǐ）得到如圖 3 所示的采樣地址內容。

3.信號跟蹤功能啟動與（yǔ）停止

（1）手動（dòng）跟（gēn）蹤

在[PMC配置]下級菜單（dān）[設定]中設定[跟蹤啟動]為手（shǒu）動，那麽在（zài）[跟蹤]畫麵中的[操作]中 , 通過按下 [ 開始 ] 或者（zhě） [ 停止（zhǐ） ] 軟鍵來（lái）手動控製跟蹤信號的（de）啟動和停止。

（2）自動（dòng）跟（gēn）蹤

在[PMC配置]下級（jí）菜單[設定（dìng）]中設定[跟蹤啟動 ] 為自動或者在 [PMC 維護 ] 下級菜單 [K參數 ] 中設定 K906.5 為 1，那麽在係統上電（diàn）後就可以自動啟動信號跟蹤功能了。

三、信號跟蹤功能的作用與應用

1.調試或者維修工作中PMC輸入點的對點（diǎn）在調試或者（zhě）維修工作中需（xū）要確認數控設備（bèi）外設的到位開關、操作按鈕等進入數控係統的 I/O模塊（kuài）的輸入信號狀態的好壞，如果數控設備體積較大一般需要兩人來進行確認，一人在數控係統顯示屏上觀（guān）察輸入點的狀態，可通過 [PMC 維護 ]中的 [ 信號（hào）狀（zhuàng）態 ] 中的到位開關、操作按鈕等輸入信號相應的（de） X 地址的變（biàn）化來（lái）進行確（què）認 ; 而另一人在設（shè）備外設（shè）（遠端）來進行到位開關、操作按鈕（niǔ）等硬件輸入信號的接通或者閉合工作，通過兩人密切（qiē）配合很方便快（kuài）捷（jié）的進行確針對大型設備而（ér）言，如果隻有一名技術人員（yuán）時用以上確認的方法就有些顧此（cǐ）失彼了。因此可以采（cǎi）用（yòng）先在數控係統上，把需（xū）要確認外設的輸入點地址依次通過信號跟蹤畫麵來進行設定（一般（bān）選擇信號變化方式），啟動信號（hào）跟蹤（zōng）後，技術人員（yuán）再去大型設備的外圍依次進行到位開關、操（cāo）作按鈕等硬件（jiàn）輸入信號的接通或者閉合工（gōng）作，再在數控係統上進行信（xìn）號跟蹤的停止，通過移動光標（biāo）很方（fāng）便的觀察到剛才接通的輸入信（xìn）號的（de）狀態如圖4 所（suǒ）示，從而方便的完成硬件（jiàn）輸入點的對點工作。

圖 4 PMC 信號（hào）追（zhuī）蹤用於 PMC 輸入點確認

2.PMC調（diào）試工作（zuò）中動作時序的確認

上海某知名汽配廠 1 條汽車製（zhì）動盤自動化生產線是依靠日本發那科機（jī）器人來完成鑽孔（kǒng）、精車、動平衡工序（xù）的上下料、檢測及鋼印道（dào）序，以取代傳統的人工上下（xià）料。其中 2 台數控立車（配置 FANUC 0i-TF 係統）, 現在通過增加 PMC I/O 點的方式與上下料的機器人控製電櫃（內有三（sān）菱外裝 PLC）進（jìn）行協議通訊，以實現機器（qì）人參與的工件自（zì）動上下料的功能。

前期設計依據（jù）機器人上下料動作（zuò）流程結合機床本體的加工工藝流程，編製了數控立車機器人上下料 PMC 動作序圖（tú）如圖（tú） 5 所示。在原係統PMC 的（de）基礎上依據時序圖增加了機器（qì）人上（shàng）下料的相關內容。加工程序中增（zēng）加了聯機方式下執行的 M95 代碼（機器人上下料）。

圖 5 機器人上下料係統 PMC 動作時序圖

在改造現場調（diào）試時，我們（men）應用信（xìn）號跟（gēn）蹤功（gōng）能（néng）對更改後的數控係統 PMC 程序及加工程（chéng）序編製的正確性進行驗證，跟蹤在執行 M95 相關的（de）PMC I/O 點時（shí）序是否和圖 5 一致，通過不斷在線修改 PMC 程序，直到信（xìn）號跟蹤畫麵（miàn）顯示正確的相關信號時序如圖 6 所（suǒ）示（和圖（tú） 5 所示時序保持一致）。

圖 6 PMC 信號追蹤用於機器人上下料 PMC 動作時序（xù）確認

通過對相（xiàng）關信號進（jìn）行信號（hào）追蹤，可（kě）以快速驗證改造技術設計方案、PMC 程序、調（diào）用的動作宏（hóng）程序的正確性，並能（néng）快速查找出動作信號時序上存在的各種問題，並通過（guò）不斷分析（xī）、完善、優化直到滿足設計要求，節約了（le）現（xiàn）場調試時間，提高了工作效率（lǜ）。

3.在提升機床加工效率方麵的（de）應用

在擁有數控機床從事機械加工的企業，如何提升數控機床的加工能力，提高加工效率是（shì）一個永恒的課題。

一般工件的完整加工時間包含切（qiē）削時間和非切削（xuē）時（shí）間（jiān）。切削時間（jiān）為（wéi）刀具加工接觸工（gōng）件的時間（jiān），而（ér）非切削（xuē）時（shí）間（jiān）由（yóu）機床工件或者刀具快速定位（wèi）時間和機床輔助動作（如刀（dāo）具交換、工作台交換、自動門開關等）時間組成。在確保安全可靠的前提下如何減少機床輔助動作的時間，提高機床的使用性能也是提升機床（chuáng）加（jiā）工效率的（de）一個非常（cháng）重要的（de）有效途（tú）徑。利用 FANUC 數控係統（tǒng）的信（xìn）號跟蹤功能的周（zhōu）期采（cǎi）樣方式可以精準跟（gēn）蹤到機床輔助動作例如換刀動作的完整時間和分部動作的時間，加以分析研究找到製約總體換刀時間的關（guān）鍵因素，對該分（fèn）步動作的執（zhí）行器件和（hé）到位檢測開關等多方麵進行針對性的（de）分析和有效（xiào）調整，以減少該分步作的動作時間，從而達到減少機床總（zǒng）體的（de）換刀時間提升（shēng）機床加（jiā）工效率的目的（de）。下麵以一台配置 FANUC 數控係統的鬥笠（lì）式換刀的立式加工中心（xīn）為例進行簡要（yào）說明。

主軸上無刀，換刀位為 1 號刀具，主程序執行 T2M06，T 代碼調（diào）用 O9000 號宏程序（以下程序經過簡化）將刀庫上的 2 號刀裝載到主軸上。O9000 號換刀宏程序如下（左邊為宏程序內容，右邊為內容注釋）。

O9000

N10M19; 主（zhǔ）軸定向（xiàng）

N20 T#149G91G00G28Z0;執行T代碼找新

刀結束 ,Z 軸（zhóu）回 1 參

N30M20; 刀盤移到主軸側

N40M25; 主軸刀具鬆開（kāi）並（bìng）吹氣

N50G91G00G30P2Z0;Z 軸回 2 參

N60M26; 主軸刀具夾緊

N70M21; 刀盤移到待機側

N80 G91G00G28Z0;Z 軸回 1 參

N90M99; 返回（huí）主程序

PMC 信（xìn）號（hào）追蹤（zōng）（參（cān）數設定）頁（yè）麵 1 采用（yòng）如圖 7 所示的周期（qī）采樣方式 ; 分辨率采用 168ms;觸發開始條件為地（dì）址 F94.2 的上升沿 ; 停止條件為地址 X79.0 信號的上升沿。記（jì）錄的相關信號在換刀過程中的隨時間變化的周期如圖 8 所示。

圖 7 鬥笠式刀庫換刀 PMC 信號追蹤（zōng）（參數設定）頁麵（miàn） 1

圖 8 鬥笠式刀庫換刀時 PMC 信號追蹤圖（tú）

相關信號說明如表 1 所示（shì） ; 鬥笠式刀庫（kù）換刀時 PMC 信號追蹤計算（suàn）時間表如表 2 所示。

表 1 鬥笠（lì）式刀庫換刀時 PMC 信號追蹤含義說明表

表 2 鬥笠式刀庫換（huàn）刀時 PMC 信號追蹤計算時間表

從表 2 計算分析出 ; 從 Z 軸到達第（dì） 1 參考點（diǎn）的時間算起、到刀具裝載到主軸（zhóu）上、隨後 Z 軸再回到第 1 參考點，總的換刀時（shí）間為 8.904s，組成為三部分分別為 :Z 軸從 1 參往返 2 參時間 ; 主軸（zhóu）刀具鬆開 / 夾緊時間 ; 刀庫移（yí）動到主軸側 / 待機（jī）側的時間。綜合分析該立式加工中心鬥笠（lì）式（shì）換刀的機械結構和氣動部件動作特點 : 主軸鬆拉（lā）刀動作打刀氣缸（gāng）動作行程較短，調整可節省時間非常有（yǒu）限，非影響換刀（dāo）時間的關（guān）鍵因素 ; 刀庫移動到主軸側/待機側的時間（jiān）分別為1.68s和2.016s，基於刀庫移動到（dào）主軸側 / 待機側氣缸行程較長的特（tè）點，在動作平穩可靠的前（qián）提下通過調節 2 個動作氣缸端（duān）部的氣流（liú）調（diào）節閥，使刀庫移動到主軸側/ 待機側的時間分別提速到 1.3s 和 1.4s，合計比原（yuán）來（lái）節省了0.996s;Z軸從1參往返2參的動作執行的 G00 快速移動的速度，在運動平穩（wěn）可靠（kào）的前提下，將參數 1420 即 Z 軸的快速移動速度由原來的 4000mm/min 提高到 6000mm/min，使 Z軸從1參往返2參的時間合計比原來節省了0.7s。總的節省（shěng）時間為 1.696s，從而節約了該機床的換刀時間，提高了該機床加工效率，使該機床日加工能力得到小幅提升。

4.維修工作中的故障原因（yīn）分析

配（pèi）置 FANUC 數控係統的數控機床在實際維修工作中，經常遇到出現係統 PMC 報（bào）警（jǐng）時，要根（gēn）據電氣故障現象綜合分析係統 PMC 邏輯關係才（cái）能最（zuì）終鎖定故障源頭的情況，而往往無法（fǎ）用常規的（de）用肉眼來（lái）觀察 PMC 的邏輯關係和信號流向，因為有些信號是一閃而過（guò），很難（nán）用肉眼來鎖（suǒ）定它。尤其對於可能幾個小時或者一、兩天才出現（xiàn）一次（cì）的軟故障而言，事後（hòu）靠常規檢（jiǎn）修方法和分析 PMC 時（shí）可能（néng）存在多種可能性，很難及時準確判斷故障（zhàng）點。而熟練使用 FANUC 數控係統的（de）信號跟蹤功能可以幫助維修人員快速跟蹤故（gù）障報警的相關信（xìn）號來源和流向，通（tōng）過精準分析信號時序關係，有助快速的鎖定故障源頭，快速修複故障。空調曲（qǔ）軸生產線上（shàng） 1 台配置 FANUC 數控係統的（de）止推麵磨床，在其生產過程（chéng）中不定期的出現 EX1015 CLAMP PRESSURE LESS! 的報（bào）警信息，含義為夾緊（jǐn）壓力低，同時（shí）出現報警後磨床退回到 X 軸機械零點的故障（zhàng）現（xiàn）象。磨（mó）床的作流程為 : 空調曲軸生產線的機械（xiè）手先拿走主軸夾具上的已經（jīng）加工（gōng）完（wán）的工件，再放置未加工（gōng）的工件，靠尾（wěi）架前進來進行定位後（hòu）主軸夾（jiá）具再夾緊（jǐn），夾具夾緊後尾架後退到位（wèi）後，磨床前進進行磨削加工。維修人員現場分（fèn）析認為 : 軸夾具的夾緊 / 鬆開、尾架前進 / 後退的液壓執行元件、相應的到（dào）位檢測開關都和該EX1015號報警相關。

維修人員檢（jiǎn）測相關線路接線和接觸正常，報警複位消除（chú）後（hòu）手動（dòng）分（fèn）部操作（zuò），動作和到位開關檢測都正常，因此懷（huái）疑可能是聯（lián）線生產加工（gōng）過程尾架前進到位檢測開關（PMC 地址為（wéi） X1.4）性能（néng）不（bú）良引起的報警信息。

為了精準（zhǔn）鎖定故障來源驗證分析的正確性，采用數控係統的信號（hào）跟蹤功能，選擇 “信（xìn）號變化”采（cǎi）樣方式（shì），對和（hé） EX1015 號報警相關的 X、Y、R、A、G 地址進行信號跟蹤。在啟動跟（gēn）蹤開始後該磨（mó）床繼續聯線生產加工，在加工幾個小時後再次出現（xiàn） EX1015 號報警和磨床退回到 X 軸機械零點的故障現象，此時跟蹤結果畫麵如圖 9 所示。維修（xiū）人員結合 PMC 邏輯關係進行了分析，Y1.2 尾架前進動作到位（wèi）後，到位檢測信號 X1.4 未發出，2 秒後 R251.3 信號接通，A1.5 報警（畫麵出現

EX1015 號報警）隨後接通 G66.4(X 軸退回（huí）機械零點 )。至此將故障原因精準鎖（suǒ）定為（wéi）尾架前進到位開關性能不良所致，隨即進行了該開關的更換，後經長時間生產（chǎn）檢驗沒有再次出現該故障報警。

圖 9 止推麵磨床報警 PMC 信號追蹤圖

四、結語

本文簡要介（jiè）紹了 FANUC 數控係統的信號（hào）跟蹤功能的內涵（hán）、使用方法及應用（yòng）方麵（miàn）的具體案例，供大家在學習、科研、生產（chǎn）中加（jiā）以（yǐ）參考和借（jiè）鑒（jiàn），這（zhè）種方（fāng）法有助於（yú）大家（jiā）對 PMC 程序的相關信號（hào）的狀態（tài）和時序關係進行精準微觀的分析（xī），可以結合常規檢測、PMC 程序分析，依據實際情況加以酌情使用，進而在多個方麵（miàn）提高工作效率及設備的加工效率，更好的為科研生產（chǎn）服務。本文（wén）基於 FANUC 數控（kòng）係統的信號跟蹤功能的（de）實現使用的是 FANUC 0i-F 係統，其原理方法也適用（yòng）於 FANUC 0i-D、0i-F Plus、30i/31i/32i/35i 等係列係統。

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