数控加工中心主板(一文搞定FANUC PMC)

FANUC系统的PMC在哪里呢？我们似乎无法看见完全的PMC。其实，FANUC PMC是典型的与CNC集成在一起的内装式PLC，其CPU和存储器就在CNC控制单元的主板上。

由于PMC与机床电器无法直接连接，要通过I/O单元，因此，典型的FANUC PMC控制系统的硬件如图1所示。

图1 FANUC PMC硬件组成

I/O单元与PMC CPU通过接口JD1A/JD51A传输信号，而机床侧输入输出元件与I/O单元则通过接口CB104、CB105、CB106、CB107传输信号。

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外部标准输入/输出信号

FANUC机床侧标准输入/输出信号接入电路如图2所示。输入信号电路称为RV（Receiver），它将机床侧的开关信号进行滤波和电平转换，以便CPU可以读入。

输出信号电路称为DV（Driver），CPU通过光耦使晶体管通断，以控制外部直流负载。CPU输出使晶体管（三极管）导通，通过三极管输出驱动中间继电器等负载。每个中间继电器的典型驱动能力为200mA。

图2 FANUC外部标准输入/输出信号

继电器线圈上要并联二极管，以便当线圈断电时，为感应电流提供放电回路，否则极易损坏三极管驱动电路。这个二极管称为续流二极管。

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PMC信号地址及种类

（1）地址表示

每个PMC输入/输出接口（interface）信号用地址（address）来区别。所谓地址是指与机床侧的输入/输出信号、与CNC之间的输入/输出信号、内部继电器、计数器、保持型继电器、数据表等各信号的存在场所的号码。

PMC地址由字节组成，即一个地址可以表示8个信号。地址由地址号和位号组成，地址号的前面必须要有一个字母，它表示信号的种类。如图3所示，记作X9.0~X9.7，书写时高位在左，低位在右。

图3 PMC信号地址表示

某一个信号可以采用助记符（symbol）方便记忆，如X9.3这个地址表示第4轴回参考点时的减速信号，*DEC4（通常是英文简写）就是其助记符；G8.4是紧停信号，*ESP就是其助记符。

（2）地址种类

FANUC PMC地址种类（address type）主要有X、Y、G、F等，如图4所示。CNC 与PMC之间的G、F 信号及地址是由FANUC公司定义的，PMC设计编程者只可使用不能改变，而CNC与机床（MT）之间的X、Y信号及地址是由PMC设计编程者自行定义。不过，少数 X信号地址已经由 CNC固定，它们是需要CNC紧急处理并执行的事件或动作，如急停按钮输入地址固定是X8.4。戳此FANUC PMC信号表。

图4 PMC信号种类及关系

另外，PMC 本身还存在imaginary address，包括了R、A、T、C、K、D，如表1所示。这些地址无法用仪器测量到，而只能通过PMC诊断监控其状态变化。T、C、K、D数值也称为PMC参数，存放在SRAM中，由后备电池保持。

表1 PMC信号地址及范围

种类

信号传输

地址范围

备注

X

输入信号

（MT→PMC）

X0~X127

物理接线，不可当线圈使用

Y

输出信号

（PMC→MT）

Y0~Y127

物理接线

G

输出信号

（PMC→CNC）

G0~G767

CNC控制信号，Goes to CNC

F

输入信号

（CNC→PMC）

F0~F767

CNC状态信号，From CNC，不可当线圈使用

R

内部继电器

R0~R1999

R0~R1499

梯形图中的中间结果寄存器，Internal Relay, 无物理接线A

信息请求信号

A0~A24

Alarm, 共200条信息可用

T

可变定时器

T0~T79

Timer, 共40个定时器可用

C

计数器

C0~C79

Counter, 共20个计数器可用

K

保持型继电器

K0~K19

Keep relayD

数据表

D0~D1859

Data table

（3）信号说明

X信号对应面板上按钮（push button）、按键（key）、各种开关传感器触点（rotary switch, pressure switch, contact），称为输入元件。厂家需进行物理接线。

Y信号控制指示灯（LED）、小继电器（relay）、线包（solenoid），称为输出元件。厂家需进行物理接线。

G信号根据机床操作的要求及CNC系统本身应具备的功能而设计好的、使CNC 执行工作的指令。当线圈（coil）使用，也可当触点（contact）使用。“G”可理解为Goes to CNC。

F信号反映CNC运行状态（status）的标志，表明CNC正处于某一状态。不能当线圈用，只能当触点用。“F”可理解为From CNC。

例如，视频中循环启动按钮触发后，由PMC读入其地址X1.0，去接通G7.2，G7.2变成“1”时启动加工程序的执行，CNC只认G地址信号。

又如，垂直轴制动器松开的条件是伺服已上电，此时由CNC给出状态信号F0.6，PMC输出地址Y1.0，Y1.0变成“1”时，制动器松开。如果因某种原因导致伺服断电，F0.6就会变成“0”，则制动器抱紧。

初学者提醒：X信号Y信号与X轴Y轴的概念不同；G信号F信号与G代码F代码的概念不同。别混淆了！

3

PMC程序及编程软件

P

由于PMC是对机床及相关设备进行逻辑控制，因此PMC程序也称为顺序程序（sequence program），CPU中执行算术运算的顺序程序可用梯形图（LADDER）表示。梯形图由触点和线圈组成，类似于强电继电器电路，易于理解，如图5所示。

图5 PMC梯形图

PMC程序可以利用系统内置的编程器（built-in programmer）直接在CNC系统上进行编程，也可以采用FANUC数控系统专用的FANUC LADDER Ⅲ软件（PC programmer）在电脑上实现对PMC 程序的离线编辑、输入/输出、显示、监控、运行等功能，尤其是新机床的PMC程序调试更是如此。

FANUC LADDER Ⅲ软件是WINDOWS环境下的PMC编程平台，而机床厂（MTB）通过这个平台根据机床具体动作要求编制的梯形图程序就是PMC用户程序。

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基本指令与功能指令

PMC梯形图是一种逻辑控制的语言，能否读懂，取决于是否理解图中的指令组成。FANUC PMC编程指令分为基本指令（basic instruction）和功能指令（functional instruction）两种类型。

基本指令是在设计顺序程序时用得最多的指令，它们执行1位运算，例如AND（与）、OR（或）、NOT（非）等。执行一个基本指令称为1步，每1步的执行时间是非常短的，如1μs/步。

在编制顺序程序（梯形图）时，有些功能，如控制时间、控制捷径换刀时的旋转，很难用只执行位运算的基本指令来实现。功能指令应运而生，它是为了方便用户编制复杂功能而使用的PMC程序指令。功能指令都是一些子程序（subprogram），应用功能指令就是调用相应的子程序。

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案例：0i Mate-D PMC/L

FANUC 0i Mate-D内置PMC的型号是PMC/L，L代表Low，是用于低端机床的PMC。此PMC没有专用的CPU，与CNC共用CPU。其主要规格如表2所示。

表2 PMC/L规格表

程编方式

梯形图

程序级数

2

第一级执行周期

8ms

基本指令的平均处理时间

1μs/步

程序容量

8000步

基本指令数

14

功能指令数

92

内部继电器

1500字节

保持型存储器

3000字节

可变定时器

80个字节，2字节/个

计数器

80个字节，4字节/个

最大输入点数

256

最大输出点数

256

1. 测绘PMC硬件连接图。
2. 查询数控设备上输入/输出元件的PMC地址（用诊断法和强制法），将查询结果记录在下列表中。

▲ 铣床控制面板

▲ 车床控制面板

表3-1 输入信号表（样例）

序号

输入地址

功能用途

（英文）

元件形式

（英文）

1

*X8.4

急停

（emergency stop）

急停按钮

（emergency stop button）

2

X11.6

程序保护

（program protect）

钥匙旋钮

（key switch）

…

…

…

…

表3-2 组合输入信号表（如，进给速度修调）

X

（高位）

X

X

X

X

（低位）

倍率（%）

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

10

…

…

…

…

…

…

表4 输出信号表

序号

输出地址

功能用途

（英文）

元件形式

（英文）

1

Y0.6

X轴参考点指示

（reference indication）

指示灯

（light）

2

Y4.0

冷却启动

（coolant motor start）

中间继电器

（relay）

…

…

…

…

备注：

在浙江亚龙数控铣床实训台上

（1）输入/输出信号列表

表3-1：51个X信号，用2页纸，用操作9查询

表3-2：15个组合X信号，用2页纸，用操作9查询

表4：57个Y信号，用2页纸，未知Y地址用操作1、6、10查询

（2）信号地址范围

X：X0~X15

Y：Y0~Y7

（3）元件形式

输入元件指按钮、按键、钥匙旋钮、蘑菇头按钮、行程开关等；

输出元件指中间继电器、指示灯等。