2024年2月19日发(作者：弘怀思)
任务2 数控机床处于急停状态的故障诊断
【任务目标】
1、了解FANUC PMC的程序结构和编程方法；
2、能正确分析机床急停控制电气回路；
3、掌握数控机床急停故障排除方法；
4、能够排除数控机床的急停故障。
【任务描述】
有一台YL559数控车床，配备FANUC 0i TD数控系统，机床上电并旋开急停按钮后，机床一直处于急停状态，如图4-2-1所示。本次任务的工作是找出故障原因并能排除故障。
图4-2-1 故障现象
【资讯计划】
一、资料准备
要完成本任务中的故障诊断及排除工作，需要配备以下资料：
1、FANUC 0i D数控系统硬件连接说明书；
2、FANUC 0i D数控系统维修说明书；
3、YL559数控机床电气原理图；
4、故障记录单。
二、工具、材料准备
要完成本任务中的故障诊断及排除工作，需要配备以下工具和材料，具体见表4-2-1。
表4-2-1 工具和材料清单
清单 名称
万用表
螺丝刀
工具
螺丝刀
尖嘴钳
剥线钳
电烙铁
焊锡
材料
松香
导线
记号管
规格
UT33B
一字
十字
200mm
TU-5022
ST
1mm2
盒装
1.5 mm2
白色
单位
块
把
把
把
把
只
卷
盒
m
m
数量
1
1
1
1
1
1
1
1
5
2
三、知识准备
1、FANUC 0i系统PMC概述
从控制对象来说，数控系统分为控制伺服电动机与主轴电机作各种进给切削动作的系统部分和控制机床外围辅助电气部分的PMC。PMC与PLC所需实现的功能是基本一样的。PLC用于工厂一般通用设备的自动控制装置，而PMC 专用于数控机床外围辅助电气部分的自动控制，所以称为可编程机床控制器，简称PMC。PMC与控制伺服电动机和主轴电机的系统部分，以及与机床侧辅助电气部分的接口关系，如图4-2-2。
F数控系统Y机床测GPMCX
图4-2-2 PMC输入输出信号
在图中，能够看到，X 是来自机床侧的输入信号（如接近开关、极限开关、压力开关、操作按钮等输入信号元件）。PMC 接收从机床侧各装置反馈的输入信号，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诊断的依据。
Y 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、信号灯动作，满足机床运行的需要。
F 是由控制伺服电机与主轴电机的系统部分侧输入到PMC 信号，系统部分就是将伺服电机和主轴电机的状态，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、系统准备完成信号等），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，其地址从F0开始。
G 是由PMC侧输出到系统部分的信号，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），其地址从G0开始。
内部继电器（R）和扩展继电器（E）可暂时存储运算结果，用于PMC内部信号和扩展信号的定义。内部继电器中还包含PMC系统软件所使用的系统继电器，PMC程序可读入其状态，但不能写入。
可变定时器（T）、计数器（C）、保持继电器（K）和数据表（D）存储在非易失性存储器中，在切断电源的情况下也不会丢失。
表4-2-2 常用I/O 信号的容量
字符 信号说明 型号
0i D PMC
X
Y
F
G
R
R
E
A
C
K
D
T
L
P
输入信号（MT-PMC）
输出信号（MT-PMC）
输入信号（NC-PMC）
输出信号（NC-PMC）
内部继电器
系统继电器
扩展继电器
信息请求信号
计数器
保持继电器
数据表
可变定时器
标签
子程序
X0～X127 X200～X327
Y0～Y127Y200～Y327
F0～F767F1000～F1767
G0～G767G1000～G1767
R0～R7999
R9000～R9499
E0～E9999
A0～A249A9000～A9499
C0～C399C5000～C5199
K0～K99K900～K999
D0～D9999
T0～T499T9000～T9499
L1～L9999
P1～P5000
0i D/0i mateDPMC/L
X0～X127
Y0～Y127
F0～F767
G0～G767
R0～R1499
R9000～R9499
E0～E9999
A0～A249A9000～A9499
C0～C79C5000～C5039
K0～K19K900～K999
D0～D2999
T0～T79T9000～T9079
L1～L9999
P1～P512
表4-2-3FANUC i系列常用地址表
信号
自动循环启动: ST
进给暂停: *SP
方式选择: MD1，MD2，MD4
进给轴方向: +X,-X,+Y,-Y, +Z,-Z,+4,-4(0系统)
+J1,+J2,+J3,+J4 -J1,-J2,-J3,-J4(16系统类)
16/18/21/0i
T
G7/2
G8/5
G43/0.1.2
G100/0.1.2.3
G19/7
G18/0.1.2.3
G46/7
G19/4.5
G46/1
G44/0;G45
G43/7
X9/0.1.2.3
M
G7/2
G8/5
G43/0.1.2
G102/0.1.2.3
G19/7
G18/0.1.2.3
G46/7
G19/4.5
G46/1
G44/0;G45
G43/7
X9/0.1.2.3
手动快速进给 :RT
手摇进给轴选择/快速倍率:
HX/ROV1, HY/ROV2, HZ/DRN,H4(0系统)HS1A—JS1D(16系统类)
手摇进给轴选择/空运行: HZ/DRN(0); DRN(16)
手摇进给/增量进给倍率:MP1,MP2
单程序段运行: SBK
程序段选跳： BDT
零点返回： ZRN
回零点减速：*DECX,*DECY,*DECZ,*DEC4
机床锁住：MLK
急停： *ESP
进给暂停中： SPL
自动循环启动灯：STL
回零点结束：ZPX,ZPY,ZPZ,ZP4(0系统);
ZP1,ZP2,ZP3,ZP4(16系统类)
进给倍率:*OV1,*OV2,*OV4,*OV8(0系统)
*FV0--*FV7(16系统类)
手动进给倍率:*JV0—*JV15 (16系统类)
进给锁住: *IT
进给轴分别锁住:*ITX,*ITY,*ITZ,*IT4(0系统)
*IT1--**IT4 (16)
各轴各方向锁住:
+MIT1--+MIT4; (-MIT1)—(-MIT4)
启动锁住: STLK
辅助功能锁住: AFL
M功能代码: M00-M31
M00,M01,M02,M30代码
M功能(读M代码): MF
进给分配结束: DEN
S功能代码: S00-S31
S功能(读S代码): SF
T功能代码: T00—T31
T功能(读M代码): TF
辅助功能结束信号 MFIN
刀具功能结束信号 TFIN
结束: FIN
倍率无效: OVC
外部复位: ERS
复位: RST
NC准备好: MA
伺服准备好: SA
自动(存储器)方式运行: OP
程序保护: KEY
工件号检: PN1,PN2,PN4,PN8,PN16
外部动作指令: EF
进给轴硬超程: *+LX,*+LY,*+LZ,*+L4;*-LX,*-LY,*-LZ,*
-L4(0),*+L1--*+L4; *-L1--*-L4 (16)
伺服断开: SVFX,SVFY,SVFZ,SVF4
位置跟踪: *FLWU
位置误差检测: SMZ
镜像: MIRX,MIRYMIR4
G44/1
G8/4
F0/4
F0/5
F94/0.1.2.3
G44/1
G8/4
F0/4
F0/5
F94/0.1.2.3
G12
F79,F80
G8/0
G130/0.1.2.3
G12
F79,F80
G8/0
G130/0.1.2.3
G132/0.1.2.3
G134/0.1.2.3
G5/6
F10—F13
F9/4.5.6.7
F7/0
F1/3
F22—F25
F7/2
F26—F29
F7/3
G5/0
G5/3
G4/3
G6/4
G8/7
F1/1
F1/7
F0/6
F0/7
F46/3.4.5.6
G9/0--4
F8/0
G114/0.1.2.3
G116/0.1.2.3
G126/0.1.2.3
G7/5
G106/0.1.2.3
X1004/2--5
G7/1
G5/6
F10—F13
F9/4.5.6.7
F7/0
F1/3
F22—F25
F7/2
F26—F29
F7/3
G5/0
G5/3
G4/3
G6/4
G8/7
F1/1
F1/7
F0/6
F0/7
F46/3.4.5.6
G9/0--4
F8/0
G114/0.1.2.3
G116/0.1.2.3
G126/0.1.2.3
G7/5
G53/6
G106/0.1.2.3
螺纹倒角: CDZ
系统报警: AL
电池报警: BAL
DNC加工: DNCI
跳转: SKIP
G53/7
F1/0
F1/2
G43/5
X4/7
G29/4
G29/6
G29/5
G30
G28/1.2
G70/5
G70/4
F36;F37
G32;G33
G33/6
G33/5
G70/7
G71/1
G70/6
F45/7
F1/0
F1/2
G43/5
X4/7
G29/4
G29/6
G29/5
G30
F34/0.1.2
G70/5
G70/4
F36;F37
G32;G33
G33/6
G33/5
G70/7
G71/1
G70/6
F45/7
主轴转速到达: SAR
主轴停止转动: *SSTP
主轴定向: SOR
主轴转速倍率:SOV0—SOV7
主轴换挡: GR1,GR2(T) GR1O,GR2O,GR3O(M)
串行主轴正转: SFRA
串行主轴反转: SRVA
S12位代码输出: R01O—R12O
S12位代码输入: R01I—R12I
SSIN
SGN
机床就绪: MRDY(参数设)
主轴急停: *ESPA
定向指令: ORCMA
定向完成: ORARA
对于PMC与机床间的信号（X、Y），除个别信号被FANUC公司定义，绝大多数地址可以由机床制造商自行定义。所以对于X、Y 地址的含义，必须参见机床厂提供的技术资料。下面信号作为高速信号由CNC直接读取，不经过PMC进行处理。
表4-2-4 FANUC PMC高速信号表
信号地址
信号名
信号含义
X4.7
SKIP
跳转信号
X4.6
ESKIP
PMC轴跳转信号
X4.2
ZAE
X4.1
YAE
X4.0
XAE
X8.4
*ESP
急停信号
X9.3
*DEC4
X9.2
*DEC3
X9.1
*DEC2
X9.0
*DEC1
测量位置到达信号 返回参考点减速输入信号
2、FANUC I/O 单元的连接
FANUC I/O Link 是一个串行接口，将CNC、单元控制器、分布式I/O、机床操作面板或Power Mate 连接起来，并在各设备间高速传送I/O信号。当连接多个设备时，FANUC I/O Link
将一个设备看作是主单元，其它设备作为子单元。子单元的输入信号每隔一定周期送到主单元，主单元的输出信号也每隔一定周期送至子单元。0i-D 系列和0i Mate-D系列中，JD51A 插座位于主板上。作为主单元的0i/0i mate系列控制单元与作为子单元的分布式I/O相连接。
子单元分为若干个组，一个I/O Link 最多可连接16组子单元。根据单元的类型以及I/O 点数的不同，I/O Link 有多种连接方式。PMC 程序可以对I/O 信号的分配和地址进行设定，用来连接I/OLink。I/O 点数最多可达1024/1024 点。I/O Link 的两个插座分别叫做JD1A 和JD1B。对所有单元（具有I/OLink 功能）来说是通用的。电缆总是从一个单元的JD1A 连接到下一单元的JD1B。尽管最后一个单元是空着的，也无需连接一个终端插头。对于I/O Link中的所有单元来说，JD1A 和JD1B 的引脚分配都是一致的，不管单元的类型如何，均可按照图4-2-3来连接I/O Link。
图4-2-3 I/O LINK 连接图
3、PMC 地址的分配
对于FANUC 0iD/0i mateD 系统，由于I/O 点、手轮脉冲信号都连在I/OLink上，在PMC 梯形图编辑之前都要进行I/O 模块的设置，同时也要考虑到手轮的连接位置。当使用0i用I/O
模块且不连接其他模块时，可以设置如下：X地址从X0 开始设置，为02I；Y地址从Y0 开始设置，为02O，如图4-2-4，具体设置说明如下：
图4-2-4 PMC地址分配
① 0i D 系统I/O 模块的分配很自由，但有一个规则，即：连接手轮的手轮模块必须为16字节，且手轮连在离系统最近的一个16 字节大小的模块的JA3 接口上。对于此16 字节模块，Xm+0- Xm+11 用于输入点，即使实际上没有那么多点，但为了连接手轮也需要如此分配。Xm+12— Xm+14 用于三个手轮的输入信号。只连接一个手轮时，旋转手轮可以看到Xm+12 中的信号在变化。Xm+15 用于输入信号的报警。
②各I/OLink模块都有一个独立的名字，在进行地址设定时，不仅需要指定地址，还需要指定硬件模块的名字，OC02I为模块的名字，它表示该模块的大小为16 字节，OC01I表示该模块的大小为12 字节，/8 表示该模块有8个字节，在模块名称前的“0.0.1”表示硬件连接的组、基板、槽的位置。从一个JD1A引出来的模块算是一组，在连接的过程中，要改变的仅仅是组号，数字从靠近系统的模块从0开始逐渐递增。
③原则上I/O 模块的地址可以在规定范围内任意处定义，但是为了机床的梯形图统一管理，最好按照以上推荐的标准定义，注意，一旦定义了起始地址（m），该模块的内部地址就引领分配完毕了。
④在模块分配完毕后，要注意保存，然后机床断电再上电，分配的地址才能生效。同时注意模块要优先于系统上电，否则系统上电时无法检测到该模块。
⑤地址设定的操作可以在系统画面上完成，如图4-2-4，也可以在FANUC LADDER III 软件中完成， 0i D 的梯形图编辑必须在FANUC LADDER III5.7 版本或以上版本上才可以编辑。
4、PMC 程序的执行
PMC程序主要由两部分构成：第一级程序和第二级程序。
第一级程序每隔8ms执行一次，主要编写急停、进给暂停等紧急动作控制程序，其程序编写不宜过长，否则会延长整个PMC程序执行时间。第一级程序必须以END1指令结束。即使不使用第一级程序，也必须编写END1指令，否则PMC程序无法正常执行。
第二级程序每隔8×nms执行一次，n为第二级程序的分割数。主要编写工作方式控制、速度倍率控制、自动运行控制、手动运行控制、主轴控制、机床锁住控制、程序校验控制、辅助电机控制、外部报警和操作信息控制等普通程序，其程序步数较多，PMC程序执行时间也较长。第二级程序必须以END2指令结束。第二级程序一般较长，为了执行第一级程序，将根据第一级程序的执行时间，把第二级程序分割为n部分，分别用分割1、分割2、„„、分割n表示。
系统启动后，CNC与PMC同时运行，两者执行的时序图如图4-2-5所示。在8ms的工作周期内，前1.25ms执行PMC程序，首先执行全部的第一级程序，1.25ms内剩下的时间执行第二级程序的一部分。执行完PMC程序后8ms的剩余时间，为CNC的处理时间。在随后的各周期内，每个周期的开始均执行一次全部的第一级程序，因此在宏观上，紧急动作控制是立
即反应的。执行完第一级程序后，在各周期内均执行第二级程序的一部分，一直至第二级程序最后分割n部分执行完毕，然后又重新执行PMC程序，周而复始。
图4-2-5 CNC与PMC程序的执行时序
因此，第一级程序每隔8ms执行一次，第二级程序每隔8×nms执行一次。第一级程序编写不宜过长。如果程序步数过多，会增加第一级程序的执行时间，1.25ms内第二级程序的执行时间将减少，程序的分割数n将增加，从而延长整个第二级程序的执行时间。
5、急停控制原理
图4-2-6 FANUC数控系统急停控制原理
数控机床一般都设置急停按钮，一般安装在机床操作面板上。有的机床手轮上也设有急停按钮。急停控制的目的是在紧急情况下，使机床上的所有运动部件制动，使其在最短的时间内停止运行。一般来说，急停的产生有两种途径：一是机床运动过程中，在紧急情况下，人为按下急停按钮，数控机床进入急停状态，主轴运转及伺服进给会立即停止工作；二是机床发生超程或伺服报警等故障，系统自动使机床进入急停状态。在急停回路设计时，所有的急停信号串联在一起，任何一个按钮按下时，都将产生急停。
从图4-2-6可见，一般紧急停止回路是由“急停”开关和“各轴超程开关”串联的，且通常使用开关的动断触点。在这些串联回路中还串联一个24V急停继电器线圈，继电器的一对触点接到CNC控制单元的急停输入上，继电器的另一对触点接到伺服放大器电源模块PSM上。若按下急停按钮或机床运行时超程（行程开关断开），则急停继电器线圈断电，其常开触点KA1-1和KA1-2 断开，从而导致控制单元出现急停报警，主接触器线圈断电，主电路断开，进给电机和主轴电机停止运行。
急停输入信号X地址是固定的，即X8.4。数控系统直接读取该信号，当X8.4 信号为“0”，系统出现紧急停止报警。与急停报警紧密相关的信号还有G8.4 信号，该信号是PMC送到CNC的紧急停止信号。若G8.4 为“0”，系统则出现紧急停止报警。CNC 直接读取机床信号X8.4
和PMC 的输入信号G8.4，两个信号中任意一个信号为0 时，进入紧急停止状态。G8.4 信号为PMC将X8.4 和其他相关的信号进行综合处理的输出信号，如图4-2-7 所示。
8.4
图4-2-7 急停信号PMC处理
图4-2-7中，梯形图在X8.4 后面串接了一个Xn.m 信号，比如某些机床的刀库门开关等。若Xn.m为“0”，即使急停控制回路一切正常（X8.4 为“1”），紧急停止G8.4 仍为“0”，系统仍然出现紧急停止报警。因此，当出现“紧急停止”故障时，不仅要查看图4-2-6所示的信号，还要查看图4-2-7中各信号，这样才能排除该类故障。
6、典型急停故障分析
根据上面的分析，机床出现急停故障时，通常围绕X8.4 和G8.4 信号进行分析诊断。急
停故障主要有以下三种情况：
（1）急停输入信号X8.4接线端的电压为0V，X8.4 信号为“0”，G8.4 为“0”
由于急停输入信号X8.4接线端的电压为0V，则可能是急停回路断路、急停回路24V电源故障等原因造成的。这是可首先检查急停回路中的急停继电器是否吸合；继电器如果吸合而系统仍然处于急停状态，则故障往往不是出自电气回路方面，这时可以从别的方面查找原因，比如PMC地址分配错误造成的；如果急停继电器没有吸合，可以判断出故障是因为急停回路断路引起，可以利用万用表检查机床的急停开关、行程开关等急停回路上的元器件及接线是否正常，检查急停回路24V电源是否正常等。
（2）急停输入信号X8.4 接线端的电压为24V，但X8.4 信号为“0”，导致G8.4 为“0”
紧急停止输入信号X8.4 接线端的电压为24V，说明机床外围的急停回路是正常的。在这种情况下X8.4 信号为“0”，则可能的原因有以下几点：① I/O 模块的输入信号插头接触不良；②该输入信号的RV 接收器（接收转换电路）不良。如果是这种原因，由于X8.4 地址是固定的，不能如其他信号一样更换地址，则考虑更换I/O 模块上的接收器或更换整个I/O模块；③ I/O 模块的24V 输入电源故障，导致X8.4 信号在内的所有输入信号均为“0”。④PMC地址分配错误。
（3）急停输入信号X8.4 接线端的电压为24V，X8.4 信号为“1”，G8.4 为“0”
这种情况如图4-2-7所示，尽管X8.4信号为“1”，但其他条件不满足（与其串联的其他信号断开），导致G8.4为“0”，引发急停报警。
7、YL559数控车床急停控制回路
图4-2-8为YL559数控车床急停控制回路，在该急停控制回路中，未使用各轴超程开关，控制回路相对比较简单。
图4-2-8 YL559数控车床急停控制回路
YL559数控车床急停PLC控制程序如图4-2-9所示。
图4-2-9 YL559数控车床急停PLC控制程序
【任务实施】
根据诊断思路，进行诊断，步骤如表4-2-5所示。
表4-2-5 诊断步骤
序号
1
操作步骤
进入梯形图画面，发现X8.4 信号为“0”，说明可能是急停回路断路、急停回路24V电源故障等原因造成的。
2 检查急停回路中的急停继电器是否吸合。发现急停继电器指示灯亮，且处于吸合状态。
图示
3 检查XT2端子排的端子17和25，发现端子17松动，找到故障点。
本故障属于急停故障里的常见类型：急停输入信号X8.4为“0”。故障确定后，按照如
下步骤进行维修，如表4-2-6所示。
表4-2-6 维修步骤
序号
1
操作步骤
按下急停按钮，关闭数控系统电源
图示
2 重新连接端子17
3 开机，释放急停按钮，系统进入正常操作界面，系统恢复正常。
【任务拓展】
某工厂有一台CAK4085数控机床，配备FANUC 0iD数控系统，本机床刚刚经过大修，修改了大量参数。机床启动并旋开急停按钮后，系统一直处于急停状态，无法工作，请分析可能的故障原因。
相关专业英语词汇
FS—FANUC system发那科数控系统
mate—经济型
regulated power source—开关电源
transformer—变压器
circuit breaker—断路器
PLC—programmable logical controller可编程逻辑控制器
PMC—programmable machine controller可编程机床控制器
EMG—emergency急停
PSM—power supply module电源模块
2024年2月19日发(作者：弘怀思)
任务2 数控机床处于急停状态的故障诊断
【任务目标】
1、了解FANUC PMC的程序结构和编程方法；
2、能正确分析机床急停控制电气回路；
3、掌握数控机床急停故障排除方法；
4、能够排除数控机床的急停故障。
【任务描述】
有一台YL559数控车床，配备FANUC 0i TD数控系统，机床上电并旋开急停按钮后，机床一直处于急停状态，如图4-2-1所示。本次任务的工作是找出故障原因并能排除故障。
图4-2-1 故障现象
【资讯计划】
一、资料准备
要完成本任务中的故障诊断及排除工作，需要配备以下资料：
1、FANUC 0i D数控系统硬件连接说明书；
2、FANUC 0i D数控系统维修说明书；
3、YL559数控机床电气原理图；
4、故障记录单。
二、工具、材料准备
要完成本任务中的故障诊断及排除工作，需要配备以下工具和材料，具体见表4-2-1。
表4-2-1 工具和材料清单
清单 名称
万用表
螺丝刀
工具
螺丝刀
尖嘴钳
剥线钳
电烙铁
焊锡
材料
松香
导线
记号管
规格
UT33B
一字
十字
200mm
TU-5022
ST
1mm2
盒装
1.5 mm2
白色
单位
块
把
把
把
把
只
卷
盒
m
m
数量
1
1
1
1
1
1
1
1
5
2
三、知识准备
1、FANUC 0i系统PMC概述
从控制对象来说，数控系统分为控制伺服电动机与主轴电机作各种进给切削动作的系统部分和控制机床外围辅助电气部分的PMC。PMC与PLC所需实现的功能是基本一样的。PLC用于工厂一般通用设备的自动控制装置，而PMC 专用于数控机床外围辅助电气部分的自动控制，所以称为可编程机床控制器，简称PMC。PMC与控制伺服电动机和主轴电机的系统部分，以及与机床侧辅助电气部分的接口关系，如图4-2-2。
F数控系统Y机床测GPMCX
图4-2-2 PMC输入输出信号
在图中，能够看到，X 是来自机床侧的输入信号（如接近开关、极限开关、压力开关、操作按钮等输入信号元件）。PMC 接收从机床侧各装置反馈的输入信号，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诊断的依据。
Y 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、信号灯动作，满足机床运行的需要。
F 是由控制伺服电机与主轴电机的系统部分侧输入到PMC 信号，系统部分就是将伺服电机和主轴电机的状态，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、系统准备完成信号等），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，其地址从F0开始。
G 是由PMC侧输出到系统部分的信号，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），其地址从G0开始。
内部继电器（R）和扩展继电器（E）可暂时存储运算结果，用于PMC内部信号和扩展信号的定义。内部继电器中还包含PMC系统软件所使用的系统继电器，PMC程序可读入其状态，但不能写入。
可变定时器（T）、计数器（C）、保持继电器（K）和数据表（D）存储在非易失性存储器中，在切断电源的情况下也不会丢失。
表4-2-2 常用I/O 信号的容量
字符 信号说明 型号
0i D PMC
X
Y
F
G
R
R
E
A
C
K
D
T
L
P
输入信号（MT-PMC）
输出信号（MT-PMC）
输入信号（NC-PMC）
输出信号（NC-PMC）
内部继电器
系统继电器
扩展继电器
信息请求信号
计数器
保持继电器
数据表
可变定时器
标签
子程序
X0～X127 X200～X327
Y0～Y127Y200～Y327
F0～F767F1000～F1767
G0～G767G1000～G1767
R0～R7999
R9000～R9499
E0～E9999
A0～A249A9000～A9499
C0～C399C5000～C5199
K0～K99K900～K999
D0～D9999
T0～T499T9000～T9499
L1～L9999
P1～P5000
0i D/0i mateDPMC/L
X0～X127
Y0～Y127
F0～F767
G0～G767
R0～R1499
R9000～R9499
E0～E9999
A0～A249A9000～A9499
C0～C79C5000～C5039
K0～K19K900～K999
D0～D2999
T0～T79T9000～T9079
L1～L9999
P1～P512
表4-2-3FANUC i系列常用地址表
信号
自动循环启动: ST
进给暂停: *SP
方式选择: MD1，MD2，MD4
进给轴方向: +X,-X,+Y,-Y, +Z,-Z,+4,-4(0系统)
+J1,+J2,+J3,+J4 -J1,-J2,-J3,-J4(16系统类)
16/18/21/0i
T
G7/2
G8/5
G43/0.1.2
G100/0.1.2.3
G19/7
G18/0.1.2.3
G46/7
G19/4.5
G46/1
G44/0;G45
G43/7
X9/0.1.2.3
M
G7/2
G8/5
G43/0.1.2
G102/0.1.2.3
G19/7
G18/0.1.2.3
G46/7
G19/4.5
G46/1
G44/0;G45
G43/7
X9/0.1.2.3
手动快速进给 :RT
手摇进给轴选择/快速倍率:
HX/ROV1, HY/ROV2, HZ/DRN,H4(0系统)HS1A—JS1D(16系统类)
手摇进给轴选择/空运行: HZ/DRN(0); DRN(16)
手摇进给/增量进给倍率:MP1,MP2
单程序段运行: SBK
程序段选跳： BDT
零点返回： ZRN
回零点减速：*DECX,*DECY,*DECZ,*DEC4
机床锁住：MLK
急停： *ESP
进给暂停中： SPL
自动循环启动灯：STL
回零点结束：ZPX,ZPY,ZPZ,ZP4(0系统);
ZP1,ZP2,ZP3,ZP4(16系统类)
进给倍率:*OV1,*OV2,*OV4,*OV8(0系统)
*FV0--*FV7(16系统类)
手动进给倍率:*JV0—*JV15 (16系统类)
进给锁住: *IT
进给轴分别锁住:*ITX,*ITY,*ITZ,*IT4(0系统)
*IT1--**IT4 (16)
各轴各方向锁住:
+MIT1--+MIT4; (-MIT1)—(-MIT4)
启动锁住: STLK
辅助功能锁住: AFL
M功能代码: M00-M31
M00,M01,M02,M30代码
M功能(读M代码): MF
进给分配结束: DEN
S功能代码: S00-S31
S功能(读S代码): SF
T功能代码: T00—T31
T功能(读M代码): TF
辅助功能结束信号 MFIN
刀具功能结束信号 TFIN
结束: FIN
倍率无效: OVC
外部复位: ERS
复位: RST
NC准备好: MA
伺服准备好: SA
自动(存储器)方式运行: OP
程序保护: KEY
工件号检: PN1,PN2,PN4,PN8,PN16
外部动作指令: EF
进给轴硬超程: *+LX,*+LY,*+LZ,*+L4;*-LX,*-LY,*-LZ,*
-L4(0),*+L1--*+L4; *-L1--*-L4 (16)
伺服断开: SVFX,SVFY,SVFZ,SVF4
位置跟踪: *FLWU
位置误差检测: SMZ
镜像: MIRX,MIRYMIR4
G44/1
G8/4
F0/4
F0/5
F94/0.1.2.3
G44/1
G8/4
F0/4
F0/5
F94/0.1.2.3
G12
F79,F80
G8/0
G130/0.1.2.3
G12
F79,F80
G8/0
G130/0.1.2.3
G132/0.1.2.3
G134/0.1.2.3
G5/6
F10—F13
F9/4.5.6.7
F7/0
F1/3
F22—F25
F7/2
F26—F29
F7/3
G5/0
G5/3
G4/3
G6/4
G8/7
F1/1
F1/7
F0/6
F0/7
F46/3.4.5.6
G9/0--4
F8/0
G114/0.1.2.3
G116/0.1.2.3
G126/0.1.2.3
G7/5
G106/0.1.2.3
X1004/2--5
G7/1
G5/6
F10—F13
F9/4.5.6.7
F7/0
F1/3
F22—F25
F7/2
F26—F29
F7/3
G5/0
G5/3
G4/3
G6/4
G8/7
F1/1
F1/7
F0/6
F0/7
F46/3.4.5.6
G9/0--4
F8/0
G114/0.1.2.3
G116/0.1.2.3
G126/0.1.2.3
G7/5
G53/6
G106/0.1.2.3
螺纹倒角: CDZ
系统报警: AL
电池报警: BAL
DNC加工: DNCI
跳转: SKIP
G53/7
F1/0
F1/2
G43/5
X4/7
G29/4
G29/6
G29/5
G30
G28/1.2
G70/5
G70/4
F36;F37
G32;G33
G33/6
G33/5
G70/7
G71/1
G70/6
F45/7
F1/0
F1/2
G43/5
X4/7
G29/4
G29/6
G29/5
G30
F34/0.1.2
G70/5
G70/4
F36;F37
G32;G33
G33/6
G33/5
G70/7
G71/1
G70/6
F45/7
主轴转速到达: SAR
主轴停止转动: *SSTP
主轴定向: SOR
主轴转速倍率:SOV0—SOV7
主轴换挡: GR1,GR2(T) GR1O,GR2O,GR3O(M)
串行主轴正转: SFRA
串行主轴反转: SRVA
S12位代码输出: R01O—R12O
S12位代码输入: R01I—R12I
SSIN
SGN
机床就绪: MRDY(参数设)
主轴急停: *ESPA
定向指令: ORCMA
定向完成: ORARA
对于PMC与机床间的信号（X、Y），除个别信号被FANUC公司定义，绝大多数地址可以由机床制造商自行定义。所以对于X、Y 地址的含义，必须参见机床厂提供的技术资料。下面信号作为高速信号由CNC直接读取，不经过PMC进行处理。
表4-2-4 FANUC PMC高速信号表
信号地址
信号名
信号含义
X4.7
SKIP
跳转信号
X4.6
ESKIP
PMC轴跳转信号
X4.2
ZAE
X4.1
YAE
X4.0
XAE
X8.4
*ESP
急停信号
X9.3
*DEC4
X9.2
*DEC3
X9.1
*DEC2
X9.0
*DEC1
测量位置到达信号 返回参考点减速输入信号
2、FANUC I/O 单元的连接
FANUC I/O Link 是一个串行接口，将CNC、单元控制器、分布式I/O、机床操作面板或Power Mate 连接起来，并在各设备间高速传送I/O信号。当连接多个设备时，FANUC I/O Link
将一个设备看作是主单元，其它设备作为子单元。子单元的输入信号每隔一定周期送到主单元，主单元的输出信号也每隔一定周期送至子单元。0i-D 系列和0i Mate-D系列中，JD51A 插座位于主板上。作为主单元的0i/0i mate系列控制单元与作为子单元的分布式I/O相连接。
子单元分为若干个组，一个I/O Link 最多可连接16组子单元。根据单元的类型以及I/O 点数的不同，I/O Link 有多种连接方式。PMC 程序可以对I/O 信号的分配和地址进行设定，用来连接I/OLink。I/O 点数最多可达1024/1024 点。I/O Link 的两个插座分别叫做JD1A 和JD1B。对所有单元（具有I/OLink 功能）来说是通用的。电缆总是从一个单元的JD1A 连接到下一单元的JD1B。尽管最后一个单元是空着的，也无需连接一个终端插头。对于I/O Link中的所有单元来说，JD1A 和JD1B 的引脚分配都是一致的，不管单元的类型如何，均可按照图4-2-3来连接I/O Link。
图4-2-3 I/O LINK 连接图
3、PMC 地址的分配
对于FANUC 0iD/0i mateD 系统，由于I/O 点、手轮脉冲信号都连在I/OLink上，在PMC 梯形图编辑之前都要进行I/O 模块的设置，同时也要考虑到手轮的连接位置。当使用0i用I/O
模块且不连接其他模块时，可以设置如下：X地址从X0 开始设置，为02I；Y地址从Y0 开始设置，为02O，如图4-2-4，具体设置说明如下：
图4-2-4 PMC地址分配
① 0i D 系统I/O 模块的分配很自由，但有一个规则，即：连接手轮的手轮模块必须为16字节，且手轮连在离系统最近的一个16 字节大小的模块的JA3 接口上。对于此16 字节模块，Xm+0- Xm+11 用于输入点，即使实际上没有那么多点，但为了连接手轮也需要如此分配。Xm+12— Xm+14 用于三个手轮的输入信号。只连接一个手轮时，旋转手轮可以看到Xm+12 中的信号在变化。Xm+15 用于输入信号的报警。
②各I/OLink模块都有一个独立的名字，在进行地址设定时，不仅需要指定地址，还需要指定硬件模块的名字，OC02I为模块的名字，它表示该模块的大小为16 字节，OC01I表示该模块的大小为12 字节，/8 表示该模块有8个字节，在模块名称前的“0.0.1”表示硬件连接的组、基板、槽的位置。从一个JD1A引出来的模块算是一组，在连接的过程中，要改变的仅仅是组号，数字从靠近系统的模块从0开始逐渐递增。
③原则上I/O 模块的地址可以在规定范围内任意处定义，但是为了机床的梯形图统一管理，最好按照以上推荐的标准定义，注意，一旦定义了起始地址（m），该模块的内部地址就引领分配完毕了。
④在模块分配完毕后，要注意保存，然后机床断电再上电，分配的地址才能生效。同时注意模块要优先于系统上电，否则系统上电时无法检测到该模块。
⑤地址设定的操作可以在系统画面上完成，如图4-2-4，也可以在FANUC LADDER III 软件中完成， 0i D 的梯形图编辑必须在FANUC LADDER III5.7 版本或以上版本上才可以编辑。
4、PMC 程序的执行
PMC程序主要由两部分构成：第一级程序和第二级程序。
第一级程序每隔8ms执行一次，主要编写急停、进给暂停等紧急动作控制程序，其程序编写不宜过长，否则会延长整个PMC程序执行时间。第一级程序必须以END1指令结束。即使不使用第一级程序，也必须编写END1指令，否则PMC程序无法正常执行。
第二级程序每隔8×nms执行一次，n为第二级程序的分割数。主要编写工作方式控制、速度倍率控制、自动运行控制、手动运行控制、主轴控制、机床锁住控制、程序校验控制、辅助电机控制、外部报警和操作信息控制等普通程序，其程序步数较多，PMC程序执行时间也较长。第二级程序必须以END2指令结束。第二级程序一般较长，为了执行第一级程序，将根据第一级程序的执行时间，把第二级程序分割为n部分，分别用分割1、分割2、„„、分割n表示。
系统启动后，CNC与PMC同时运行，两者执行的时序图如图4-2-5所示。在8ms的工作周期内，前1.25ms执行PMC程序，首先执行全部的第一级程序，1.25ms内剩下的时间执行第二级程序的一部分。执行完PMC程序后8ms的剩余时间，为CNC的处理时间。在随后的各周期内，每个周期的开始均执行一次全部的第一级程序，因此在宏观上，紧急动作控制是立
即反应的。执行完第一级程序后，在各周期内均执行第二级程序的一部分，一直至第二级程序最后分割n部分执行完毕，然后又重新执行PMC程序，周而复始。
图4-2-5 CNC与PMC程序的执行时序
因此，第一级程序每隔8ms执行一次，第二级程序每隔8×nms执行一次。第一级程序编写不宜过长。如果程序步数过多，会增加第一级程序的执行时间，1.25ms内第二级程序的执行时间将减少，程序的分割数n将增加，从而延长整个第二级程序的执行时间。
5、急停控制原理
图4-2-6 FANUC数控系统急停控制原理
数控机床一般都设置急停按钮，一般安装在机床操作面板上。有的机床手轮上也设有急停按钮。急停控制的目的是在紧急情况下，使机床上的所有运动部件制动，使其在最短的时间内停止运行。一般来说，急停的产生有两种途径：一是机床运动过程中，在紧急情况下，人为按下急停按钮，数控机床进入急停状态，主轴运转及伺服进给会立即停止工作；二是机床发生超程或伺服报警等故障，系统自动使机床进入急停状态。在急停回路设计时，所有的急停信号串联在一起，任何一个按钮按下时，都将产生急停。
从图4-2-6可见，一般紧急停止回路是由“急停”开关和“各轴超程开关”串联的，且通常使用开关的动断触点。在这些串联回路中还串联一个24V急停继电器线圈，继电器的一对触点接到CNC控制单元的急停输入上，继电器的另一对触点接到伺服放大器电源模块PSM上。若按下急停按钮或机床运行时超程（行程开关断开），则急停继电器线圈断电，其常开触点KA1-1和KA1-2 断开，从而导致控制单元出现急停报警，主接触器线圈断电，主电路断开，进给电机和主轴电机停止运行。
急停输入信号X地址是固定的，即X8.4。数控系统直接读取该信号，当X8.4 信号为“0”，系统出现紧急停止报警。与急停报警紧密相关的信号还有G8.4 信号，该信号是PMC送到CNC的紧急停止信号。若G8.4 为“0”，系统则出现紧急停止报警。CNC 直接读取机床信号X8.4
和PMC 的输入信号G8.4，两个信号中任意一个信号为0 时，进入紧急停止状态。G8.4 信号为PMC将X8.4 和其他相关的信号进行综合处理的输出信号，如图4-2-7 所示。
8.4
图4-2-7 急停信号PMC处理
图4-2-7中，梯形图在X8.4 后面串接了一个Xn.m 信号，比如某些机床的刀库门开关等。若Xn.m为“0”，即使急停控制回路一切正常（X8.4 为“1”），紧急停止G8.4 仍为“0”，系统仍然出现紧急停止报警。因此，当出现“紧急停止”故障时，不仅要查看图4-2-6所示的信号，还要查看图4-2-7中各信号，这样才能排除该类故障。
6、典型急停故障分析
根据上面的分析，机床出现急停故障时，通常围绕X8.4 和G8.4 信号进行分析诊断。急
停故障主要有以下三种情况：
（1）急停输入信号X8.4接线端的电压为0V，X8.4 信号为“0”，G8.4 为“0”
由于急停输入信号X8.4接线端的电压为0V，则可能是急停回路断路、急停回路24V电源故障等原因造成的。这是可首先检查急停回路中的急停继电器是否吸合；继电器如果吸合而系统仍然处于急停状态，则故障往往不是出自电气回路方面，这时可以从别的方面查找原因，比如PMC地址分配错误造成的；如果急停继电器没有吸合，可以判断出故障是因为急停回路断路引起，可以利用万用表检查机床的急停开关、行程开关等急停回路上的元器件及接线是否正常，检查急停回路24V电源是否正常等。
（2）急停输入信号X8.4 接线端的电压为24V，但X8.4 信号为“0”，导致G8.4 为“0”
紧急停止输入信号X8.4 接线端的电压为24V，说明机床外围的急停回路是正常的。在这种情况下X8.4 信号为“0”，则可能的原因有以下几点：① I/O 模块的输入信号插头接触不良；②该输入信号的RV 接收器（接收转换电路）不良。如果是这种原因，由于X8.4 地址是固定的，不能如其他信号一样更换地址，则考虑更换I/O 模块上的接收器或更换整个I/O模块；③ I/O 模块的24V 输入电源故障，导致X8.4 信号在内的所有输入信号均为“0”。④PMC地址分配错误。
（3）急停输入信号X8.4 接线端的电压为24V，X8.4 信号为“1”，G8.4 为“0”
这种情况如图4-2-7所示，尽管X8.4信号为“1”，但其他条件不满足（与其串联的其他信号断开），导致G8.4为“0”，引发急停报警。
7、YL559数控车床急停控制回路
图4-2-8为YL559数控车床急停控制回路，在该急停控制回路中，未使用各轴超程开关，控制回路相对比较简单。
图4-2-8 YL559数控车床急停控制回路
YL559数控车床急停PLC控制程序如图4-2-9所示。
图4-2-9 YL559数控车床急停PLC控制程序
【任务实施】
根据诊断思路，进行诊断，步骤如表4-2-5所示。
表4-2-5 诊断步骤
序号
1
操作步骤
进入梯形图画面，发现X8.4 信号为“0”，说明可能是急停回路断路、急停回路24V电源故障等原因造成的。
2 检查急停回路中的急停继电器是否吸合。发现急停继电器指示灯亮，且处于吸合状态。
图示
3 检查XT2端子排的端子17和25，发现端子17松动，找到故障点。
本故障属于急停故障里的常见类型：急停输入信号X8.4为“0”。故障确定后，按照如
下步骤进行维修，如表4-2-6所示。
表4-2-6 维修步骤
序号
1
操作步骤
按下急停按钮，关闭数控系统电源
图示
2 重新连接端子17
3 开机，释放急停按钮，系统进入正常操作界面，系统恢复正常。
【任务拓展】
某工厂有一台CAK4085数控机床，配备FANUC 0iD数控系统，本机床刚刚经过大修，修改了大量参数。机床启动并旋开急停按钮后，系统一直处于急停状态，无法工作，请分析可能的故障原因。
相关专业英语词汇
FS—FANUC system发那科数控系统
mate—经济型
regulated power source—开关电源
transformer—变压器
circuit breaker—断路器
PLC—programmable logical controller可编程逻辑控制器
PMC—programmable machine controller可编程机床控制器
EMG—emergency急停
PSM—power supply module电源模块