2024年3月16日发(作者：费莫明远)
利用FANUC PMC窗口功能实现负载异常监控
周华英
【摘 要】详细阐述了在加工中心利用FAUNC 18I数控系统窗口功能指令进行编
程设计的过程,通过试验验证,成功实现读取数字伺服轴负载电流映像,通过比较判断
机床是否负载异常并进行报警,提高了机床可靠性,在充分利用原有硬件的情况下,实
现了设备智能报警.满足用户对机床智能诊断的要求,实现人机界面信息友好化、智
能化.
【期刊名称】《汽车工艺与材料》
【年(卷),期】2015(000)010
【总页数】5页(P68-72)
【关键词】PMC窗口功能指令;负载异常监控;设备智能报警
【作 者】周华英
【作者单位】神龙公司襄阳工厂通技分部
【正文语种】中 文
【中图分类】U468.2
利用FANUC PMC窗口功能实现负载异常监控
■ 神龙公司襄阳工厂通技分部 周华英
摘要：详细阐述了在加工中心利用FAUNC 18I数控系统窗口功能指令进行编程设
计的过程，通过试验验证，成功实现读取数字伺服轴负载电流映像，通过比较判断
机床是否负载异常并进行报警，提高了机床可靠性，在充分利用原有硬件的情况下，
实现了设备智能报警。满足用户对机床智能诊断的要求，实现人机界面信息友好化、
智能化。
关键词：PMC窗口功能指令 负载异常监控 设备智能报警
中图分类号：U468.2
文献标识码：B
1 前言
近几年，随着装备制造业技术的飞速发展，社会经济活动的多样化，人们需求更高，
数控技术的高端化与智能化已经开始形成。智能化是未来发展的方向，数控技术在
工业领域的应用非常广泛，而智能化的发展，对于整个工业而言，将是又一次工业
革命。传统的数控系统也将受到智能化控制技术的影响。如何在传统的封闭的
CNC数控系统上实现数控智能化？通过适当的软件设计，硬件软件整合优化，可
以实现部分智能特点，充分发挥数控技术的实效性与时效性，在线监控机床运行状
态；人机对话智能化，能够通过技术手段实现人与机器之间的简单交流，信息沟通
[1]。日益广泛的数控应用，用户可根据专业需要进行编程设计，经试验
验证，数控技术的应用可满足现场需求，并提升设备综合功能,让机器更加智能化。
FANUC PMC语言（PMC：FANUC数控系统内置的可编程控制器）提供用户一
个窗口功能指令，专门解决基本指令无法处理的那些控制问题。按照特定的格式，
可以读写信息，完成复杂的运算搜索等功能，其中窗口功能是一种更特殊的指令，
可以读写CNC诸多信息等，功能强大。
2 PMC窗口功能
加工中心既要高精度快速响应，更要安全可靠、维护方便且维护成本低。利用数控
系统的特定功能，可以使机床装备性能更加卓越。FANUC18I数控系统的PMC语
言中提供了一个窗口功能指令，按照特定的格式，可以读写数控信息，该数控系统
接口功能为使用者提供了广泛应用平台，可完善设备智能报警功能。
在FANUC众多PMC指令中，有一种窗口功能指令，可以读取CNC信息数据或
写入数据。具体如下。
51 WINDR。读取CNC检测位置、报警状态、刀具寿命数据等；
52 WINDW。写入CNC数据，用户宏变量、参数等。
常用窗口功能指令见表1，目前有75种之多。CNC系统机型不一样，功能细则略
有不同。
表1 FANUC窗口功能指令表
2.1窗口功能
PMC窗口功能要素主要包括输入输出数据格式（图1）、功能指令时序（图2）、
指令梯形语言（图3）、结束代码。PMC窗口的处理结束后，运算结果放至寄存
器R9000（图4）。如R9000.0为1，则处理中已出错。PMC窗口结束代码及意
义见表2。
2.2窗口34号功能指令
窗口34号功能读取伺服电机电流A/D变换数据，各轴的负载电流可以被转换为
模拟电压，然后经由A/D转换器，CNC可以得到相应的数值，A/D转换后，输送
给PMC作相关处理，映像监控各伺服轴的运行状态，如轻载、正常、满载、超载。
图1 输入输出数据格式
图2 功能指令时序
图3 指令梯形语言
图4 功能指令梯形语言
表2 PMC窗口结束码及意义
窗口功能34号数据结构如图5。（数据号）N为数据类型，数据代码0为通用模
拟电压信息（四通道），数据代码2为伺服轴的负载信息。（数据属性）M指定
CNC控制轴，数值按照驱动模块在CNC控制器对应的轴号指定，1～8对应8个
轴。34号功能结束代码意义见表3。
图5 输入格式
表3 34号功能指令结束代码意义
3 CNC Y轴负载异常监控
3.1 PMC语言程序设计流程
机床设计理念必须充分利用机床机电装备硬件和软件的特点，进行技术调研及功能
细分，将重要的设计元素落实到机器硬软件上，并通过不断的试验调试，最终确认
一个合适的方案，从而达到想要的设计要求。图6所示为PMC语言设计流程。
3.2 PMC程序设计原理
a.采用PMC-SB7梯形图编程，以8 ms为周期扫描，第一个8 ms扫描一级程序，
剩余时间扫描二级程序，无论是否完成，下一个8 ms继续扫描第一级程序，完成
后继续上一次的二级程序的扫描，如此循环直至二级扫描完成，再周而复始的按此
循环扫描处理（图7）。子程序由二级程序调用处理。
b.在LEVEL2（二级程序）中处理译码M556触发激活R1379.0 Y轴负载检测。
图6 PMC语言程序设计流程
图7 PMC扫描周期
c.在LEVEL2中做D340、D341的预置和判断条件。
d.在LEVEL2中调用子程序P5，启动34号窗口功能指令。
e.在LEVEL2中三次扫描之后，读取Y轴负载值，通过对负载值进行采集，运算转
换、传送、比较，实现对Y轴负载映像值监控。
f.当前FAUNC18I CNC扫描周期8 ms，程序级数3级，此处WINDR 51采用低
速扫描，3次扫描结束时，采集数据用时24 ms，加基本指令执行时间（0.033
μs/步），此程序监控Y轴负载，响应时间基本在25 ms以内。
g.当ATC自动换刀移动至下一把刀之前，Y轴静止在励磁状态下，CNC读到
M556时，PMC触发读取Y轴伺服负载电流值大小，Y轴最终负载值通过转换计
算，映像至PMC程序参数D1412，与预设的D0340和D0431进行比较，在设
定超过D0340时，W830发生，预警可以继续生产。在设定超过D0341，A603
发生，报警预停，不能继续运行，实现CNC Y轴负载异常监控。
3.3 FAUNC系统接口参数
在窗口功能34号设置参数中数据代码为2时，读取伺服轴的负载信息，A/D转换
器的数值，由下列公式得。
式中，AD为由窗口功能读出已转换的数据；N为放大器的额定极限电流，此例N
值为160 A
[3]；I
负载电流为A/D转换数据，由窗口功能读取得数据且带±符号。
在窗口功能34号设置参数中数据属性等于2时指定CNC控制轴第2个轴，即Y
轴该轴的负载电流数据将被读出。
3.4确认经验值
利用FANUC数控系统功能提供的读取伺服轴负载信息对高压氮气平衡缸的压力进
行软件监测及预警监控，感知设备运行状况。
根据FANUC PMC提供的读取电流相关参数，做好数据采集处理，再调整设置比
率系数，以达到更加准确可靠的预警和报警，多次试验所得经验值得以修正系数，
比率系数35～45，采集的值最接近伺服驱动轴载荷值（MONI监视器上显示负荷
表Y轴百分之百），系数选定为39。试验调整系数见表4。
3.5加工中心平衡缸
图8所示为卧式加工中心采用氮气缸平衡配重Y轴方向机械质量，将其安装在X
滑台台面上方，Z轴组（电主轴单元）的两侧空挡。采用2套缸压力各冲压至
4.5～5.0 MPa，类似如气压弹簧一样，利用配重减低重力轴向线性伺服电机的负
荷，也减轻了丝杆的负荷，减少发热。
平衡重量公式原则为平衡缸（合格压力）活塞杆出力=-Y轴移动配重机械部件重
力
加工中心配重采用氮气平衡缸，平衡缸体积
表4 试验调整系数
图8 平衡缸与加工中心配重关系
小，氮气为惰性气体使用安全，维护成本低。把传统的配重块与链条式改为氮气平
衡缸系统，是现阶段最高速加工中心主轴系统配重的解决方案，使机床有更高的附
加价值。
3.6验证Y轴平衡杠异常负载
将平衡缸压力放至2/3压力，模仿泄漏，低压6.0 MPa时，CMC ALARM屏显示
W830 Y轴伺服在停止时负载值接近了警告值。
当泄漏值降至1/3压力，低压3.0 MPa时，CMC ALARM屏显示A603 Y轴伺服
在停止时负载值接近了报警值。
设定D1412的报警区间，应及时有效的预警平衡杠压力情况，数据来源于压力验
证5。
表5 压力验证
Y轴负载异常时，除需要检查Y轴平衡杠氮气压力外，Y轴运动幅也可能出现机械
磨损，也会触发此功能，有报警要及时安排预检修处理。长时间的对负载异常，不
监控或无相应的处理，会破坏机床正常运行条件，加速异常磨损，最后甚至会损坏
机床。
4 结束语
FANUC PMC的窗口功能非常强大，是CNC与PMC之间交换信息的核心部件，
它不仅被作为二次研发应用的主要利器，也为许多使用者提供了方便，使装备更加
智能化。
参考资料：
[1]陈明润智能化数控技术的未来发展方向探究[J]煤炭技术2013（6）:228-230.
2024年3月16日发(作者：费莫明远)
利用FANUC PMC窗口功能实现负载异常监控
周华英
【摘 要】详细阐述了在加工中心利用FAUNC 18I数控系统窗口功能指令进行编
程设计的过程,通过试验验证,成功实现读取数字伺服轴负载电流映像,通过比较判断
机床是否负载异常并进行报警,提高了机床可靠性,在充分利用原有硬件的情况下,实
现了设备智能报警.满足用户对机床智能诊断的要求,实现人机界面信息友好化、智
能化.
【期刊名称】《汽车工艺与材料》
【年(卷),期】2015(000)010
【总页数】5页(P68-72)
【关键词】PMC窗口功能指令;负载异常监控;设备智能报警
【作 者】周华英
【作者单位】神龙公司襄阳工厂通技分部
【正文语种】中 文
【中图分类】U468.2
利用FANUC PMC窗口功能实现负载异常监控
■ 神龙公司襄阳工厂通技分部 周华英
摘要：详细阐述了在加工中心利用FAUNC 18I数控系统窗口功能指令进行编程设
计的过程，通过试验验证，成功实现读取数字伺服轴负载电流映像，通过比较判断
机床是否负载异常并进行报警，提高了机床可靠性，在充分利用原有硬件的情况下，
实现了设备智能报警。满足用户对机床智能诊断的要求，实现人机界面信息友好化、
智能化。
关键词：PMC窗口功能指令 负载异常监控 设备智能报警
中图分类号：U468.2
文献标识码：B
1 前言
近几年，随着装备制造业技术的飞速发展，社会经济活动的多样化，人们需求更高，
数控技术的高端化与智能化已经开始形成。智能化是未来发展的方向，数控技术在
工业领域的应用非常广泛，而智能化的发展，对于整个工业而言，将是又一次工业
革命。传统的数控系统也将受到智能化控制技术的影响。如何在传统的封闭的
CNC数控系统上实现数控智能化？通过适当的软件设计，硬件软件整合优化，可
以实现部分智能特点，充分发挥数控技术的实效性与时效性，在线监控机床运行状
态；人机对话智能化，能够通过技术手段实现人与机器之间的简单交流，信息沟通
[1]。日益广泛的数控应用，用户可根据专业需要进行编程设计，经试验
验证，数控技术的应用可满足现场需求，并提升设备综合功能,让机器更加智能化。
FANUC PMC语言（PMC：FANUC数控系统内置的可编程控制器）提供用户一
个窗口功能指令，专门解决基本指令无法处理的那些控制问题。按照特定的格式，
可以读写信息，完成复杂的运算搜索等功能，其中窗口功能是一种更特殊的指令，
可以读写CNC诸多信息等，功能强大。
2 PMC窗口功能
加工中心既要高精度快速响应，更要安全可靠、维护方便且维护成本低。利用数控
系统的特定功能，可以使机床装备性能更加卓越。FANUC18I数控系统的PMC语
言中提供了一个窗口功能指令，按照特定的格式，可以读写数控信息，该数控系统
接口功能为使用者提供了广泛应用平台，可完善设备智能报警功能。
在FANUC众多PMC指令中，有一种窗口功能指令，可以读取CNC信息数据或
写入数据。具体如下。
51 WINDR。读取CNC检测位置、报警状态、刀具寿命数据等；
52 WINDW。写入CNC数据，用户宏变量、参数等。
常用窗口功能指令见表1，目前有75种之多。CNC系统机型不一样，功能细则略
有不同。
表1 FANUC窗口功能指令表
2.1窗口功能
PMC窗口功能要素主要包括输入输出数据格式（图1）、功能指令时序（图2）、
指令梯形语言（图3）、结束代码。PMC窗口的处理结束后，运算结果放至寄存
器R9000（图4）。如R9000.0为1，则处理中已出错。PMC窗口结束代码及意
义见表2。
2.2窗口34号功能指令
窗口34号功能读取伺服电机电流A/D变换数据，各轴的负载电流可以被转换为
模拟电压，然后经由A/D转换器，CNC可以得到相应的数值，A/D转换后，输送
给PMC作相关处理，映像监控各伺服轴的运行状态，如轻载、正常、满载、超载。
图1 输入输出数据格式
图2 功能指令时序
图3 指令梯形语言
图4 功能指令梯形语言
表2 PMC窗口结束码及意义
窗口功能34号数据结构如图5。（数据号）N为数据类型，数据代码0为通用模
拟电压信息（四通道），数据代码2为伺服轴的负载信息。（数据属性）M指定
CNC控制轴，数值按照驱动模块在CNC控制器对应的轴号指定，1～8对应8个
轴。34号功能结束代码意义见表3。
图5 输入格式
表3 34号功能指令结束代码意义
3 CNC Y轴负载异常监控
3.1 PMC语言程序设计流程
机床设计理念必须充分利用机床机电装备硬件和软件的特点，进行技术调研及功能
细分，将重要的设计元素落实到机器硬软件上，并通过不断的试验调试，最终确认
一个合适的方案，从而达到想要的设计要求。图6所示为PMC语言设计流程。
3.2 PMC程序设计原理
a.采用PMC-SB7梯形图编程，以8 ms为周期扫描，第一个8 ms扫描一级程序，
剩余时间扫描二级程序，无论是否完成，下一个8 ms继续扫描第一级程序，完成
后继续上一次的二级程序的扫描，如此循环直至二级扫描完成，再周而复始的按此
循环扫描处理（图7）。子程序由二级程序调用处理。
b.在LEVEL2（二级程序）中处理译码M556触发激活R1379.0 Y轴负载检测。
图6 PMC语言程序设计流程
图7 PMC扫描周期
c.在LEVEL2中做D340、D341的预置和判断条件。
d.在LEVEL2中调用子程序P5，启动34号窗口功能指令。
e.在LEVEL2中三次扫描之后，读取Y轴负载值，通过对负载值进行采集，运算转
换、传送、比较，实现对Y轴负载映像值监控。
f.当前FAUNC18I CNC扫描周期8 ms，程序级数3级，此处WINDR 51采用低
速扫描，3次扫描结束时，采集数据用时24 ms，加基本指令执行时间（0.033
μs/步），此程序监控Y轴负载，响应时间基本在25 ms以内。
g.当ATC自动换刀移动至下一把刀之前，Y轴静止在励磁状态下，CNC读到
M556时，PMC触发读取Y轴伺服负载电流值大小，Y轴最终负载值通过转换计
算，映像至PMC程序参数D1412，与预设的D0340和D0431进行比较，在设
定超过D0340时，W830发生，预警可以继续生产。在设定超过D0341，A603
发生，报警预停，不能继续运行，实现CNC Y轴负载异常监控。
3.3 FAUNC系统接口参数
在窗口功能34号设置参数中数据代码为2时，读取伺服轴的负载信息，A/D转换
器的数值，由下列公式得。
式中，AD为由窗口功能读出已转换的数据；N为放大器的额定极限电流，此例N
值为160 A
[3]；I
负载电流为A/D转换数据，由窗口功能读取得数据且带±符号。
在窗口功能34号设置参数中数据属性等于2时指定CNC控制轴第2个轴，即Y
轴该轴的负载电流数据将被读出。
3.4确认经验值
利用FANUC数控系统功能提供的读取伺服轴负载信息对高压氮气平衡缸的压力进
行软件监测及预警监控，感知设备运行状况。
根据FANUC PMC提供的读取电流相关参数，做好数据采集处理，再调整设置比
率系数，以达到更加准确可靠的预警和报警，多次试验所得经验值得以修正系数，
比率系数35～45，采集的值最接近伺服驱动轴载荷值（MONI监视器上显示负荷
表Y轴百分之百），系数选定为39。试验调整系数见表4。
3.5加工中心平衡缸
图8所示为卧式加工中心采用氮气缸平衡配重Y轴方向机械质量，将其安装在X
滑台台面上方，Z轴组（电主轴单元）的两侧空挡。采用2套缸压力各冲压至
4.5～5.0 MPa，类似如气压弹簧一样，利用配重减低重力轴向线性伺服电机的负
荷，也减轻了丝杆的负荷，减少发热。
平衡重量公式原则为平衡缸（合格压力）活塞杆出力=-Y轴移动配重机械部件重
力
加工中心配重采用氮气平衡缸，平衡缸体积
表4 试验调整系数
图8 平衡缸与加工中心配重关系
小，氮气为惰性气体使用安全，维护成本低。把传统的配重块与链条式改为氮气平
衡缸系统，是现阶段最高速加工中心主轴系统配重的解决方案，使机床有更高的附
加价值。
3.6验证Y轴平衡杠异常负载
将平衡缸压力放至2/3压力，模仿泄漏，低压6.0 MPa时，CMC ALARM屏显示
W830 Y轴伺服在停止时负载值接近了警告值。
当泄漏值降至1/3压力，低压3.0 MPa时，CMC ALARM屏显示A603 Y轴伺服
在停止时负载值接近了报警值。
设定D1412的报警区间，应及时有效的预警平衡杠压力情况，数据来源于压力验
证5。
表5 压力验证
Y轴负载异常时，除需要检查Y轴平衡杠氮气压力外，Y轴运动幅也可能出现机械
磨损，也会触发此功能，有报警要及时安排预检修处理。长时间的对负载异常，不
监控或无相应的处理，会破坏机床正常运行条件，加速异常磨损，最后甚至会损坏
机床。
4 结束语
FANUC PMC的窗口功能非常强大，是CNC与PMC之间交换信息的核心部件，
它不仅被作为二次研发应用的主要利器，也为许多使用者提供了方便，使装备更加
智能化。
参考资料：
[1]陈明润智能化数控技术的未来发展方向探究[J]煤炭技术2013（6）:228-230.