基于FANUC―Oi数控系统的故障诊断培训装置

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定的比例，掌握 FANUC数控技术有利于维护企业的正常生产，因此，有必要研究建立-个基于现有FANUC数控系统的向用户开放的集培训 、二次开发于-体的系统，以解决企业实际生产中遇到的问题和数控技术人员技术培训问题。

1 故障诊断培训装置设计时应考虑的问题1.1 满足相关培训要求能进行数控 系统 的硬件 连接，以熟练 掌握FANUC数控系统的硬件接 口及通讯方式；能进行数控系统的功能参数设置和备份，以了解 FANUC数控系统参数的含义、系统数据备份的方法；通过该装置可以进行机械部分的安装调试和电气部分的安装调试，进-步理解数控系统控制功能的实现；能进行典型故障分析与诊断。

1.2 采泉放式结构设计有良好的人机交互性能，通过该装置能直观地了解数控系统的结构、各拈连接关系等，且方便装拆，所使用的各电气元件及数控系统均与工业生产现场情景-致。

1.3 考虑安全性的设计原则既要保证培训人员操作时的安全性，又要能保护到装置中元器件的安全。

2 培训装置总体设计方案为满足培训功能的要求，本装置总体结构考虑由数控控制台、数控系统、PMC单元、伺服进给单元、机床控制电路、PMC练习拈等组成.各进给轴由伺服电机控制；主轴由变频器控制；刀架采用 4工位或 6工位电动刀架，可实现数控机床安装调试、参数设置、伺服性能优化、数据备份、PMC编程、故障诊断与维修等多项技能 的学习；可配置十字滑 台满足数控机床机电联调等技能训练。

根据控制类型的不同，FANUC系统可以分为两部分：控制伺服电动机与主轴电动机动作的系统部分，以及控制辅助电气部分的PMC部分口]。

本装置设计包括以下部分：数控系统部分的建立，包括系统选型、主轴控制系统的构建、伺服系统的构建等；PMC控制系统设计，包括 PMC选型、系统外围设备的选用、I/O link连接及地址规划.设计思路如下。

2)主轴控制系统构建 ：选择主轴控制方式 ，以及相应的其他硬件配置。

3)进给伺服系统构建：选择进给伺服电机和伺服放大器及其他硬件配置。

4)I/O地址规划：根据培训辅助装置及 PMC控制要求规划 I/O接口信号地址。

[收稿日期]2013-03-30[基金项目]湖北侍育厅教育科学研究项 目(B20106601)[作者简介]於红梅(1966-)，女，湖北黄冈人，湖北科技职业学院副教授，工学硕士，研究方向为机械设计、数控技术第28卷第 2期 於红梅 基于 FANUC-0i数控系统的故障诊断培训装置 775)PMC程序设计及参数设置。

FANUC 0i mate-TD数控系统系统控制部分构建主轴控制系统构建l l伺服系统构建PMC控制设计硬件选型 I/O地址规划 ll PMC程序设计图 1 总体设计流程3 FANUC 0i-D数控 系统培训装置的硬件构成及功能实现0i系统是普及型车床最常用的数控系统，0i-D是其最新版本，0i mate-TD是 FANUC公司已经将系统的功能进行优化组合的系统，功能较 0i-D系统少，其用于两轴联动 的数控培训装置非常适合。

FANUC 0i-D数控系统培训装置的硬件构成及功能实现如下。

3.1 CNC控制器它由CPU卡、数字伺服轴控制卡、存储器、LCD单元、MDI单元、主板单元等组成.主板包括 CPU外围电路、数字主轴电路、模拟主轴电路、I/OLink、闪存卡接口电路、MDI接口电路、RS232C数据输入输出电路、高速输人信号等.数字伺服轴控制卡是支撑伺服软件运行的硬件环境，其主要作用是对速度和位置的控制 J。

3.2 主轴驱动单元和主轴电动机这部分主要是建立主轴控制系统.FANUC的主轴控制单元有两种控制信号，-是数字信号，二是模拟信号.在主板单元上对应有两种通讯接 口--串行主轴接口和模拟主轴接 口.主轴控制系统的构建可以采用两种方式，-是通过模拟信号控制主轴，称为模拟主轴，另-是通过数字信号控制主轴，称为串行主轴.如果采用数字信号控制主轴运动，则需选择配套的 FANUC主轴放大器；如果采用模拟信号控制主轴运动，则可以自行选择变频器.即主轴控制如果采用机床厂家选择的变频器作为主轴控制，而不使用 FANUC的主轴放大器，可以选择模拟主轴接口.系统向外部提供 0～10 V模拟电压.无论采用何种控制方法，主轴的位置控制都需接编码器。

模拟主轴的控制对象是系统JA40口输出-1O～ 10V 的电压给变频器，从而控制主轴电机的转速.从满足培训要求和从性价比角度考虑，主轴电动机采用l3I伺服电动机.通 过本部分 的设计 ，可实 现主轴变频调速控制、主轴故障诊断与维修、主轴参数设置等培训功能。

3.3 伺服驱动单元和进给伺服电动机这部分主要是建立伺服控制系统.进给伺服系统控制机床各轴的运动，各进给轴的伺服控制要求相互独立，且传动链最短，以减少机械传动误差。

FANUC伺服驱动部分从硬件结构上分，主要有下面四个组成部分：数字伺服轴控制卡、伺服放大器、伺服电机和反馈装置.伺服系统控制信号的传递路线为：由轴卡的接 口COP10A输出脉宽调制指令，通过 FSSB(Fanuc Serial Servo Bus)串行伺 服总线光缆与伺服放大器的接口COP10B相连，伺服放大器将信号整形放大后，通过动力线输出驱动电流到伺服电机，电机转动后，同轴的编码器将速度和位置反馈到 FSSB总线上，最终回到轴卡上进行处理，从而完成速度控制与位置控制。

FANUC 0i-D系统的伺服驱动器和伺服电机都是配套使用，伺服驱动单元通过 FSSB与系统进行通讯，可配 j3i系列伺服放大器，或者是 ai系列伺服放大器，电机采用的是交流伺服电机。

本培训装置采用半闭环控制系统，既能了解数控伺服控制系统的工作原理，形成由检测元件和反馈装置构成的控制回路，又能够进行各项技术的学习.伺服控制系统的建立，主要考虑能够方便地开展诸如伺服系统的控制原理、元器件的选择、伺服系统连接与调试、相关参数设置与调整、伺服系统故障诊断与分析的培训项 目等。

3.4 PMC控制器和 I/O拈这部分主要是实现培训装置模拟数控机床的辅助控制功能，如机床操作面板控制、换刀控制等[3]。

FANUC PMC采用内置方式，其工作原理与其他 自动化设备的 PLC工作原理相同，通过高速串行电缆(I/O link)连接系统与从属 I/O接口设备，也可连接 13i伺服放大器和伺服电动机用于外部机械的驱动与控制以实现输入输出信号的控制 ].本装置可配置机床操作面板、普通的0i D系列 I/O单元等 I/O拈.PMC控制系统建立后可开展 I/o拈连接与信号地址分配练习、PLC编程与调试、机床故障诊断分析等培训项目。

3.5 信息的输入/输出设备本装置根据需要配置电脑、键盘、存储卡、专用信息设备等信息输入/输出设备。

3.6 网络通过 RS-232C或者是以太网，可以将培训装置78 湖 北 工 业 大 学 学 报 2013年第 2期与计算机连接，以实现对 PMC接口状态进行在线诊断、编辑和修改梯形图。

基于以上系统组成，在本装置上能够进行数控系统的连接与调试、故障诊断与分析等培训项目的开展，进给伺服系统采用模拟数控车床对 X、Z轴运动的十字滑台，需独立分别构建伺服驱动系统以实现对两轴运动的控制.培训装置硬件配置如图 2所示。