FANUC系統數控工具機網絡化集成技術

0 引言

數控工具機正常運行除了必要軟硬體外，還需要諸如系統參數、刀具及坐標系偏置數據、螺距誤差補償數據、跟蹤誤差、工具機運動坐標、主運動和進給速度、PMC 信號狀態等動靜態數據。目前國內大部分企業對工具機運行狀態監控和動靜態數據採集管理仍然停留在單機在線或串口通信方式階段，無法實現集成管理，從而形成了信息化孤島。隨著工業化進程的推進，對數控設備進行信息化統一集中管理乃至對工具機工作狀態進行實時監控的重要性逐步被人們認知，而計算機網絡技術的發展尤其是現場總線以及工業乙太網技術的發展，使企業數控設備集成監管成為了可能。本文以FANUC 系統為例介紹基於乙太網的數控工具機集成技術。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201612/328840.htm

1 數控工具機網絡集成系統構架及功能

　　圖1 為FANUC 系統數控工具機網絡集成系統構架，它主要包括以下幾個部分。

圖1 FANUC 系統數控工具機網絡集成系統構架

　　1.1 系統集成乙太網軟體

　　FANUC 系統使用的乙太網軟體從來源上分主要
有以下兩種：

　　（1） 直接購買FANUC 提供的相關軟體，如基本操作包1（FANUC Basic Operation Package 1／A02B‐0207‐K752） 、遠程診斷包（Machine Remote DiagnosePackage ／ A08B‐9210‐J515） 、生產系統管理與控制軟體包CIMPLICITY HMI 等。

　　（2） 使用Microsoft Visual Basic 或者VisualC＋ ＋ ，配合FANUC 提供的FOCAS２ （A０２B‐0207‐K737）應用程式接口（API）進行自主編程。軟體功能包括工具機數據管理（如NC 程序、系統參數、宏變量、刀具偏置、工件坐標系偏移、螺距誤差補償等數據的讀寫及管理） 、CNC 顯示（如主軸和進給軸數據顯示、加工時間、刀具信息、坐標數據） 、狀態監測（如梯形圖順序程序、工具機信號、進給軸及主軸波形信號、操作及報警履歷） 、在線調試（如融合FANUC LADDER和SERVO GUIDE 進行在線PMC 和伺服調試）等。

　　1.2 計算機

　　計算機是乙太網軟體的運行伺服器同時可擔任工具機數據的數據伺服器，應具備乙太網卡及滿足要求的系統配置，同時應具有Windows 自帶的IIS 或者第三方的Serv‐U 等FTP 服務軟體。

　　1.3數據伺服器

　　數據伺服器視系統規模大小可單獨或與系統主機共用計算機，主要功能是存儲和管理工具機上傳的各種數據。

　　1.4 數控工具機

　　多臺數控工具機可通過乙太網連接到系統主機和數據伺服器，工具機應具備並開通必要的乙太網功能和硬體。

2 數控工具機網絡集成系統軟硬體

　　FANUC 系列數控系統的乙太網硬體設備主要有快速乙太網板（Fast Ethernet Board）和數據伺服器板（Fast Data Server Board）兩種，對應功能叫做乙太網功能（Ethernet Function）和數據伺服器功能（DateServer Function） 。現0i － MD 和0i － TD 系統都標配有內嵌式乙太網和PCMCIA 網卡，而0i － Mate MD和0i － Mate TD 只標配PCMCIA 網卡。PCMCIA 網卡和內嵌式乙太網的功能接近，只是PCMCIA 網卡不支持FANUC 程序傳輸軟體。

　　FANUC 0i － D 系列中的0i － MD／0i － TD 系統都標準配置有支持100Mb／s 的內嵌式乙太網。將CNC 與電腦連接起來，即可進行NC 程序的傳輸、機械的控制和運行狀態的監視、機械的調整和維護。其基本功能包括：

　　（1） 基於FTP 傳輸功能的NC 程序傳輸，可通過CNC 畫面的操作來傳輸NC 程序。電腦側使用FTP伺服器軟體，所以，可以與Windows 環境以外的主機一起傳輸NC 程序。

　　（2） 基於FOCAS2／Ethernet 的機械控制和監視，可利用i CELL 和CIMPLICITY 創建進行機械控制和監視的系統。此外，可以直接使用FOCAS２／Ethernet功能，創建獨特的應用軟體；也可通過CNC 主導信息通知功能，利用NC 程序或者梯圖程序發出的指令，從CNC 自發地向電腦的應用程式發送通知信息（CNC／PMC 數據） 。

　　（3） 可以在線進行基於FANUC LADDER‐ Ⅲ 以及SERVO GUIDE 的機械調整和維護、梯圖程序的維護和伺服電機的調整。

　　FTP 傳輸功能可使用Windows 自帶的IIS 或者第三方的Serv‐U 等FTP 服務軟體。而順序程序調試和伺服調整可利用FANUC 專用工具，通過乙太網連接方式對數控工具機進行在線調試與幹預。因此數控工具機網絡集成系統開發的技術難點和關鍵點是控制和監視乙太網軟體，當然FANUC 提供標準軟體CIMPLICITY，但由於價格昂貴和系統規模要求適應性問題，一般選擇使用Visual Basic 或者Visual C ++自主開發基於FOCAS2／Ethernet 功能的用戶軟體。

　　FOCAS2 即FANUC Open CNC API Specificationsversion 2，是FANUC 提供給用戶的應用程式接
口函數庫，通過調用這些標準函數即可實現計算機與數控工具機之間的信息交互。例如通過Read the nameof controlled axis and spindle name 函數讀取控制軸和主軸名稱；通過Set origin／preset relative axis position函數設置原點／預設相關坐標位置等。在使用Visual Basic 或者Visual C ＋ ＋ 編程時需作如下初始化設置： ① 將FOCAS1/2庫函數Fwlib32． dll 、Fwlibe1．dll 、Fwlib３２ ．lib 及頭文件Fwlib32 ．h 複製到工程文件夾中；② 點擊程序「工程」菜單後出現「設置」子菜單，再次點擊後出現設置對話框，選擇「Link」標籤，在「對象／庫模塊」中輸入庫文件名「Fwlib32 ．lib」 ；③ 在實現類文件（ ．cpp）中包含頭文件Fwlib32．h 。

　　通信線路的建立與關閉按如下步驟完成：調用語句short back ＝ cnc＿ allclibhndl3（「192 .168.0．100」 ，8193 ，0 ，&h）來建立通信鏈路，正常時將返回0（EW＿OK）並取得通信句柄h ，可供其他庫函數調用。其中「192.168.0.100」為工具機IP 地址，8139為埠號。斷開通信線路的函數為cnc＿freelib － hndl（h） ，僅需傳入通信句柄h 。設置時計算機側的IP 地址前三位（192.168.1.0.100）需與工具機側相同。PMC 信號是工具機正常運轉的重要信號，也是判斷工具機工作狀態和故障狀態的重要依據。對於FANUC數控系統而言，有X 、Y 、F 、G 、R 等多種接口信號。為了讀取接口狀態，編程時需調用函數：FWLIBAPIshortWINAPI pmc ＿ rdpmcrng （ unsigned shortFlibHndl ， short adr ＿ type ，short data ＿ type ，shorts＿number ，shorte＿ number ，short length ，IODBPMC 倡buf） 。其中：FlibHndl 為通信句柄，adr＿ type 為地址類型，s＿number 、e＿number 分別為PMC 地址的起始號與結束號，length 為數據塊的長度。對於字節型變量，讀取的數據存放在buf ．u ．cdata［（）］中。

3 數控工具機側的設置

　　FANUC 的乙太網功能主要通過TCP／IP 協議實現，使用的時候在CNC 系統上只需設定CNC 的IP 、TCP 和UDP 埠等信息即可。乙太網、內嵌式乙太網和PCMCIA 的設定方法一樣，下面以內嵌式乙太網的設定方法為例進行說明，具體操作方法如下：首先將20號參數改為5；按SYSTEM → 公共鍵，系統IP 地址的設定畫面如圖2 所示，當系統與一臺以上工具機連接時，需要填寫路由器地址，如不需要，則不用填寫；按下FOCAS2 鍵，進行FOCAS2 的設置，TCP 設定為8193 ，UDP 一般設定為8192，時間間隔一般設定為10 ；按下TCP 傳送鍵進行TCP 傳送設定，輸入主機IP 地址和主機設定的用戶名和密碼，埠號和主機一致設定為２１ 。［FTP 傳送］畫面如圖3 所示 。

圖2 系統IP 地址設定

圖3 ［FTP 傳送］畫面

4 計算機側的設定

　　在Windows XP 下使用FTP 服務可以使用Windows XP 自帶的IIS（Internet Information Server） ，也可以使用其他的第三方軟體。下面介紹使用IIS 進行設定的方法：打開「控制面板→ 管理工具→ Internet 信息服務」 ；展開目錄樹，右鍵單擊默認FTP 站點，打開屬性頁面；單擊「FTP 站點」選項卡，在此頁面設置埠號，通常默認埠是２１ ，不用修改，其他都可以使用默認值。IIS 埠和連接設置如圖４ 所示。安全帳戶的設定如圖５ 所示，安全帳戶選項卡頁面不用修改。另外，此處的用戶名是為匿名訪問FTP資源而建立的Windows 系統帳戶，不要隨意修改。如需要自定義登錄FTP 伺服器的用戶名和密碼，可在「控制面板AE 用戶帳戶」中添加。使用IIS 做FTPServer 時，能登錄Windows 的帳戶都可以訪問FTP資源。另外，IIS 還提供了匿名訪問功能，登陸用戶名為Anonymous ，密碼為任意字符串，推薦使用。

圖4　IIS 埠和連接設置

圖5 安全帳戶設定

5 結束語

　　隨著工業化進程的推進，對數控設備進行信息化統一集中管理乃至對工具機工作狀態進行實時監控的重要性逐步被人們認知。JCSDNC 是北京工具機研究所研製的新一代數控工具機聯網系統，在傳統的DNC 系統上增加了設備狀態採集、車間工況數據採集和生產數據交換功能，其聯機數量可以擴展到２５６ 臺數控工具機；CAXA DNC 是北京數碼大方科技有限公司開發的分布式數控管理軟體，系統底層數據使用MS SQLServer 資料庫，理論上對接入工具機的數量不加限制 。製造企業也可根據生產規模和管理具體需要開發適合自己的數控工具機集成管理系統。