FANUC系統(tǒng)數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)化集成技術(shù)

數(shù)控機床正常運行除了必要軟硬件外，還需要諸如系統(tǒng)參數(shù)、刀具及坐標(biāo)系偏置數(shù)據(jù)、螺距誤差補償數(shù)據(jù)、跟蹤誤差、機床運動坐標(biāo)、主運動和進給速度、PMC 信號狀態(tài)等動靜態(tài)數(shù)據(jù)。目前國內(nèi)大部分企業(yè)對機床運行狀態(tài)監(jiān)控和動靜態(tài)數(shù)據(jù)采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(xiàn)集成管理，從而形成了信息化孤島。隨著工業(yè)化進程的推進，對數(shù)控設(shè)備進行信息化統(tǒng)一集中管理乃至對機床工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控的重要性逐步被人們認(rèn)知，而計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展尤其是現(xiàn)場總線以及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，使企業(yè)數(shù)控設(shè)備集成監(jiān)管成為了可能。本文以FANUC 系統(tǒng)為例介紹基于以太網(wǎng)的數(shù)控機床集成技術(shù)。

1 數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)構(gòu)架及功能

　　圖1 為FANUC 系統(tǒng)數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)構(gòu)架，它主要包括以下幾個部分。

圖1 FANUC 系統(tǒng)數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)構(gòu)架

　　1.1 系統(tǒng)集成以太網(wǎng)軟件

　　FANUC 系統(tǒng)使用的以太網(wǎng)軟件從來源上分主要
有以下兩種：

　?。?） 直接購買FANUC 提供的相關(guān)軟件，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(chǎn)系統(tǒng)管理與控制軟件包CIMPLICITY HMI 等。

　?。?） 使用Microsoft Visual Basic 或者VisualC＋ ＋ ，配合FANUC 提供的FOCAS２ （A０２B‐0207‐K737）應(yīng)用程序接口（API）進行自主編程。軟件功能包括機床數(shù)據(jù)管理（如NC 程序、系統(tǒng)參數(shù)、宏變量、刀具偏置、工件坐標(biāo)系偏移、螺距誤差補償?shù)葦?shù)據(jù)的讀寫及管理） 、CNC 顯示（如主軸和進給軸數(shù)據(jù)顯示、加工時間、刀具信息、坐標(biāo)數(shù)據(jù)） 、狀態(tài)監(jiān)測（如梯形圖順序程序、機床信號、進給軸及主軸波形信號、操作及報警履歷） 、在線調(diào)試（如融合FANUC LADDER和SERVO GUIDE 進行在線PMC 和伺服調(diào)試）等。

　　1.2 計算機

　　計算機是以太網(wǎng)軟件的運行服務(wù)器同時可擔(dān)任機床數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)具備以太網(wǎng)卡及滿足要求的系統(tǒng)配置，同時應(yīng)具有Windows 自帶的IIS 或者第三方的Serv‐U 等FTP 服務(wù)軟件。

　　1.3數(shù)據(jù)服務(wù)器

　　數(shù)據(jù)服務(wù)器視系統(tǒng)規(guī)模大小可單獨或與系統(tǒng)主機共用計算機，主要功能是存儲和管理機床上傳的各種數(shù)據(jù)。

　　1.4 數(shù)控機床

　　多臺數(shù)控機床可通過以太網(wǎng)連接到系統(tǒng)主機和數(shù)據(jù)服務(wù)器，機床應(yīng)具備并開通必要的以太網(wǎng)功能和硬件。

2 數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)軟硬件

　　FANUC 系列數(shù)控系統(tǒng)的以太網(wǎng)硬件設(shè)備主要有快速以太網(wǎng)板（Fast Ethernet Board）和數(shù)據(jù)服務(wù)器板（Fast Data Server Board）兩種，對應(yīng)功能叫做以太網(wǎng)功能（Ethernet Function）和數(shù)據(jù)服務(wù)器功能（DateServer Function） ?，F(xiàn)0i － MD 和0i － TD 系統(tǒng)都標(biāo)配有內(nèi)嵌式以太網(wǎng)和PCMCIA 網(wǎng)卡，而0i － Mate MD和0i － Mate TD 只標(biāo)配PCMCIA 網(wǎng)卡。PCMCIA 網(wǎng)卡和內(nèi)嵌式以太網(wǎng)的功能接近，只是PCMCIA 網(wǎng)卡不支持FANUC 程序傳輸軟件。

　　FANUC 0i － D 系列中的0i － MD／0i － TD 系統(tǒng)都標(biāo)準(zhǔn)配置有支持100Mb／s 的內(nèi)嵌式以太網(wǎng)。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(tài)的監(jiān)視、機械的調(diào)整和維護。其基本功能包括：

　?。?） 基于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(cè)使用FTP服務(wù)器軟件，所以，可以與Windows 環(huán)境以外的主機一起傳輸NC 程序。

　　（2） 基于FOCAS2／Ethernet 的機械控制和監(jiān)視，可利用i CELL 和CIMPLICITY 創(chuàng)建進行機械控制和監(jiān)視的系統(tǒng)。此外，可以直接使用FOCAS２／Ethernet功能，創(chuàng)建獨特的應(yīng)用軟件；也可通過CNC 主導(dǎo)信息通知功能，利用NC 程序或者梯圖程序發(fā)出的指令，從CNC 自發(fā)地向電腦的應(yīng)用程序發(fā)送通知信息（CNC／PMC 數(shù)據(jù)） 。

　　（3） 可以在線進行基于FANUC LADDER‐ Ⅲ 以及SERVO GUIDE 的機械調(diào)整和維護、梯圖程序的維護和伺服電機的調(diào)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(wù)軟件。而順序程序調(diào)試和伺服調(diào)整可利用FANUC 專用工具，通過以太網(wǎng)連接方式對數(shù)控機床進行在線調(diào)試與干預(yù)。因此數(shù)控機床網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)難點和關(guān)鍵點是控制和監(jiān)視以太網(wǎng)軟件，當(dāng)然FANUC 提供標(biāo)準(zhǔn)軟件CIMPLICITY，但由于價格昂貴和系統(tǒng)規(guī)模要求適應(yīng)性問題，一般選擇使用Visual Basic 或者Visual C ++自主開發(fā)基于FOCAS2／Ethernet 功能的用戶軟件。

　　FOCAS2 即FANUC Open CNC API Specificationsversion 2，是FANUC 提供給用戶的應(yīng)用程序接
口函數(shù)庫，通過調(diào)用這些標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)即可實現(xiàn)計算機與數(shù)控機床之間的信息交互。例如通過Read the nameof controlled axis and spindle name 函數(shù)讀取控制軸和主軸名稱；通過Set origin／preset relative axis position函數(shù)設(shè)置原點／預(yù)設(shè)相關(guān)坐標(biāo)位置等。在使用Visual Basic 或者Visual C ＋ ＋ 編程時需作如下初始化設(shè)置： ① 將FOCAS1/2庫函數(shù)Fwlib32． dll 、Fwlibe1．dll 、Fwlib３２ ．lib 及頭文件Fwlib32 ．h 復(fù)制到工程文件夾中；② 點擊程序“工程”菜單后出現(xiàn)“設(shè)置”子菜單，再次點擊后出現(xiàn)設(shè)置對話框，選擇“Link”標(biāo)簽，在“對象／庫模塊”中輸入庫文件名“Fwlib32 ．lib” ；③ 在實現(xiàn)類文件（ ．cpp）中包含頭文件Fwlib32．h 。

　　通信線路的建立與關(guān)閉按如下步驟完成：調(diào)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）并取得通信句柄h ，可供其他庫函數(shù)調(diào)用。其中“192.168.0.100”為機床IP 地址，8139為端口號。斷開通信線路的函數(shù)為cnc＿freelib － hndl（h） ，僅需傳入通信句柄h 。設(shè)置時計算機側(cè)的IP 地址前三位（192.168.1.0.100）需與機床側(cè)相同。PMC 信號是機床正常運轉(zhuǎn)的重要信號，也是判斷機床工作狀態(tài)和故障狀態(tài)的重要依據(jù)。對于FANUC數(shù)控系統(tǒng)而言，有X 、Y 、F 、G 、R 等多種接口信號。為了讀取接口狀態(tài)，編程時需調(diào)用函數(shù)：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(jié)束號，length 為數(shù)據(jù)塊的長度。對于字節(jié)型變量，讀取的數(shù)據(jù)存放在buf ．u ．cdata［（）］中。

3 數(shù)控機床側(cè)的設(shè)置

　　FANUC 的以太網(wǎng)功能主要通過TCP／IP 協(xié)議實現(xiàn)，使用的時候在CNC 系統(tǒng)上只需設(shè)定CNC 的IP 、TCP 和UDP 端口等信息即可。以太網(wǎng)、內(nèi)嵌式以太網(wǎng)和PCMCIA 的設(shè)定方法一樣，下面以內(nèi)嵌式以太網(wǎng)的設(shè)定方法為例進行說明，具體操作方法如下：首先將20號參數(shù)改為5；按SYSTEM → 公共鍵，系統(tǒng)IP 地址的設(shè)定畫面如圖2 所示，當(dāng)系統(tǒng)與一臺以上機床連接時，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(shè)置，TCP 設(shè)定為8193 ，UDP 一般設(shè)定為8192，時間間隔一般設(shè)定為10 ；按下TCP 傳送鍵進行TCP 傳送設(shè)定，輸入主機IP 地址和主機設(shè)定的用戶名和密碼，端口號和主機一致設(shè)定為２１ 。［FTP 傳送］畫面如圖3 所示 。

圖2 系統(tǒng)IP 地址設(shè)定

圖3 ［FTP 傳送］畫面

4 計算機側(cè)的設(shè)定

　　在Windows XP 下使用FTP 服務(wù)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件。下面介紹使用IIS 進行設(shè)定的方法：打開“控制面板→ 管理工具→ Internet 信息服務(wù)” ；展開目錄樹，右鍵單擊默認(rèn)FTP 站點，打開屬性頁面；單擊“FTP 站點”選項卡，在此頁面設(shè)置端口號，通常默認(rèn)端口是２１ ，不用修改，其他都可以使用默認(rèn)值。IIS 端口和連接設(shè)置如圖４ 所示。安全賬戶的設(shè)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(tǒng)帳戶，不要隨意修改。如需要自定義登錄FTP 服務(wù)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 端口和連接設(shè)置

圖5 安全賬戶設(shè)定

5 結(jié)束語

　　隨著工業(yè)化進程的推進，對數(shù)控設(shè)備進行信息化統(tǒng)一集中管理乃至對機床工作狀態(tài)進行實時監(jiān)控的重要性逐步被人們認(rèn)知。JCSDNC 是北京機床研究所研制的新一代數(shù)控機床聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，在傳統(tǒng)的DNC 系統(tǒng)上增加了設(shè)備狀態(tài)采集、車間工況數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)數(shù)據(jù)交換功能，其聯(lián)機數(shù)量可以擴展到２５６ 臺數(shù)控機床；CAXA DNC 是北京數(shù)碼大方科技有限公司開發(fā)的分布式數(shù)控管理軟件，系統(tǒng)底層數(shù)據(jù)使用MS SQLServer 數(shù)據(jù)庫，理論上對接入機床的數(shù)量不加限制 。制造企業(yè)也可根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模和管理具體需要開發(fā)適合自己的數(shù)控機床集成管理系統(tǒng)。