FANUC系统安全保护功能.doc

FANUC数控系统安全保护功能应用 白斌摘要：利用FANUC数控系统提供的一些保护功能，可以保证操作者安全操作数控机床。文章从FANUC系统在机床安全保护方面的应用实践着手，提出了系统功能原理、方法及应用案例。关键词：系统功能 数控系统功能是机床参数和PMC控制程序的有机组合，了解数控系统的一些基本功能，就可以帮助机床制造商和操作者利用数控系统自身的功能，开发出相对应的安全保护功能，且这些功能无须用户花费任何费用。下面以FANUC0i系统为例，详细讲述如何利用数控系统的一些功能，实现数控机床安全保护。1 异常负载检测功能机械冲击，刀具缺陷及损伤与正常快速进给或切削进给相比，伺服及主轴电机将会受到较大的负载扭矩。该功能检测电机的负载扭矩，并通过CNC将它作为估算负载扭矩送至PMC。如果所检测的负载值大大超过参数中的设定值，该功能使电机停止并反转，同时通知CNC输出报警。相关功能参数设置如下：P1880：异常负载检测报警计时器 此参数设定检测出异常负载后到发生伺服报警的时间。设定为 0 时，假设指定了200msec。P2050：速度控制观测器 务须将其设为3329。P2051：速度控制观测器 务须将其设为3329。P2103：异常负载检测时返回量 此参数设定检测出异常负载时，使电机向着与前进方向相反的方向返回时的返回量。但是，在电机低速运动时，为防止其大幅度返回，当指令速度在如下值以下的情况下，电机不会向着相反方向返回，而是当场停止。P2104：异常负载检测报警极限值此参数设定发生伺服轴的异常负载检测报警的极限（阈值）值。0 7282（7282 为电机可以输出的最大扭矩）2 数控机床限位保护功能21 数控机床硬限位功能目前数控机床所有轴正、负方向硬限位开关接线一般采取常闭触点串行连接，只要有一个轴的任何方向的硬限位开关发生故障，所有连接轴立刻断电，机床处于急停状态，从而保护机床不发生意外情况。这些开关一般供电电压直流24V。见图1-1所示。图1-1 数控机床硬件超程电器连接原理图2.2 硬件超程PMC控制梯图下图1-2是某国产数控车床编制的硬件超程保护程序。X3.0、X3.1分别是机床X轴的反向、正向选择信号信号，X3.2、X3.3分别是机床Z轴的正向、反向选择信号。信号X8.0、X8.1分别是机床X轴的正向超程行程开关输入信号和负向超程行程开关输入信号。X8.2、X8.3分别是机床Z轴的正向超程行程开关输入信号和负向超程行程开关输入信号。X8.4为机床操作面板上急停开关输入信号，G8.4为系统急停确认信号，G29.6为主轴停止信号，G70.7机床准备就绪信号，G71.1为串行主轴紧急停止信号。当机床各轴正向或反向出现硬件超程故障时，系统会发出超程报警信息，同时机床处于急停状态。在图2-2中，当机床出现超程报警时，可把系统工作方式开关置于JOG工作方式，只需按超程报警轴的反方向按钮选择开关，使机床反方向退出硬件超程范围，超程限位行程开关恢复常闭状态，然后按下系统复位键RESET使系统复位，就可以解除机床超程报警。图1-2 数控车床硬件超程控制程序23数控机床软限位功能图1-3为数控铣床X轴带动工作台运动建立的机床坐标系。其中SQ1、SQ2为机床X轴方向的硬限位保护开关，SQ3为机床X轴正向返回机床参考点的减速开关。系统存储行程极限值的设定不能超过机床的硬限位保护范围。把A、B值转换成系统的检测单位后，分别输入到系统参数的1320和1321中，从而完成了系统存储行程极限值的设定。图1-3存储行程软限位值的设定3 安全联锁保护功能数控机床在自动加工过程中机床防护门必须处于关闭状态，这样才能保证机床操作者处于安全工作状态。一般机床厂家必须设置安全连锁开关和相应的PMC控制程序才能实现安全联锁保护。下面具体介绍某数控机床如何实现该功能。输入和输出信号通过系统I/O模块进行地址分配。循环启动按钮的输入信号地址是X5.0，安全门连锁检测开关时X7.5。如图1-4所示，当按下循环启动按钮后，输入信号地址X5.0为1，安全防护门闭合情况下，安全门连锁检测开关时X7.5为1。内部继电器R2.1(表示机床处于自动工作状态)状态为1，机床卡盘夹紧信号灯Y5.0为1时，系统循环起动确认信号G7.2为1。当松开循环启动按钮后，X5.0由1变为0（信号的下降沿触发），系统执行自动加工，同时系统循环启动状态确认信号F0.5为1。从上述控制梯图可以看出系统执行自动循环加工必须满足四个条件：第一是按压循环启动按钮，X5.0由0变为1，松开后由1变回0；第二是安全防护门必须闭合（在自动操作过程中起到安全防护作用），K2.0是PMC的K参数，其机床厂定义取消安全防护拉门检测（关门），主要用于机床调试时使用；第三是机床必须在MEM（自动）工作状态；第四是机床卡盘必须夹紧工件，卡盘夹紧指示灯必须亮。机床生产厂家设计PMC控制程序时必须从用户安全操作保护方面考虑，在自动加工过程中设计防护门连锁及工件夹紧这些基本保护要素，这样才能保证操作者安全使用设备。图1-4 安全门连锁PMC控制梯形图4 主轴运转保护功能主轴监控画面图1-5下两行可以分别显示主轴的输入输出信号，特别是PMC与CNC之间的信号输入输出，通过该监视画面可以实时地诊断主轴接口状态。图1-5主轴实际运行状态下的监视画面u SFR/SRV 表示PMC向系统发出主轴正、反转指令。PMC的诊断信号地址G70.5=1或G70.4=1主轴接受正、反向旋转指令。（图 表示接受正转指令）u MRDYMACHINE READY 机床就绪。地址是G70.7=1。u *ESP紧急停止，地址G8.4=0（*表示负逻辑）。u SAR主轴速度到达信号。当主轴速度达到指令速度后（主轴速度反馈装置将实际主轴速度信息传送到CNC中），系统输出（CNC至PMC）主轴速度到达信号，F45.3诊断信号为1，G29.4信号为1。（图1-5表示主轴速度已经到达指令速度要求），实际机床PMC梯形图如下图1-6所示。图1-6 主轴控制梯形图主轴速度到达信号（SAR）是限制伺服轴进给而设置的，对于车床如果没有到达程序指令的速度，进给切削指令（G01、G02/G03、G32、G33等）不执行。对于铣床或加工中心，通过设置参数P3708#0为1，可防止0速挤刀。如果机床生产厂家没有设置该参数和PMC控制梯形图，就可能出现0速挤刀，导致刀具破损现象发生。 从图1-5负载表画面，操作者还可以实时了解机床加工过程中机械主轴负载状态，以便在加工程