伍薜技术协作信息 20l4(22)总第n85 技术威栗展示 基于FANUC数控系统的数据采集系统的设计与实现 锱 洪健 赵波，上海三一精机有限公司研究院电气所 摘要：本文以FANUC数控系统为基础，分析数控机床数据采集的需求，对现场数控机床运行情况、NC、PMC和报警等重要 数据进行实时采集，形成可靠完善的数据采集技术，确保生产安全高效，产品质量优良。重点是完成数据采集系统用户界面的开发。 采用原型法设计数据采集系统，使用C群语言在。NET框架上开发用户界面，应用FANUC的FOCAS库函数实现PC机与CNC 的通讯和实时数据的采集，应用SQLServer数据库对相关数据进行存放。 关键词：数控系统；数据采集；用户界面 一、引言 本课题所开发的数据采集系统以 FANUC 0i-TD数控系统为实验对象。 FANUC Oi—TD数控系统装配有高可靠性、 高性价比的纳米CNC，带有纳米插补功 能，并且配有高速、大容量的PMC，支持 lOOMbps的内嵌式以太网。 通过内嵌式以太网可将CNC与PC机 连接起来，即可进行NC程序的传输、机械 的控制和运行状态的监视、机械的调整和 维护。其基本功能包括： 1．基于FTP(FiIe Transfer Protoco1)文 件传输功能的NC程序的传输可通过CNC 画面的操作来传输NC程序。电脑侧使用 FTP服务器·软件，所以，可以与Windows 环境以外的主机传输NC程序。 2．基于FOCASl／E仇emef的机械控制 和监视可利用i CELL和CIMPLICITY (FANUC数控系统机床集中管理软件)，创 建进行机械的控制和监视的系统。此外， 也可通过CNC主导信息通知功能，利用 NC程序、或者梯图程序发出的指令，从 CNC自发地向电脑的应用程序通知信息 (CNC／PMC数据)。 3．可以在线进行基于FANUC LAD— DER—IH以及SERVO GUIDE的机械的调 整和维护、梯形图程序的维护和伺服电机 的调整。 二、FANUC数控系统通讯 在数据采集系统中，FANUC数控系统 与PC机的通讯通过FANUC以太网功能 (Ethernet Function)实现。FANUC以太网 功能主要包含：NC数据传送、远程控制等 功能。其主要通过TCP／IP协议实现，使用 时在CNC系统上只需设定CNC的IF'、TCP 和UDP端口等信息，在PC机人机界面中 设置IP和端口号即可。 采用FANUC数控系统的机床均具有 以太网功能，它的通讯协议是TCP／IP (Transmission Control Pf0tocol／Infemef Protoo1)协议，TCP／IP采用四层的层级结 构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网 络来完成自己的需求。这四层分别为： l应用层：应用程序间沟通的层，如简 单电子邮件传输(SMTP)、文件传输协议 (FTP)、网络远程访问协议(Telnet)等。 2传输层：提供了节点间的数据传输 服务，如传输控制控制协议(TCP)、用户数 据报协议(UDP)等。 3互联网络层：负责提供基本的数据 封包传送功能，让每一块数据包都能够到 达目的主机(但不检查是否被正确接收)， 如网际协议(IP)。 4网络接口层：对实际的网络媒体的 管理，定义如何使用实际网络(如Ether— net、Serial Line等)来传送数据。 a)数据采集系统的构架分析 在FANUC数控机床上开通FOCAS 功能，将数控系统和PC机通过网线连接， 分别在CNC和数据采集软件中设置相关 数据，实现通讯。在数据采集软件上实现 对NC各个轴坐标、主轴转速、进给速度等 信息的查看，实现对主轴伺服参数实时线 性显示，对报警记录和用户登录信息在数 据库中进行记录。 b)FOCAS技术 FOCAS可以通过HSSB或以太网 (TCP／IP)接口在PC和CNC之间完威交换 数据和信息共享，它的主要功能包括以下 几部分： 1CNC：NC控制的伺服轴、主轴相关数 据的读写 2．CNC：加工程序相关的操作 3．CNC：读写CNC文件数据 4CNC：读取刀具寿命管理信息 5CNC：读取历史信息记录 6CNC：读取伺服、主轴数据 Nc：读取数据服务器、DNC1、DNC2、 OSI—Ethernet(只能使用高速串行总线 HSsB)相关信息 8．CNC读取波形诊断数据 9CNC读取冲床CNC相关数据 1QCNC：读写激光器CNC相关数据 11．CNC读写伺服学习控制相关数据 (只能使用HSSB) 12．CNC：读写其他数据 这些数据包括连续工作状态数据、诊 断数据、A／D转换数据、报警信息和操作提 示信息等等。 13PMC：读写PMC相关数据 这些数据包括G、F、Y、A、R…T C D地 址等。 PMC读写PROFIBUS—DP相关内容 如后图1 FOCAS功能 FOCAS函数库功能非常强大，但在软 件的实际设计中，只取用数据采集相关的 ·77· 

技术威果展矛 往辨技术协作信息 2014(22)总第n85 函数，不对其他函数进行使用，原因是对 原函数对数据的处理并不满足需求。因 此，在报警解决信息与报警录入到历史信 息中，采用自行编程，更加贴近实际，满足 需求。 在使用C 编程中，嵌入FANUC提供 FOCAS的fwlib32．dll文件和fwlib32．cs类 库，实现与CNC的通讯和数据采集。 DLL文件为动态链接库(Dynamic Link Library)，是Microsoft Windows最重 要的组成要素之一。动态链接库是不能直 接执行的，也不能接收消息，它只是一个 独立的文件，其中包含能被程序或其他 DLL调用来完成一定操作的方法。但这方 法不是执行程序本身的一部分，而是根据 进程的需要按需载入，才能发挥作用。 FOCAS中的fwlib32．dll中的方法就是通 过fwlib32．cs的调用实现，用户通过使用 fwlib32．cs类库就可以调用这些方法，使用 非常方便。 c)功能设计与实现 除了纯粹的数据采集，系统还需要对 采集的数据进行存储和处理，方便进一步 应用。软件具体功能设计如下： 如后图2软件功能结构 数据采集是指PC机与CNC进行连 接，将CNC中信息采集到PC机上。软件所 采集的数控机床数据分为报警信息、CNC 中各个轴坐标、主轴的I／O点状态和主轴 伺服参数。 软件以监测为主，通过报警信息可以 直接了解到数控机床是否正常运行及机 床运行不正常的原因。通过各个轴的位置 坐标信息和进给速度可以了解到机床加 工状态。主轴的性能决定加工的质量和切 削效率的重要因素，所以对主轴的数据采 集尤为重要。所以对PMC中与主轴相关的 档位、主轴松拉刀和风冷?由冷等信号进行 采集；对主轴伺服功率绘制线性图，实时 了解其稳定．生。 数据处理功能： 数据处理指数据库表的建立，对用户 和历史报警等信息进行管理，实现增加、 删除、查询、刷新等操作；实现对现报警的 存储和将现报警添加到历史报警记录中； 对报警的解决办法进行管理，实现自主写 入解决办法。 用户可以查看用户数量及各用户的 用户名与密码，更可以实现用户的增加删 除与查询功能。 用户可查看当前报警的详细信息，包 括报警序号，报警内容及报警解决办法； 也可以查看历史报警，并对历史报警信息 进行查询、删除和刷新的操作，而且用户 可以通过相关操作将处理完的现报警信 息转入到历史报警信息中。 可视化功能： 可视化通过人机界面的设计实现，实 现用户登录，显示NC、PMC、主轴伺服参数 与报警信息，帮助等功能。对主轴伺服系 数等进行记录并显示实时曲线。 第一部分是登陆界面。通过验证后才 可以进入到主界面，验证成功后隐去登陆 界面，显示数据采集主界面。 第二部分是数据采集主界面。在主界 面中，用户可以查看到报警信息的报警序 号和报警描述；监测到NC各个轴的实际 坐标与机器坐标与主轴转速和进给速度； 查看主轴各I／O点状态与主轴伺服参数。 辅助功能是机床运转状态和系统时间。配 有“报警详情”按钮、“用户管理”按钮、“系 统配置”按钮、“帮助”按钮，方便用户进一 步操作。 第三部分是用户管理界面，用户通过 点击主界面的“用户”按钮进入。在此界面 中，用户可以查看和修改用户数量及各用 户的用户名与密码。 第四部分是报警界面，用户通过点击 主界面的“详情”按钮进入。在此界面中， 可查看当前报警的详细信息，包括报警序 号，报警内容及报警解决办法；也可以查 看历史报警，并对历史报警信息进行查 询、删除和刷新的操作，而且用户可以通 过“确认”按钮将处理完的现报警信息转 入到历史报警信息中。 第五部分是系统界面，用户通过点击 主界面的“系统”按钮进入。此界面分为两 部分： l_连接：用于设置PC机的IP地址，与 数控机床进行匹配，实现相互通讯。软件 预设初始IP地址为192．168川，端口号为 8193，用户也可根据需要更改。 2报警录入：用于对报警的序号、报警 描述和解决办法进行增加，删除、查询与 刷新的操作。 第六部分是帮助界面，用户通过点击 主界面的“帮助”按钮进入。此界面介绍了 本采集系统的功能与操作说明。 如后图3界面部分效果图 三、结论 该界面软件可广泛应用在Fanuc版 本的人机交互界面中，主要面向高端数控 机床。弥补了Fanuc自身软件在人机交互 方面专机化特点的不足。 该界面软件能够直接显示，而且始终 显示机床重要信息，比如机床主轴、刀具 当前状况信息，托盘、工位当前加工工件 信息等等。能第一时间将系统信息传递给 操作者，避免繁琐操作。采用该界面软件， 可以丰富机床信息的显示方式，如图片、 文字，而不再是单一地以LED灯的方式显 示，人机交互．『生可明显提高，用户体验好。 参考文献 【1】曹锦江，汪木兰，左健民。PC机与 FANUC数控系统远程通信软件的开发 【J】．中国制造业信息化，2006，07： 53-55+61． [2】林勤花NET平台下基于LINQ三层架 构的应用[J】．电脑与信息技术，2013，01： 63．65． ·78