西门子CPU模块6ES7511-1AK02-0AB0

FANUC数控系统是的机床控制系统之一。目前，在国内使用的FANUC数控系统主要有0系统和0i系统。针对广大用户的实际情况，本文简要叙述这两种系统的连接及调试，掌握了这两种系统，其它FANUC系统的调试则迎刃而解。 
1　系统与机床的连接 
0i系统的连接图如下图，0系统和其他系统与此类似。图中，系统输入电压为DC42　V±10％，约7A。伺服和主轴电动机为AC200V（不是220V）输入。这两个电源的通电及断电顺序是有要求的，不满足要求会出现报警或损坏驱动放大器。原则是要保证通电和断电都在CNC的控制之下。具体时序请见“连接说明书（硬件）”。 
　　其它系统如 0 系统 , 系统电源和伺服电源均为 AC200V 输入。 
　　伺服的连接分 A 型和 B 型 , 由伺服放大器上的一个短接棒控制。A 型连接是将位置反馈线接到 CNC 系统；B 型连接是将其接到伺服放大器。 Oi 和近期开发的系统用 B 型。0系统大多数用 A 型。两种接法不能任意使用 , 与伺服软件有关。连接时后的放大器的 JX1B 需插上 FANUC 提供的短接插头 , 如果遗忘会出现 #401 报警。另外 , 若选用一个伺服放大器控制两个电动机 , 应将大电动机电枢接在 M 端子上 , 小电动机接在 L 端子上 , 否则电动机运行时会听到不正常的嗡嗡声。 
　　FANUC 系统的伺服控制可任意使用半闭环或全闭环 , 只需设定闭环型式的参数和改变接线 , 非常简单。 
　　主轴电动机要的控制有两种接口 : 模拟 (0~1OVDC) 和数值 ( 串行传送 ) 输出。模拟口需用其它公司的变频器及电动机。 
　　用 FANUC 主轴电动机时 , 主轴上的位置编码器 ( 一般是 1024 条线 ) 信号应接到主轴电动机的驱动器上 (JY4 口 ) 。驱动器上的 JY2 是速度反馈接口 , 两者不能接错。 
目前使用的 I/0 硬件有两种 : 内装 I/0 印刷板和外部 I/0 模块。 I/0 板经系统总线与 CPU 交换信息；I/0 模块用 I/O bbbb 电缆与系统连接 , 数据传送方式采用串行格式 , 所以可远程连接。编梯形图时这两者的地址区是不同的。而且 ,I/0 模块使用前需首先设定地址范围。 
　　为了使机床运行可靠 , 应注意强电和弱电信号线的走线、 屏蔽及系统和机床的接地。电平 4.5V 以下的信号线必须屏蔽 , 屏蔽线要接地。连接说明书中把地线分成信号地、机壳地和大地。请遵照执行连接。另外，FANUC系统、伺服和主轴控制单元及电动机的外壳都要求接大地。为了防止电网干扰，交流的输入端必须接浪涌吸收器（线间和对地）。如果不处理这些问题，机床工作时会出现＃910、#930报警或是不明原因的误动作。 
          
2　调试步骤 
2.1　步骤一：接线 
　　按照设计的机床电柜接线图和系统连接说明书（硬件）中（书号：B-61393或B-63503）绘出的接线图仔细接线。 
2.2　步骤二：通电 
　　拔掉CNC系统和伺服（包括主轴）单元的保险，给机床通电。如无故障，装上保险，给机床和系统通电。此时，系统会有#401等多种报警。这是因为系统尚未输入参数，伺服和主轴控制尚未初始化。 
2.3　步骤三：设定参数 
　　①. 系统功能参数（既所谓的保密参数）：这些参数是订货时用户选择的功能，系统出厂时FANUC已经设好，0C和0i不必设。但是，0D（0TD和0MD）系统，须根据实际机床功能设定#932--#935的参数位。机床出厂时系统功能参数表必须交给机床用户。 
　　②.进给伺服初始化：将各进给轴使用的电机的控制参数调入RAM区，并根据丝杠螺距和电机与丝杠间的变速比配置CMR和DMR。设参数SVS，使显示器画面显示伺服设定屏（Servo Set）。0系统设参数#389/0位=0；0i系统设参数#3111/0位=1。然后在伺服设定屏上设下列各项： 
　　•初始化位置0。此时，显示器将显示P/S 000报警，其意义是要求系统关机，重新启动。但不要马上关机，因为其它参数尚未设入。应返回设定屏继续操作。 
　　•指定电机代码（ID）。根据被设定轴实际使用的电机型号在“伺服电机参数说明书（B—65150）”中查出其代码，设在该项内。 
　　•AMR设0。 
　　•设定指令倍比CMR。CMR=命令当量/位置检测当量。通常设为1。但该项要求设其值的1倍，所以设为2。 
　　•设定柔性变速比（N/M）。根据滚珠丝杠螺距和电机与丝杠间的降速比设定该值。计算公式如下： 
 
计算中1个脉冲的当量为1μm。式中的分子实际就考虑了电机轴与丝杠间的速比。将该式约为真分数，其值即为N和M。该式适用于经常用的伺服半闭环接法，全闭环和使用分离型编码器的半闭环另有算法。 
　　•设定电机的转向。111表示电机正向转动，-111为反向转动。 
　　•设定转速反馈脉冲数。固定设为8129。 
　　•设定位置反馈脉冲数。固定设为12500。 
　　•设定参考计数器容量。机床回零点时要根据该值寻找编码器的一转信号以确定零点。该值等于电机转一转的进给轴的移动脉冲数。 
　　按上述方法对其它各轴进行设定，设定完成后系统关机并重新开机，伺服初始化完成。 
　　③．设定伺服参数：0系统#500--#595的有关参数；0i#1200--#1600的有关参数。这些是控制进给运动的参数，包括：位置增益，G00的速度，F的允许值，移动时允许的大跟随误差，停止时允许的大误差，加/减速时间常数等等。参数设定不当，会产生#4x7报警。 
　　④. 主轴电动机的初始化　设定初始化位和电动机的代码。只有 FANUC 主轴电动机才进行此项操作 
　　⑤. 设定主轴控制的参数　设定各换档档次的主轴高转速、换档方法、主轴定向或定位的参数、模拟主轴的零漂补偿参数等。 
　　⑥. 设定系统和机床的其它有关参数　参数意义见 " 参数说明书 " 。 
2.4　步骤四：编梯形图，调机 
　　要想主轴电动机转动 , 必须把控制指令送到主轴电动机的驱动器 , 头 $SIP 是这一指令的控制信号 , 因此在梯 形图中必须把它置 1。 
　　不同的 CNC 系统使用不同型式的 PMC, 不同型式的 PMC 用不同的编程器。 FANUC 近期开发的PMC 可以方便地用软件转换。可以用编辑卡在 CNC 系统上现场编制梯形图 , 也可以把编程软件装入 PC机 , 编好后传送给 CNC 。近期的系统中梯形图是存储在 F-ROM 中 , 因此编好的或传送来的梯形图应写入 F-ROM, 否则关机后梯形图会丢失。编梯形图重要的注意点是一个信号的持续 ( 有效 ) 时间和各信号的时序 ( 信号的互锁 ) 。在 FANUC 系统的连接说明书 ( 功能 ) 中对各控制功能的信号都有详细的时序图。调机时或以后机床运行中如发现某一功能不执行 , 应首先检查接线然后检查梯形图。 
　　调机实际上是把 CNC 的I/0 控制信号与机床强电柜的继电器、开关、阀等输入 / 输出信号一一对应起来 , 实现所需机床动作与功能。为方便调机和维修 ,CNC 系统中提供了 PMC 信号的诊断屏幕。在该屏上可以看到各信号 的当前状态。 
　　 , 调机有三个要素 : 接线、编梯形图和设置参数。调试中出现问题应从这三个方面着手处理 , 不要轻易怀疑系统。梯形图调好后应写人 ROM。0 系统用的是 EPROM, 所以需要专用的写入器；Oi 等其它系统用 F-ROM, 只需在系统上执行写入操作即可。 
　　FANUC 系统运行可靠 , 调试容易 , 因此在国内外得到了广泛应用。 

一、概述
在流程行业，很多工艺装置对系统的安全性和容错性要求比较高，比如在石化行业中的重要装置的控制站往往采用双重或者三重冗余来保证系统的安全，由于工艺的复杂，需要多个人机监控站来保证系统的不间断运行，监控层的服务器、客户端、网络都需要进行双重或者多重冗余配置，来保证系统的安全性和稳定性，需要监控软件能提供完整的冗余解决方案。
目前在国内应用的监控组态软件中，只有少量的国外软件具备全面的冗余解决方案，国产软件厂商中，个别的厂家只是实现的了基本的冗余方式，而在数据吞吐、安全性和容错性上和国外软件还有一定的差距，北京三维力控科技有限公司根据多年在流程行业的应用，开发的力控®监控组态软件5.0版本可以支持设备冗余、控制网络冗余、服务器冗余、管理网络冗余、客户端冗余等多种冗余模式，在数据吞吐、网络切换上得到了很大的提高，是国产组态软件中率先对软件冗错提供完整支持完整的产品,使软件在容错方面达到了进口软件的水平,对提高民族装备业的国产化率提供了有竞争力的产品。

二、监控软件冗余方式
力控支持的典型的冗余方案见下图：

上图整个系统的控制站、监控服务器、客户端、网络都是采用冗余配置，力控®软件主从服务器的切换时间小可以达到2秒，极大的提高了切换速度。
2．1、设备冗余
设备冗余一般要求控制站的电源、CPU、通讯模块都需要进行冗余配置，主从控制器同时连接设备总线来保证数据通讯，一般的 PLC厂家的设备冗余基本都是此类的设计方案，上位机监控软件和此类系统通讯时，要考虑到当主从控制器发生切换时，监控软件的通讯要同步切换来保证从正确的IO设备获取数据。

设备冗余控制（图2）

力控®软件正常时与主控制器进行通讯，若主设备损坏或者通讯出现故障，软件会根据设备故障标识断开与主控制设备的通讯，而与从控制设备进行通讯的连接，保证了系统的及时切换 ，从而保证了在设备切换的同时，上位机也同时做到及时切换。
2．2、监控层服务器冗余
在SCADA系统中，一般意义上的双机冗余是指监控层服务器冗余，服务器冗余是比较广泛的应用模式，根据控制规模的大小也可以配置一定的客户端来保证操作人员监控、操作的需要，一般的小规模的控制系统可以不需要配置客户端。

服务器冗余（图3）

主站和从站的力控®软件在独立工作时都能够通过控制网络和设备进行通讯。在冗余热备模式下，正常工作时只有主站和控制站通讯，从站不和控制站通讯，从站的数据通过主站来进行备份和同步，如果主站出现故障，从站接管主站工作。等主站恢复之后，可以通过自动或手动方式进行干预来进入热备状态，如果主站和从站都正常，用户可以手动地通过控制标志位把工作从当前站切换到热备站（原来的主站）上。

2．3、监控层客户端冗余
力控®监控组态软件可以组成一个分布式的网络结构，不同节点的力控可以互相通讯，可以互为服务器和客户端，客户端有标准的C/S网络方式客户端，也有“瘦”客户端，即B/S方式客户端，力控®软件的客户端 支持服务器冗余方式，即主服务器因为故障，从服务器接管时，客户端能自动切换到从服务器上。 

2．4、控制层网络冗余
控制网络冗余是力控®软件与控制站通过两条物理链路进行网络的连接，控制网络的任意一个节点均安装两块网卡，可以设置在两个网段内，网络分为主网络和从网络，正常时力控®软件和控制节点通过主网络通讯，当主网络中断时，力控®软件判断网络超时后会自动将网络通讯切换到从网，在主网络恢复正常时，力控的通讯又自动切换到主网线路，系统恢复到正常状况。

2．5、监控管理层网络冗余
由力控®软件组成的服务器和客户端之间采用以太网通讯，采用双重网络配置，网络可以是2个网段，服务器和客户端都有两套网络设备，如果其中一套网络出现故障，力控客户端会使用另外一套网络设备继续和服务器保持通讯，保证监控网络通讯的连续。
2．6、服务器、网络冗余
多重冗余方式是指在服务器冗余的基础增加了网络、客户端冗余，服务器和客户端既可以同时工作在同一个网段下，也可以在两个网段内，网络冗余和服务器冗余是相互独立又相互联系的，可以只存在网络冗余，也可以只存在服务器冗余，也可以既有网络冗余又有服务器冗余，力控提供三种冗余配置（单独网络冗余，单独服务器冗余，网络冗余＋服务器冗余），用户可以根据不同情况灵活选择。

在网络冗余和服务器冗余都存在的情况下，优先使用服务器冗余，也就是说，当某一个网段的主站出现故障后首先切换到该网段的从站，如果该网段的从站也故障，再启用冗余网络的主站通讯。

三、软件的数据处理：
支持冗余的软件要保证实时数据在两台服务器上同时存储和显示，监控站出现故障后，备用站能够接替监控站来工作，并且及时通知操作人员处理监控站的故障，当监控站恢复正常以后，自动接替备用计算机工作，恢复初始的工作状态。
力控®软件工作时，主站工作，从站处于热备状态，主站和从站不停的检测对方的状态，这个检测对方的动作被称为“心跳”。为确保心跳的检测不出现问题，力控支持多重网络结构，即“心跳”可以通过主、从站之间的多条通讯链路进行检测来保证数据备份。
热备服务器周期性向工作服务器发送数据同步请求，工作服务器响应这些请求，实现两个服务器之间的实时、历史和报警数据同步，同时保证系统的时钟同步。

四、结论：
力控®软件的全面冗余解决方案通过多年在流程行业的不断总结应用，已经在石油、石化、电力的附属装置上得到了广泛应用，在石化系统的罐区、压缩机控制、燃气输送，在石油系统的联合站上等装置上得到了广泛的应用，其中很多项目都应用在国家的重点工程上，为民族装备制造业水平的提高贡献了自己的力量。