电动执行器的一些故障和冲突

1、摘 要：在FANUC数控系统中，C执行器、Macro执行器、FanucPicture等都是PMC的外设，但是PMC跟这些外设通讯不是通过X和 Y地址信号，而是直接读写R、E或D地址等信号。因为PMC处理X信号和R、E、D信号的方法不同，如果忽略了这一点，编写的PMC程序就很容易 出现漏洞，运行时可能会产生竞争冒险。详细介绍一个维修PMC和C执行器联合应用的案例。关键字：PMC C执行器 梯形图 循环周期 扫描周期 分割段1 概述一台使用FANUC160C数控系统的进口卧式加工中心，投产后不久偶尔出现完成备刀后既不动作、也不报警的“死机” 现象，大约每周出现二次，复位和急停操作都无法恢复，只能关

2、机。该机床使用了C执行器（CEXE）。发生故障时CNC在执行的M661代码（备刀命 令），等待M功能结束。后来查出故障原因是PMC与CEXE配合使用时，因为忽略了PMC分割段运行机理，程序出现了漏洞导致竞争冒险。下面按照分析故障的过程进行叙述。2 分析故障2.1 逆向追踪机床备刀过程是将主轴上换下来的旧刀从待刀位送回刀库，再把下一把刀从刀库转移到待刀位；在这个过程中，刀具数据信息（刀具号、刀具寿命等）也要同步转移；因为刀具数据管理由CEXE处理，所以在执行备刀命令M661过程中，根据实际步骤CEXE也要同步运行。从M661功能没有结束开始追踪，文中箭头所指方向为程序逻辑执行方向。M661结束M

3、661FN=0M06等待M06WAT=1未执行备刀第8步TCF08=0 未执行备刀第7步TCF07=0刀具检索未完成TSROK=0未执行备刀第4步TCF04=0未执行备刀第3步 TCF03=0CEXE相关CEXBSY=1，CEXFIN=1。由于CEXBSY和CEXFIN信号比较复杂，停止逆向追踪。CEXBSY信号是PMC向CEXE发出的任务请求信号，梯形图中有10处置位和10处复位CEXBSY信号。CEXFIN信号是CEXE向PMC发出的CEXE的任务完成信号，梯形图中没有写这个信号。确定目标：焦点是CEXBSY0和CEXFIN0；方向是PMC的10项任务和CEXE。2.2 梳理10项任务任务

4、1：WORKDATARESETJOB；任务2：TOOLDATARESETJOB；任务3：TOOLCALLINGSTEP3；任务4：WORKCOUNTERUPDATESTEP1；任务5：CYCCLETIMEMONITORSTEP1；任务6：SLFLAGSETSTEP2；任务7：TLCOUNTUPSTEP1；任务8：M034ACTIONSTEP1；任务9：BTFLAGRESETJOBSTEP2；任务10：SETDATATRIGGER；10项任务与CEXE的应答方式是相同的。2.3 使用排除法，缩小目标范围依次检查10项任务，寻找不同之处：9项任务的触发信号都是“0”，所以这9项任务都不会向CEXE

5、发出任务请求。只有任务3的触发信号TCF02是“1”，但是因为条件不满足，所以任务3的任务选通信号TCF3没有接通。与2.1节的追踪结果“会合”了，怀疑是任务3有问题。分析任务3的梯型图（图1）：（1）在Net4上，因为TCF03=0，所以不能置位CEXBSY信号。（2）假设一：当时正在执行任务3，TCF03信号曾经是“1”，当时置位了CEXBSY信号，然后关断TCF03信号。因为Net1中TCF03信号是自锁的，如果要关断它，则需要上一次循环时Net8TSROK=1，因此Net5TCF04=1；既然TCF04=1，那么Net6就能够复位CEXBSY了；这与实际状态CEXBSY=1不符，所以假

6、设一不成立。（3）假设二：当时在等待执行任务3，即CEXB-SY=1是由其他任务置位的。因为其他任务还没有完成，所以CEXBSY=1；当其他任务完成后，使CEXBSY=0，CEXFIN=0成立，就可以执行任务3了，符合逻辑，证明假设二成立，所以不是任务3出的问题。更新目标：焦点是CEXBSY0和CEXFIN0；方向是PMC的9项任务和CEXE。至此，我们需要先研究PMC和CEXE的联合应用。3 学习PMC和C执行器联合应用3.1 分析PMC接口程序（图1）Net1Step1：在没有其他任务时（CEXBSY=0，CEXFIN=0），处于任务使能状态，如果有触发信号（TCF02=1），则

7、任务选通（TCF03=1）并且自锁。Net2，3Step2：如果任务选通，就一次性传送任务数据到CEXE（CEDT00、CEDT04、）；到下一个循环周期时CEXBSY=1，就不再传送了。Net4Step3：如果任务选通，就置位CEXBSY信号（向CEXE发出任务请求命令）Net5Step6：收到CEXE任务完成信号（CEXFIN=1）后，就发出PMC的任务完成命令（TCF04=1）。Net6Step7：收到PMC的任务完成命令，就复位CEXBSY信号（通知CEXE任务结束）。Net7，8Step9：如果CEXE的返回代码CEDT02是“0”，就发出PMC的任务结束命令（TSR-COK=1）；

8、Net1Step10：到下一个循环周期时，由PMC的任务结束命令（TSRCOK=1）关断任务选通信号（TCF03=0），结束任务；当收到CEXE发出的允许接收新任务命令（CEXFIN=0）后，则再次处于任务使能状态（其它任务也处于使能状态）。图1 节选任务3梯形图3.2 分析CEXE接口程序（图2）A：如果成功获取CEXBSY和CEXFIN的状态则向下运行，执行B和C。B：如果状态为CEXBSY=1，CEXFIN=0（收到PMC的任务请求命令CEXBSY=1，对应Net4），则向下运行，执行D；否则执行C。CStep8：如果状态为CEXBSY=0，CEXFIN=1（收到PMC的任务结束命令CE

9、XBSY=0时，对应Net6）；则置CEXFIN=0（通知PMC允许接收新任务，对应Net1Step10）；DStep4：如果成功获取任务数据（组）CEDT00、，则向下运行，执行E和F。EStep4：执行PMC请求的任务。（根据CEDT00的任务代码，选择执行相应的函数；完成任务后把返回代码写入CEDT02中，对应Net7）。FStep5：完成PMC请求的任务后，如果仍然CEXBSY=1，则置CEXFIN=1（通知PMC任务完成，对应Net5）。图2 节选C-EXE接口程序整个PMC和CEXE的应答关系如表1所示。表1 PMC与C-EXE应答关系顺序表小结：在C中，只要CEXBSY=0，CE

10、XE就会置CEXFIN=0；所以排除了CEXFIN0的因素。更新目标：焦点CEXBSY0；方向是PMC的9项任务。3.3 设置“痕迹标识位”缩小目标为了确定到底是哪个任务出了问题，采用设置痕迹标识位的方法，具体方法如下：修改梯形图，分别为各项任务设置“痕迹标识位”（R20.0R21.1）；在每项任务“置位”和“复位”CEX-BSY的同时也“置位”和“复位”各自的“痕迹标识位”。在出现“死机”时，如果哪一个“痕迹标识位”还是“1”，则就是哪一项任务出了问题。增加标识位后，再次出现“死机”时，R20.6=1；说明是任务7出了状况。锁定目标：任务7没有复位CEXBSY！3.4 检查任务7的梯形图（图

11、3）（1）根据锁定目标，Net14没有复位CEXBSY；当时状态是CEXBSY=1，CEXFIN=1；（2）逆向追踪：箭头所指方向为程序逻辑执行方向。Net14CEXBSY0Net9TLCU1=0上一循环周期Net16TLCUFN=1TLCU1=1，CEXFIN=1。说明在上一循环周期时TLCU1=1，CEXFIN=1是成立的。那么，为什么排在前面的Net14没有执行而后面的Net16却执行了？分析：顺序程序没有逻辑错误，猜测是PMC运行时发生了冲突。图3 节选任务-7梯形图4 回顾PMC的运行原理，寻求突破4.1 从基础原理出发回顾PMC程序的执行原理，梳理相关概念（参考图4，图5

12、）。（1）扫描周期：8ms。（2）扫描PMC时间：5ms（FS160C）；即在8ms内有5ms执行PMC程序，3ms由NC使用。（3）5ms分为两部分：处理高级段：执行Level1程序，每个扫描周期都要执行一次；处理低级段：剩余时间执行Level2程序，每个扫描周期只能执行一部分。（4）分割段：Level2程序按分配的时间分割成n个段，每个扫描周期执行一个段。（5）运行方式：循环执行。（6）循环周期：8×nms，执行一遍PMC程序的时间。图4 顺序程序的结构图5 顺序程序的执行次序4.2 发现突破口：是分割段问题假设：两个分割段的“接缝”在Net14和Net15之间（见图6）；在执行

13、Net14后和Net15之前这段时间内，CEXE把CEXFIN由“0”变为“1”。分析如下：（1）在执行Net14时，因为TLCU1=1，CEXFIN=0，所以没有复位CEXBSY，保持CEXBSY=1，此时结束了当前分隔段。（2）接着执行3ms“NC处理”（参考图5），然后开始下一个扫描周期，首先执行高级段，在这段间内CEXE把CEXFIN信号变为“1”。（3）再从下一分割段起点Net15开始执行；因为此时TLCU1=1，CEXFIN=1，如果CEDT02=0，则Net16置TLCUFN=1。（4）下一个循环周期，执行到Net9时就会关断任务选通信号（TLCU1=0）。（5）再次执行到Net

14、14时，因为TLCU1=0，CEXFIN=1，则还是不能复位CEXBSY。；上述推理符合PMC运行原理，此假设成立！小结：由于CEXFIN信号在一个循环周期内能够发生变化，且这个变化又导致在复位CEXBSY之前关断了它的复位条件，所以就再无法复位CEXBSY了。图6 不适当的分割段“接缝”4.3 整改措施参见图7，增加一个CEXFIN信号的同步信号CFIN_B，用CFIN_B替代原来所有的CEXFIN信号；因为CFIN_B信号在一个循环周期内不会有变化，所以就不会发生冲突了。经过长期使用没有再出现状况，证明整改有效。图7 整改任务7梯形图5 探讨5.1 PMC是如何处理X信号和R、E、D信号的

15、？（1）PMC对X信号进行两种缓冲处理扫描缓冲处理：每隔2ms，扫描机床X信号传送到X信号存储器一次；Level1程序使用的X信号来自X信号存储器。同步缓冲处理：每次开始执行Level2时，同步X信号存储器传送到X信号同步存储器一次；Level2程序使用的X信号来自X信号同步存储器，且在Level2扫描周期中对信号进行锁存。因此，Level2程序中的X信号要比Level1程序中的X信号滞后，最多时可能滞后一个循环周期。（2）PMC直接使用R、E、D信号，不进行缓冲处理R、E、D信号是内部存储器信号，它们的状态源于PMC顺序程序，只要符合顺序逻辑就不会发生冲突。5.2 单独使用PMC控制就不会有这种冲突吗？也会有的，因为每隔8ms就要刷新一次Level1程序；假设在Level1程序中写的一个R信号，且这个信号在Level2程序中多次引用；这 个R信号在一个循环周期（8×nms）内状态是会发生变化的，如果该变化发生在引用这个R信号的两个分割段之