在FANUC机器人中使用后台运行逻辑实现PLC功能

后台逻辑概念

PLC是工业自动化领域常用的一种逻辑控制产品，以其性能稳定、兼容性好、可扩展性强、体积小、性价比高而被广泛应用。在机器人产品中，为了降低系统集成的难度，很多机器人产品自身也会在控制系统中嵌入一款小型的PLC系统，FANUC机器人也不例外，只是在机器人中它不在被称为PLC，而是被称为后台逻辑功能。

顾名思义，后台逻辑就是机器人前台运动程序运行过程中，同时后台也在运行的一种用于处理信号逻辑关系的控制程序，二者在运行关系上相互独立。后台逻辑程序可以监视前台的运行状态，同时也可以向前台发送控制信号。当然后台逻辑也可以通过I/O通信，与外部设备连接对机器人周边设备进行运行监视与控制。

后台逻辑功能特点

FANUC机器人后台逻辑功能具有以下特点：

使用后台逻辑时，可以在后台执行只包含对应后台逻辑指令的TP程序，程序从头至尾周而复始的循环扫描，这一点与PLC的运行模式一致的。后台逻辑执行过程中不受急停、暂停、报警的影响。可同时执行8个TP程序作为后台逻辑，优先运行模式下，程序数目超过最大值时，程序停止执行，并发出错误报警。在后台逻辑程序执行期间，不能编辑该程序，不能作为通常的任务来执行。尚未开启后台运行的程序，可以将该程序作为通常的任务来执行。在后台执行程序时，不能通过改写相同名称的程序来加载。电源切断后，在下次通电时，后台逻辑程序将以相同的执行模式被自动执行。

后台逻辑运行模式与扫描时间

FANUC机器人后台逻辑功能具有两种运行模式：通常运行模式与优先运行模式。

通常运行模式下，可以在后台逻辑程序中执行所有复合运算指令。对每一个ITP（机器人扫描周期，通常为8ms），可扫描600个程序数据或者逻辑运算符。数目超过600时，扫描时间延长。比如，一个具有1600个操作逻辑，处理时间大约需要24ms。但是，如果优先运行模式的程序已经在后台执行时，每个ITP中执行的逻辑操作数量是：600 -优先运行模式的逻辑操作数的合计。

优先运行模式下，可以在后台执行所有复合运算指令。在优先运行模式下，可以保证每个机器人ITP内后台逻辑程序都可以被执行一次。优先模式下的最大逻辑操作数为540个。对需要高周期执行的指令，其将分割为若干个通常模式的后台逻辑，然后在优先运行模式下执行。

后台逻辑程序可运行指令

机器人后台逻辑程序对指令与数据有一定的要求，与普通的TP程序不同，其不能控制任何运动轴。因此在编程时不能含有任何机器人轴运动指令，比如Joint、Linear、Circular等指令。后台逻辑程序中可运行的指令与数据如下表所示。

后台逻辑程序在使用这些指令与数据时，应注意以下几点要求：

不能将数据M[]指定为后台逻辑赋值语句等号左边部分。程序中包含有可运行的指令以外的指令时，在执行时会发生错误报警。在后台逻辑程序中不能使用脉冲指令，这点和PLC指令有所不同。后台逻辑，可以执行具有条件表达式的赋值语句，条件表达式为OFF的情况下，赋值语句不予执行。如指令IF(DI[1]),DO[1]=(DI[2])，程序被执行时，当Dl[l]为ON时，DI[2]被赋值给DO[1]；当DI[1]为OFF时，DO[1]不会改变。使用JMP、 LBL指令时，请指定比JMP指令更后面行的LBL，指定前面行的LBL时，程序执行时系统会发生错误报警。执行包含JMP指令的程序时，由于程序具有分支，因此扫描时间会有变动。编写的条件表达式务必要用括弧圈起来，没有用括弧圈起来的将不被执行。例如普通TP程序中的条件表达式IF DI[1] =ON,JMP LBL[I]，在后台逻辑程序中要修改为IF (DI[1]=ON,JMP LBL[1]，才能被执行。对于在后台逻辑程序中使用RUN指令执行的程序，要求其暂停时，该程序不会暂停而结束。后台逻辑中执行了用户报警指令时，后台逻辑的程序不会停止。

后台逻辑实现方法

FANUC机器人后台逻辑功能的实现还是比较简单的，首先创建一个TP程序，名称可随意命名，如这里使用EXIO1。然后在程序详细信息中，将程序的组掩码全部设置为“*”，即在后台逻辑程序中将机器人运动轴（运动指令）全部屏蔽，只保留逻辑控制功能，这是使用后台逻辑的基本条件。

在创建的TP程序中添加需要的后台运行指令，如下图所示的指令。指令含义：如果后台扫描到信号DO[1]为ON，那么数值寄存器R[1]执行累加1；当DO[1]为OFF程序停止执行。如果扫描到DO[1]为ON时，那么数值寄存器R[1]被重置为0。

后台程序编写完成后，示教器的操作面板中按“MENU”按钮，然后依此选择“6 设置”→“1 后台逻辑”。

在打开的后台逻辑界面中，程序列下使用“[选择]”键选择需要后台运行的TP程序，如EXIO1。然后按“[运行]”键，将后台运行程序激活运行。

示教器界面中依次打开I/O数字输出窗口与数值寄存器窗口，在I/O数字输出窗口中使用“ON”、“OFF”键分别置位与复位数字量输出信号DO[1]、DO[2]，可以看到数字寄存器R[1]进行累加1操作、停止累加操作、被重置为0。

返回后台逻辑界面，重新将后台运行程序EXIO1置为停止状态。再次切换到I/O数字输出窗口与数值寄存器窗口，重复上述步骤，可以发现，数值寄存器R[1]不在发生变化。

综上，可以看出，机器人后台运行逻辑功能非常类似于独立运行在机器人外部设备中的PLC，只要机器人处于开机状态，运行状态中的后台逻辑程序就会自动循环运行，来完成一些简单的信号监视与控制之类的逻辑功能。

The End

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一文搞定FANUC PMC

FANUC系统的PMC在哪里呢？我们似乎无法看见完全的PMC。其实，FANUC PMC是典型的与CNC集成在一起的内装式PLC，其CPU和存储器就在CNC控制单元的主板上。

由于PMC与机床电器无法直接连接，要通过I/O单元，因此，典型的FANUC PMC控制系统的硬件如图1所示。

图1 FANUC PMC硬件组成

I/O单元与PMC CPU通过接口JD1A/JD51A传输信号，而机床侧输入输出元件与I/O单元则通过接口CB104、CB105、CB106、CB107传输信号。

1

外部标准输入/输出信号

FANUC机床侧标准输入/输出信号接入电路如图2所示。输入信号电路称为RV（Receiver），它将机床侧的开关信号进行滤波和电平转换，以便CPU可以读入。

输出信号电路称为DV（Driver），CPU通过光耦使晶体管通断，以控制外部直流负载。CPU输出使晶体管（三极管）导通，通过三极管输出驱动中间继电器等负载。每个中间继电器的典型驱动能力为200mA。

图2 FANUC外部标准输入/输出信号

继电器线圈上要并联二极管，以便当线圈断电时，为感应电流提供放电回路，否则极易损坏三极管驱动电路。这个二极管称为续流二极管。

2

PMC信号地址及种类

（1）地址表示

每个PMC输入/输出接口（interface）信号用地址（address）来区别。所谓地址是指与机床侧的输入/输出信号、与CNC之间的输入/输出信号、内部继电器、计数器、保持型继电器、数据表等各信号的存在场所的号码。

PMC地址由字节组成，即一个地址可以表示8个信号。地址由地址号和位号组成，地址号的前面必须要有一个字母，它表示信号的种类。如图3所示，记作X9.0~X9.7，书写时高位在左，低位在右 。

图3 PMC信号地址表示

某一个信号可以采用助记符（symbol）方便记忆，如X9.3这个地址表示第4轴回参考点时的减速信号，*DEC4（通常是英文简写）就是其助记符；G8.4是紧停信号，*ESP就是其助记符。

（2）地址种类

FANUC PMC地址种类（address type）主要有X、Y、G、F等，如图4所示。CNC 与PMC之间的G、F 信号及地址是由FANUC公司定义的，PMC设计编程者只可使用不能改变，而CNC与机床（MT）之间的X、Y信号及地址是由PMC设计编程者自行定义。不过，少数 X信号地址已经由 CNC固定，它们是需要CNC紧急处理并执行的事件或动作，如急停按钮输入地址固定是X8.4。戳此FANUC PMC信号表。

图4 PMC信号种类及关系

另外，PMC 本身还存在imaginary address，包括了R、A、T、C、K、D，如表1所示。这些地址无法用仪器测量到，而只能通过PMC诊断监控其状态变化。T、C、K、D数值也称为PMC参数，存放在SRAM中，由后备电池保持。

表1 PMC信号地址及范围

种类

信号传输

地址范围

备注

X

输入信号

（MT→PMC）

X0~X127

物理接线，不可当线圈使用

Y

输出信号

（PMC→MT）

Y0~Y127

物理接线

G

输出信号

（PMC→CNC）

G0~G767

CNC控制信号，Goes to CNC

F

输入信号

（CNC→PMC）

F0~F767

CNC状态信号，From CNC，不可当线圈使用

R

内部继电器

R0~R1999

R0~R1499

梯形图中的中间结果寄存器，Internal Relay, 无物理接线A

信息请求信号

A0~A24

Alarm, 共200条信息可用

T

可变定时器

T0~T79

Timer, 共40个定时器可用

C

计数器

C0~C79

Counter, 共20个计数器可用

K

保持型继电器

K0~K19

Keep relayD

数据表

D0~D1859

Data table

（3）信号说明

X 信号对应面板上按钮（push button）、按键（key）、各种开关传感器触点（rotary switch, pressure switch, contact），称为输入元件。厂家需进行物理接线。

Y 信号控制指示灯（LED）、小继电器（relay）、线包（solenoid），称为输出元件。厂家需进行物理接线。

G 信号根据机床操作的要求及CNC系统本身应具备的功能而设计好的、使CNC 执行工作的指令。当线圈（coil）使用，也可当触点（contact）使用。“G”可理解为Goes to CNC。

F 信号反映CNC运行状态（status）的标志，表明CNC正处于某一状态。不能当线圈用，只能当触点用。“F”可理解为From CNC。

例如，视频中循环启动按钮触发后，由PMC读入其地址X1.0，去接通G7.2，G7.2变成“1”时启动加工程序的执行，CNC只认G地址信号。

又如，垂直轴制动器松开的条件是伺服已上电，此时由CNC给出状态信号F0.6，PMC输出地址Y1.0，Y1.0变成“1”时，制动器松开。如果因某种原因导致伺服断电，F0.6就会变成“0”，则制动器抱紧。

初学者提醒 ：X信号Y信号与X轴Y轴的概念不同；G信号F信号与G代码F代码的概念不同。别混淆了！

3

PMC程序及编程软件

P

由于PMC是对机床及相关设备进行逻辑控制，因此PMC程序也称为顺序程序（sequence program），CPU中执行算术运算的顺序程序可用梯形图（LADDER）表示。梯形图由触点和线圈组成，类似于强电继电器电路，易于理解，如图5所示。

图5 PMC梯形图

PMC程序可以利用系统内置的编程器（built-in programmer）直接在CNC系统上进行编程，也可以采用FANUC数控系统专用的FANUC LADDER Ⅲ软件（PC programmer）在电脑上实现对PMC 程序的离线编辑、输入/输出、显示、监控、运行等功能，尤其是新机床的PMC程序调试更是如此。

FANUC LADDER Ⅲ软件是WINDOWS环境下的PMC编程平台，而机床厂（MTB）通过这个平台根据机床具体动作要求编制的梯形图程序就是PMC用户程序。

4

基本指令与功能指令

PMC梯形图是一种逻辑控制的语言，能否读懂，取决于是否理解图中的指令组成。FANUC PMC编程指令分为基本指令（basic instruction）和功能指令（functional instruction）两种类型。

基本指令是在设计顺序程序时用得最多的指令，它们执行1位运算，例如AND（与）、OR（或）、NOT（非）等。执行一个基本指令称为1步，每1步的执行时间是非常短的，如1μs/步。

在编制顺序程序（梯形图）时，有些功能，如控制时间、控制捷径换刀时的旋转，很难用只执行位运算的基本指令来实现。功能指令应运而生，它是为了方便用户编制复杂功能而使用的PMC程序指令。功能指令都是一些子程序（subprogram），应用功能指令就是调用相应的子程序。

5

案例：0i Mate-D PMC/L

FANUC 0i Mate-D内置PMC的型号是PMC/L，L代表Low，是用于低端机床的PMC。此PMC没有专用的CPU，与CNC共用CPU。其主要规格如表2所示。

表2 PMC/L规格表

程编方式

梯形图

程序级数

2

第一级执行周期

8ms

基本指令的平均处理时间

1μs/步

程序容量

8000步

基本指令数

14

功能指令数

92

内部继电器

1500字节

保持型存储器

3000字节

可变定时器

80个字节，2字节/个

计数器

80个字节，4字节/个

最大输入点数

256

最大输出点数

256

测绘PMC硬件连接图。查询数控设备上输入/输出元件的PMC地址（用诊断法和强制法），将查询结果记录在下列表中。

▲ 铣床控制面板

▲ 车床控制面板

表3-1 输入信号表（样例）

序号

输入地址

功能用途

（英文）

元件形式

（英文）

1

*X8.4

急停

（emergency stop）

急停按钮

（emergency stop button）

2

X11.6

程序保护

（program protect）

钥匙旋钮

（key switch）

…

…

…

…

表3-2 组合输入信号表（如，进给速度修调）

X

（高位）

X

X

X

X

（低位）

倍率（%）

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

10

…

…

…

…

…

…

表4 输出信号表

序号

输出地址

功能用途

（英文）

元件形式

（英文）

1

Y0.6

X轴参考点指示

（reference indication）

指示灯

（light）

2

Y4.0

冷却启动

（coolant motor start）

中间继电器

（relay）

…

…

…

…

备注：

在浙江亚龙数控铣床实训台上

（1）输入/输出信号列表

表3-1：51个X信号，用2页纸，用操作9查询

表3-2：15个组合X信号，用2页纸，用操作9查询

表4：57个Y信号，用2页纸，未知Y地址用操作1、6、10查询

（2）信号地址范围

X：X0~X15

Y：Y0~Y7

（3）元件形式

输入元件指按钮、按键、钥匙旋钮、蘑菇头按钮、行程开关等；

输出元件指中间继电器、指示灯等。

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