宏泰证券 谈谈FANUC CNC的网络控制

CNC（数控）采用网络技术的本质是利用总线通信实现CNC系统中各部件之间的数据传输和控制宏泰证券，其目的是简化系统连接、方便扩展、节省线材、提高可靠性。

1 传统CNC

CNC系统的硬件组成通常包括CNC装置、数据输入/显示装置 、伺服驱动器、主轴驱动器、内置或外置PMC（PLC）等部件。

以上模块在具体产品中如何布置？是各自成独立的模块，还是集成于一体？这个问题的答案随着技术的进步是不断变化的。我的思绪不禁回到了二十五年前，那时我在常州机床总厂任电气工程师，对于FANUC数控产品的迭代我一清二楚。

20世纪九十年代的FANUC 0系统采用CRT显示器，显然不可能与任何组件集成。20世纪末的0i A系统虽然采用了轻薄的液晶显示器（LCD），但由于CNC单元上电缆连接端口众多、体积较大，CNC与数据输入/显示装置（MDI/LCD）仍然无法集成于一体。0i A系统如图1所示。

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图1 FANUC 0i A

从图1可以看出，CNC单元上有20多个接口，进给、主轴、辅助功能、通信等控制接口统统都在CNC单元上。我记得这个CNC单元安装在数控机床背面的电柜里。

可以注意到，与我们现在熟悉的FANUC 0i C/D相比，MDI/LCD单元屏幕左侧没有存储卡（Memory card）插口，而0i A是带存储卡的（见图1左上角）。我清楚地记得，当年（2000年）调试加工中心时，我是钻到电柜里插拔存储卡、进行数据的输入与输出的。

2 网络CNC

时间到了2004年，上市的FANUC 0i C/D与0i A相比，全面应用了网络技术，信号的传输由并行改成了串行，电缆换成了光缆，CNC系统组件之间采用总线通信技术，形成内部网络。

我们知道打电话是一种通信技术，只需两根细线，就能传输声音信号，而且传得很远，互联网通信技术则更加神奇，一只水晶头连遍全世界，到了手机通信时代，连水晶头也不要了。

可见，技术的发展趋势总是让设备小型化，FANUC 0i A采用了FSSB（FANUC Serial Servo Bus）高速串行伺服总线，使用光缆作为通信介质，一根光缆可以在CNC控制单元与伺服放大器之间双向传递4~8个轴的控制信号，显著减少了机床电气的电缆使用量，传送速度比以往提高2倍以上。

如此宏泰证券，CNC单元上的接口大大减少，体积够小足以安装在MDI/LCD屏幕的背面。如图2所示。

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图2 FANUC 0i D 

3 FANUC 0i C/D的网络结构

FANUC 0iC/D的CNC/MDI/LCD集成一体，全面应用了网络技术，体现在：除了以FSSB串行总线替代了传统的伺服PWM电缆（并行），它还以I/O Link总线替代了传统的I/O单元电缆连接，以工业以太网替代了传统的通信连接（如RS232通信），整个CNC系统具有图3所示层次清晰的三层网络。下面作相关说明。

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图3 FANUC 0i C/D网络结构

3.1 I/O Link

I/O Link是I/O链接网的简称，亦称设备内部网“省配线网”，这是一种用于设备内部的PMC（PLC）等控制器与开关量输入/输出单元（模块）及传感器、执行器等I/O元件连接的现场总线系统，总线一般为2或4芯电缆。

采用 I/O Link网络后，可将原来需要集中安装在电柜内的I/O单元转移到紧靠传感器、执行器的分线盒上，从而缩短I/O连接电缆的长度。

3.2 串行主轴总线

根据数控机床的控制需求，CNC系统主要完成进给轴控制、主轴控制和辅助功能三个方面的控制。那么，主轴怎么样呢？是不是也是网络控制？

由于主轴既要通过PMC控制其运行，又要通过CNC控制其速度和位置宏泰证券，因此，在FANUC 0i C/D中使用独立的串行主轴总线，实现网络控制，只需FANUC 0i C/D配套接受串行控制的FANUC交流主轴驱动器。

如图4所示，FANUC 0i Mate-D配套βi SVSP伺服放大器，串行主轴接口为JA7A→JA7B，放大器上有主轴接口输出JA7A。

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图4 FANUC 0i Mate-D串行主轴连接

3.3 工业以太网

工业以太网（Industrial Ethernet）是一种用于生产现场数据收集整理、设备管理调度与控制的开放式工厂局域管理网，它通过管理计算机（主站） 和设备控制器（从站，CNC、PMC等）间的通信，可在办公环境下直接管理和控制现场设备运行，并能与公共数据通信网络（Public Data Network）、国际互联网（Internet）等广域网连接，实现远程监控和诊断。

FANUC 0i C/D可配置10Base-T(10Mbit/s)或100Base-T(100Mbit/s) 标准工业以太网，但需要增加选择功能（Option），FANUC 0i Mate系列CNC不能选择这一功能。

4 主站与从站

工业现场总线通信，分主站和从站（Master and Slave），主站负责控制、发起通信和处理数据，而从站负责接收指令、执行操作并提供反馈。

在FANUC 0i C/D上，CNC为FSSB网络的主站，αi/βi伺服驱动器、外置式测量检测单元等是FSSB网络的从站。

在 FANUC 0i C/D上，CNC内置PMC是I/O Link网络的主站，而FANUC机床操作面板、操作面板I/O单元、0i C专用I/O单元、分布式I/O单元、βi I/O Link驱动器等均可以直接作为I/O Link网络的从站。

5 FANUC 0i C/D的网络配置

网络控制的CNC组成部件（从站）可灵活选择，从站的安装位置无规定要求，因此，无论PMC或CNC网络系统，都要通过网络配置（Configuration，亦称组态）来确定系统的结构、从站地址、从站功能，创建网络系统。

5.1 FSSB网络配置

根据CNC所实际配套的驱动器、外置式测量检测单元情况， 定义FSSB从站在网络中的地址、名称、类型等，建立X/Y/Z等坐标轴名称和所使用的驱动器、测量检测接口的对应关系。

如果CNC有Cs轴控制功能（主轴参与插补控制），也需要在FSSB网络上进行同样的配置。FSSB网络配置可用参数设定或伺服设定引导操作进行。

5.2 I/O Link网络配置 

根据CNC实际配套的I/O单元，设定I/O Link从站的名称、类型和DI/DO（Digital I/O）信号数量、梯形图编程地址。

FANUC 0i C/D的从站地址有组（GROUP）、基座（BASE）、插槽（SLOT）、名称（NAME）等栏目。

5.3 串行主轴配置 

如果CNC选择了串行主轴控制功能，同样需要定义主轴驱动器在网络中的地址、名称、类型等，建立主轴名称和驱动器、测量检测接口间的对应关系 。

由于串行主轴的参数众多，配置时一般只需要在CNC上设定编码器类型、连接形式、减速比、转向等硬件结构参数和功能参数。

如果有Cs轴控制功能，也需要在FSSB网络上进行配置，但驱动器的PWM载频，转速/电压/电流调节器和滤波器等与电动机匹配的参数可直接利用串行主轴引导操作自动设定。

详细的网络配置操作，下回在FANUC 0i Mate-D上分解展示。

6 结语

CNC各组成部件间的总线链接和控制是CNC网络控制的本质，随着技术的发展，现场总线通信、网络控制的CNC必将成为CNC的主流。

（文/汤彩萍）

龚仲华. 论CNC的网络控制[J]. 制造技术与机床宏泰证券，2012年第12期

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