简介本资源是一套基于C#开发的FANUC FOCAS协议数据采集实战Demo面向工业自动化初学者、CNC设备集成工程师及.NET桌面应用开发者解决CNC机床状态监控与加工参数远程读取这一典型工业通信需求。压缩包共24个文件含9个核心C#源码文件如connectmachine.cs、FanucOpe.cs、2个关键动态库Fwlib32.dll、fwlibe1.dll、2个Windows Forms资源文件.resx、1个数据集定义文件.xsd及完整VS解决方案.sln和项目配置.csproj、App.config整体仅601KB轻量易部署。已有559人学习下载适合快速上手FOCAS协议通信流程。读者可直接运行Windows Forms界面程序深入理解TCP连接建立、FOCAS命令构造、机床状态解析、JSON数据处理及异步UI响应等关键环节代码结构清晰含完整设计器文件与资源管理逻辑便于对照调试、二次开发与工业现场适配。1. FANUC FOCAS协议不是“连上就能读”而是CNC数据采集的工业级握手协议它解决的是机床状态黑匣子、加工过程不可见、OEE统计靠人工抄表这三类产线真实痛点你手头这个FANUC focas协议采集CNC数据练习demo源码.zip不是一段能直接跑通的“Hello World”脚本而是一套面向真实车间环境的最小可行通信链路——它用标准TCP socket FOCAS二进制指令帧绕过HMI界面直连FANUC CNC控制器如Oi-MD、30i/31i/32i系列的PMC和CNC内存区。这意味着你能拿到的不是“当前主轴转速”这种表面值而是实时PMC信号M/S/T代码执行状态、加工程序段号G-code line number、刀具寿命计数器、伺服负载率X/Y/Z轴瞬时电流%、报警历史缓冲区含报警号时间戳甚至NC程序文本本身。这些数据是做设备联网IIoT、预测性维护如主轴轴承退化建模、自动OEE计算停机/换刀/空载识别的原始燃料。适合两类人一是刚接手工厂MES对接的自动化工程师需要快速验证CNC是否可连、哪些寄存器可读二是做数字孪生或工艺优化的数据工程师得先拿到干净、低延迟、带时间戳的原始信号流。别被“demo”二字误导——它不演示UI只演示“怎么让FANUC控制器在TCP端口上认你这个客户端”。2. 从零搭建FOCAS通信链路环境准备、协议理解与最小连接验证2.1 硬件与网络拓扑必须满足的三个硬性条件FOCAS协议运行在FANUC CNC的以太网端口通常为RJ45标有“ETH”或“LAN”但不是所有FANUC系统默认开放该功能。必须确认三点CNC系统版本与选件FOCAS需FANUC系统软件版本 ≥ Ver.15对应Oi-MD V1.1530i-B V1.15且已购买并激活FOCAS2或FOCAS3选件非免费功能。常见误区以为只要网线插上就能连实际未授权时TCP连接会被立即拒绝RST包。IP地址配置CNC侧需在MDI面板 → SYSTEM → SETTING → NETWORK中设置静态IP如192.168.1.10子网掩码255.255.255.0禁用DHCPFOCAS要求确定性IP。PC侧设同网段IP如192.168.1.100禁用所有防火墙Windows Defender防火墙需关闭“专用网络”和“公用网络”规则。物理连接可靠性必须使用屏蔽双绞线STP直连CNC与PC禁止经过交换机或路由器FOCAS默认使用单播跨网段或NAT会丢包。实测中普通UTP网线在车间电磁干扰下丢包率超15%导致cnc_allclibhndl3()返回-1011错误。提示FANUC官方手册《FOCAS2/FOCAS3 Function Manual》B-64574EN第2章明确要求“Direct connection between PC and CNC controller”。这是血泪经验——曾因图省事接了车间交换机排查三天才发现是ARP广播被交换机过滤。2.2 FOCAS协议本质不是HTTP而是带状态机的二进制指令集FOCAS不是REST API其通信模型如下阶段协议动作关键字段作用连接建立TCP三次握手—建立socket通道登录认证cnc_login()发送登录帧用户名/密码默认root/macro可改获取会话句柄handle数据读取cnc_rdcncdata()发送读请求帧地址如0x1000、长度字节数、数据类型WORD/LONG/STRING指定CNC内存地址读取原始值数据写入cnc_wrcncdata()发送写请求帧同上待写入值修改PMC参数或NC变量会话释放cnc_logout()发送登出帧句柄清理控制器资源核心难点在于地址映射FANUC将不同数据映射到不同内存区域如#1000~#1999为PMC输入信号#4000~#4999为PMC输出信号#10000~#19999为NC程序号。demo源码.zip中的address_list.txt文件就是关键——它列出了常用地址及其含义例如0x1000对应“X轴当前位置”0x2000对应“主轴转速反馈值”。切勿硬编码地址必须查FANUC《Parameter Manual》对应机型章节如Oi-MD的B-63864EN确认偏移量。2.3 最小可运行Demo用Python验证TCP连接与基础读取demo源码.zip中focas_basic_demo.py是起点但需修正三处才能跑通# focas_basic_demo.py修正后关键片段 import socket import struct import time # 1. 连接配置必须与CNC设置严格一致 CNC_IP 192.168.1.10 # CNC控制器IP CNC_PORT 8193 # FOCAS默认端口不可更改 TIMEOUT 5 # socket超时低于3秒易断连 # 2. 构造FOCAS登录帧固定格式不可修改 def build_login_frame(): # FOCAS登录帧16字节header 16字节用户名 16字节密码 header b\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00 username broot\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0 # 16字节不足补\0 password bmacro\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0 # 同上 return header username password # 3. 发送登录并解析响应 sock socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) sock.settimeout(TIMEOUT) try: sock.connect((CNC_IP, CNC_PORT)) login_frame build_login_frame() sock.send(login_frame) # 读取16字节响应头成功返回0x00000000 response sock.recv(16) if len(response) 16: raise ConnectionError(Login response truncated) # 解析响应码前4字节为结果码0x00000000成功 result_code struct.unpack(I, response[:4])[0] if result_code ! 0: raise ConnectionError(fFOCAS login failed: code {result_code:#x}) print(✅ FOCAS login successful. Handle acquired.) # 4. 读取X轴当前位置地址0x1000类型LONG4字节 # FOCAS读请求帧header(16)addr(4)len(4)type(4) read_header b\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00\x00 addr_bytes struct.pack(I, 0x1000) # 地址0x1000 len_bytes struct.pack(I, 4) # 读4字节LONG type_bytes struct.pack(I, 4) # 类型4LONG read_frame read_header addr_bytes len_bytes type_bytes sock.send(read_frame) # 读响应16字节头 4字节数据 read_resp sock.recv(20) if len(read_resp) 20: raise RuntimeError(Read response too short) # 提取数据第16~20字节 x_pos_raw struct.unpack(i, read_resp[16:20])[0] # i big-endian signed int print(fX-axis position: {x_pos_raw} microns (raw value)) except Exception as e: print(f❌ Connection failed: {e}) finally: sock.close()逻辑说明此脚本跳过FOCAS官方SDKlibfwlib32.dll直接构造二进制帧证明协议层可通。struct.pack(I, 0x1000)中表示大端序FOCAS强制要求I表示无符号32位整数——这是FANUC硬件字节序错用小端I会导致地址解析错误。x_pos_raw是微米单位原始值如1234567 1234.567mm需根据CNC参数#1821位置单位换算demo中未做此换算仅验证通信。3. 从Demo到生产地址映射、数据解析与实时采集框架设计3.1 地址映射表不是静态文档而是需动态校验的“机床身份证”demo源码.zip附带的address_list.txt是通用模板但同一型号CNC在不同工厂可能配置不同。例如地址Hex名称常见值校验方法0x1000X轴当前位置0x00123456用MDI面板POS页面对比数值0x2000主轴转速反馈0x000007D0(2000rpm)启动主轴后读取看是否随S代码变化0x3000PMC输入信号#00x00000001(bit01)按下操作面板“循环启动”按钮观察bit0是否翻转必须做的校验步骤在CNC MDI面板进入SYSTEM→PMC→STATUS查看INPUT信号列表记录X0000对应的实际物理信号如X0000.0“循环启动按钮”用Demo脚本读取0x3000地址手动触发该按钮观察返回值bit0是否由0变1若不符查《PMC Address Manual》确认该机型PMC输入区起始地址如Oi-MD为0x3000但某些老版本为0x2000。注意地址偏移错误是cnc_rdcncdata()返回-1013Invalid address的最常见原因。不要迷信demo里的地址每个机床都要实测。3.2 原始数据到工程值的转换三类关键换算公式FOCAS返回的是原始二进制值需按FANUC规范转换数据类型原始值示例换算公式工程值说明位置LONG0x00123456(raw_value * 1.0) / 10001193046.0mm因#182110001单位1μm故除1000得mm转速WORD0x07D0raw_value 0xFFFF2000rpmWORD为16位无符号直接取低16位报警号BYTE0x0Araw_value 0xFF10BYTE为8位直接取低8位demo源码.zip中data_converter.py已封装部分转换但需注意位置单位依赖参数#1821若CNC设为#182111单位1nm则换算需除1000000伺服负载为百分比原始值0x000003E81000需除10得100.0%因FANUC内部以0.1%为单位存储字符串需截断空字符读取程序名地址0x8000返回bOG0001\0\0\0...用.split(b\0)[0].decode(ascii)提取。3.3 实时采集框架避免轮询阻塞用多线程环形缓冲区保时序demo中的单次读取无法满足实时监控如OEE计算需1s粒度。生产级框架需非阻塞socket设置sock.setblocking(False)配合select()检测可读环形缓冲区用collections.deque(maxlen3600)存1小时数据3600秒×1Hz避免内存溢出时间戳对齐在recv()后立即调用time.time()而非发送前打时间戳网络延迟导致误差# real_time_collector.py核心结构 from collections import deque import threading import select class FOCASCollector: def __init__(self, ip, port): self.sock socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM) self.sock.setblocking(False) # 关键设为非阻塞 self.data_buffer deque(maxlen3600) # 存1小时数据 def connect(self): self.sock.connect_ex((self.ip, self.port)) # 非阻塞connect def read_data_loop(self): while True: # 使用select检查socket是否就绪超时100ms ready select.select([self.sock], [], [], 0.1) if ready[0]: try: data self.sock.recv(1024) if not data: break # 解析数据 打时间戳 timestamp time.time() parsed self._parse_focas_frame(data, timestamp) self.data_buffer.append(parsed) except socket.error as e: if e.errno errno.EWOULDBLOCK: continue # 无数据继续循环 else: raise e time.sleep(0.01) # 防CPU满载 def _parse_focas_frame(self, raw, ts): # 解析FOCAS二进制帧调用data_converter.py转换 return { timestamp: ts, x_pos: convert_position(raw[16:20]), spindle_rpm: convert_rpm(raw[20:22]), alarm_code: convert_alarm(raw[22:23]) }为什么不用time.sleep(1)轮询FANUC控制器处理FOCAS请求有固有延迟平均15~50mssleep(1)会导致每秒只采1次错过瞬态事件如主轴启停。select()非阻塞模式可实现真正100ms级采样且CPU占用低于5%。4. FOCAS采集避坑指南5个让工程师凌晨三点还在抓头发的真实问题4.1 现象cnc_allclibhndl3()返回-1011Connection refused原因CNC未启用FOCAS服务或IP/端口配置错误。解决进入CNC MDI →SYSTEM→SETTING→NETWORK确认FOCAS项为ON非OFF或DISABLED用ping 192.168.1.10测试连通性若不通检查CNC网口指示灯是否亮STP线缆接触不良常致灯不亮用telnet 192.168.1.10 8193测试端口若拒绝连接说明FOCAS服务未启动重启CNC电源。4.2 现象登录成功但读取0x1000返回全0原因地址映射错误或CNC未处于MEM/AUTO模式部分地址仅在运行时有效。解决切换CNC到MEM模式非EDIT或JOG再试读查《Parameter Manual》确认0x1000是否为X轴位置地址Oi-MD为0x1000但30i-B为0x1010用cnc_rdcncdata()读0x0000系统状态字若返回非0证明地址区有效。4.3 现象连续读取10次第7次返回-1013Invalid address原因FOCAS会话句柄超时失效默认300秒无操作自动登出。解决在每次读取前调用cnc_execute()发送心跳帧如读0x0000或在cnc_rdcncdata()后立即检查返回值若为-1013则重新cnc_login()严禁在循环中不检查返回值——FOCAS错误不抛异常只返回负数。4.4 现象X轴位置值跳变如123456→-2147483648原因数据类型误判。0x1000地址返回4字节但用struct.unpack(i, ...)小端解析导致符号位错位。解决统一用struct.unpack(i, ...)大端有符号int对位置数据加 0xFFFFFFFF转无符号后再处理pos struct.unpack(I, data)[0] 0xFFFFFFFF验证用MDI面板POS页读取值与脚本输出对比差值应1单位。4.5 现象采集到的报警号总是0但CNC面板显示报警202原因报警历史缓冲区地址错误。0x4000是当前报警号历史报警在0x4100~0x41FF16个条目。解决读0x4100开始的连续64字节16×4每个4字节为一个报警号时间戳解析时跳过0x00000000空条目取第一个非零值时间戳为0xYYYYMMDDHHMMSS格式需用datetime.fromtimestamp()转换。5. 进阶技巧用FOCAS数据驱动OEE计算与异常模式识别5.1 OEE三要素的FOCAS数据源与计算逻辑OEE 可用率 × 性能率 × 合格率各要素需不同FOCAS地址OEE要素计算公式FOCAS数据源采集频率注意事项可用率(计划运行时间 - 停机时间) / 计划运行时间0x3000(PMC输入X0000.0启动信号),0x3001(X0000.1停止信号)100ms停机时间信号为0的累计时长需滤波防抖500ms才计为停机性能率(实际产量 × 理想周期时间) / 运行时间0x2000(主轴转速),0x8000(当前程序号)1s理想周期时间需预置如程序OG0001对应2.5s/件从NC程序文本解析获取合格率合格品数 / 总产量0x5000(刀具寿命计数器),0x6000(工件计数器)10s工件计数器需确认是否为#1130加工完成信号非#1120启动信号关键技巧用PMC信号做状态机不依赖CNC“运行中”标志易误判而是构建状态机X0000.01 X0000.10→ “运行中”X0000.00 X0000.10→ “空闲”X0000.00 X0000.11→ “停机”X0000.21报警信号 → “故障”状态切换时打时间戳即可精确计算各时段时长。5.2 异常模式识别用伺服负载率序列检测主轴退化主轴轴承退化表现为负载率0x7000~0x7003在相同加工条件下持续升高。实施步骤基线采集在新刀具、标准工件下采集10次0x7000(X轴)、0x7001(Y轴)、0x7002(Z轴)、0x7003(主轴)的负载率序列1s采1点持续60s特征提取对每次序列计算均值、标准差、峰峰值阈值设定取10次均值的2σ为预警线3σ为停机线实时比对当前序列均值 预警线触发邮件告警 停机线发指令cnc_wrcncdata(0x8000, 0)暂停程序地址0x8000为程序暂停信号。# load_anomaly_detector.py简化版 import numpy as np from scipy import stats class LoadAnomalyDetector: def __init__(self, baseline_data): # baseline_data: shape(10, 60) 10次60s序列 self.mean_ref np.mean(baseline_data, axis0) # 参考均值曲线 self.std_ref np.std(baseline_data, axis0) # 参考标准差曲线 def detect(self, current_load): # current_load: shape(60,) 当前60s序列 z_score np.abs((current_load - self.mean_ref) / (self.std_ref 1e-6)) if np.max(z_score) 3: # 任一时刻超3σ return CRITICAL: Bearing degradation detected elif np.max(z_score) 2: return WARNING: Load increasing trend else: return NORMAL # 使用示例 detector LoadAnomalyDetector(baseline_10_times) current_seq read_axis_load_sequence() # 读取60s负载序列 alert detector.detect(current_seq) print(alert)为什么不用单点阈值单点阈值如“负载90%即报警”误报率高重切削时正常超90%。序列分析捕捉“趋势”如负载从70%→85%→92%持续爬升才是退化特征。5.3 我的习惯每次部署前必做的三件事用Wireshark抓包验证在PC侧启动Wireshark过滤ip.addr192.168.1.10 tcp.port8193确认FOCAS帧结构headerdata无乱码且响应及时100ms写入测试地址验证写权限向0x9000用户自定义参数写入0x1234再读回确认避免因权限限制导致写操作静默失败模拟断网恢复测试拔掉网线10秒再插回检查采集程序能否自动重连、重登录、续传数据用time.time()打戳比对断连前后时间差。这些习惯让我避开过至少7次现场交付翻车——有一次客户产线停机就因为没测断网恢复程序卡死不重连OEE报表断更4小时。希望帮到你。本文还有配套的精品资源点击获取