1、1西门子数控系统调试,编程和维修概要概 述西门子公司数控系统产品结构数控系统的基本构成FMNC普及型高性能、低价位性能价格 802S840D高性能型802D810D普及型NCKMMCPLC数控系统802S802C2第一讲 西门子数控系统的基本构成一西门子 840D系统的组成SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（CCU 或 NCU） ，MMC,PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，总是将 SIMODRIVE611D驱动和数控单元(CCU 或 NCU)并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处。 人机界面 人机交换界面负责 NC数据的输入和显示,它由 MMC和 OP组
2、成MMC(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)单元，MMC,MCP(Machine Control Panel)三部分。MMC 实际上就是一台计算机，有自己独立的 CPU,还可以带硬盘，带软驱；OP 单元正是这台计算机的显示器，而西门子 MMC的控制软件也在这台计算机中。1.MMC我们最常用的 MMC有两种：MMC100.2 和 MMC103,其中 MMC100.2的 CPU为 486,不能带硬盘；而 MMC103的 CPU为奔腾，可以带硬盘，一般的，用户为 SINUMERIK810D配 MMC100.2,而为 SINUMERIK84
3、0D配 MMC103. PCU(PC UNIT)是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的 MMC模块，目前有三种 PCU模块PCU20、PCU50、PCU70, PCU20 对应于 MMC100.2，不带硬盘，但可以带软驱；PCU50、PCU70 对应于 MMC103,可以带硬盘，与 MMC不同的是：PCU50 的软件是基于 WINDOWS NT的。PCU 的软件被称作 HMI,HMI有分为两种：嵌入式 HMI和高级 HMI。一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入式 HMI,而 PCU50和 PCU70则装载高级 HMI.2.OPOP单元一
4、般包括一个 10.4TFT 显示屏和一个 NC键盘。根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的 OP单元，如：OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中 OP031最为常用。3.MCP3MCP是专门为数控机床而配置的，它也是 OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同，目前，有车床版 MCP和铣床版MCP两种。对 810D和 840D，MCP 的 MPI地址分别为 14和 6，用 MCP后面的 S3开关设定。对于 SINUMERIK840D应用了 MPI（Multiple Point Interface）总线技术，传输速率为 187.5k/秒，OP 单元为这个总线构成的网
5、络中的一个节点。为提高人机交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）总线，它的传输速率为 1.5M/秒。 数控及驱动单元1.NCU数控单元SINUMERIK840D的数控单元被称为 NCU（Numenrical Controlunit）单元：中央控制单元,负责 NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和 MMC的通讯 它由一个 COM CPU板. 一个 PLC CPU板和一个 DRIVE板组成.根据选用硬件如 CPU芯片等和功能配置的不同，NCU 分为NCU561.2,NCU571.2,NCU572.2,NCU573.2(12轴)，NCU573.2(31 轴)等若干种
6、，同样，NCU单元中也集成 SINUMERIK840D数控 CPU和 SIMATIC PLC CPU芯片，包括相应的数控软件和 PLC控制软件，并且带有 MPI或 Profibus借口，RS232 借口，手轮及测量接口，PCMCIA 卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。2数字驱动 数字伺服：运动控制的执行部分,由 611D伺服驱动和 1FT6(1FK6)电机组成SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用 SIMODRIVE611D.它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块） 。电源模块：主要为 NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和
7、模块状态。根据容量不同，凡小于 15KW均不带馈入装置，极为 U/E电源模块；凡大于 15KW均需带馈入装置，记为 I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别。611D数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用 1FT6或者1FK6系列，编码器信号为 1Vpp正弦波，可实现全闭环控制。主轴4伺服电机为 1PH7系列。 PLC模块SINUMERIK810D/840D系统的 PLC部分使用的是西门子 SIMATIC S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply） ，接口模块（Interfac
8、e Module）机信号模块（Signal Module） 。的 CPU与 NC的 CPU是集成在 CCU或 NCU中的。最多 8个 SM模块最多四级电源模块（PS）是为 PLC和 NC提供电源的+24V 和+5V。接口模块（IM）是用于级之间互连的。信号模块（SM）使用与机床 PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种。二硬件的接口一 840D系统的接口 840D系统的 MMC，HHU，MCP 都通过一根 MPI电缆挂在 NCU上面，MPI是西门子 PLC的一个多点通讯协议，因而该协议具有开放性，而 OPI是 840D系统针对 NC部分的部件的一个特殊的通讯协议，是MPI的一个特例，不具有
9、开放性，它比传统的 MPI通讯速度要快，MPI的通讯速度是 187.5K波特率，而 OPI是 1.5M。 NCU上面除了一个 OPI端口外，还有一个 MPI，一个 Profibus接口，Profibus 接口可以接所有的具有 Profibus通讯能力的设备。Profibus的通讯电缆和 MPI的电缆一样，都是一根双芯的屏蔽电缆。X101 操作面板接口（OPI）PS IM SMSM. SM5X102 PROFIBUS接口X112 预留接口（NCU 与 NCU通讯）X111 SIMATIC接口（IM361）X122 PC MPI接口(MPI)X121 I/O接口（电缆分配盒）H1/H2 错误和状态
10、灯H3 段显示S1/S2 复位NMI 按钮S3 NCK 启动开关S4 PLC 启动开关X130A SIMODRIVE 611D 接口 X130B 数字模块 I/O 扩展接口（仅限于NCU573）X172 设备总线接口X173 PCMCIA 插槽（X173） 在 MPI，OPI 和 Profibus的通讯电缆两端都要接终端电阻，阻值是 220欧，所有如果要检测电缆的好坏情况，可以在 NCU端打开插座的封盖，量 A，B 两线间的电阻，正常情况下应该为 110欧。二611 系列驱动的组成与接口1611 系列的驱动分成模拟 611A，数字 611D和通用型611U。都是模块化结构，主要有以下几个模块组
11、成：电源模块 电源模块是提供驱动和数控系统的电源，包括维持系统正常工作的弱电和供给功率模块用的 600V直流电压。根据直流电压控制方式，它又分为开环控制的6UE模块和闭环控制的 I/R模块，UE 模块没有电源的回馈系统，其直流电压正常时为 570V左右，而当制动能量大时，电压可高达 640多伏。I/R 模块的电压一直维持在 600V左右控制模块 控制模块实现对伺服轴的速度环和电流环的闭环控制功率模块 对伺服电机提供频率和电压可变的交流电源监控模块 主要是对电源模块弱电供电能力的补充。滤波模块 对电源进行滤波作用。电抗 对电压起到平稳作用。 2611 电源模块的接口信号611模块的接口信号有以下
12、几组： （1）电源接口U1 V1 W1 主控制回路三相电输入端口X181 工作电源的输入端口，使用时常常与主电源短接，有的系统为了让机床在断电后驱动还能正常工作一段时间，把600V的电压端子与 P500 M500端子短接，这样由于 600V电压不能马上放电完毕，还能维持驱动控制板的正常工作一段时间。P600M600 是 600V直流电压输出端子。 （2）控制接口64 控制使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消时，所有的轴的速度给定电压为零，轴以最大的加速度停车。延迟一定的时间后，取消脉冲使能63 脉冲使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消后，所有的轴的电源取消，轴以
13、自由运动的形式停车。48 主回路继电器，该信号断开时，主控制回路电源主继电器断开。 112 调试或标准方式，该信号一般用在传输线的调试中，一般情况接到系统的 24V上。X121 模块准备好信号和模块的过热信号。准备号信号与模块的拨码开关的设置有关，当 S1.2=ON时，模块有故障时，准备好信号取消，而 S1.2=OFF时，模块有故障和使能(63,64)信号取消时，都会取消准备好信号，因此在更换该模块的时候要检查模块顶部的拨码开关的设置，否则模7块可能会工作不正常。所有的模块过载和连接的电机过热都会触发过热报警输出。NS1/NS2 主继电器闭合使能，只有该信号为高电平时，主继电器才可能得电。该信
14、号常用来作主继电器闭合的连锁条件。AS1/AS2 主继电器状态，该信号反映主继电器的闭合状态，主继电器闭合时为高电平。9/19/R 9是 24V输出电压，19 是 24V的地，R 为模块的报警复位信号。 （3）其它辅助接口X351 设备总线 ，为后面连接的模块供电用。X141 电压检测端子，供诊断和其它用途用。7： P24 ，24V 45：P15，15V 44：N15，15V 10：N24，24V 15：M，0V 电源模块上面有 6个指示灯，分别指示模块的故障和工作状态。一般正常情况下绿灯亮表示使能信号丢失(63 和 64)，黄灯亮表示模块准备好信号，这时 600V直流电压已经达到系统正常工作
15、的允许值。电源模块正常工作的使能条件：48，112，63，64 接高电平，NS1 和 NS2短 接，显示为一个黄灯亮，其它灯都不亮。直流母线电压应在 600V左右.3611 驱动控制模块接口信号 （1）611D 驱动控制模块接口信号 611D控制模块与数控系统主要是通过一根数据总线相连，基本没有太多的接口信号。X431： 轴脉冲使能，该信号为低电平时，该轴的电源撤消，一般这个信号直接与 24V短接X432： BERO 端子，该接口用作 BERO开关信号的输入口。X34，X35 模拟输出口，其中有两个模拟口（X1，X2 ）用作模块诊断测试用，它可以用来跟踪一些数字量，比如转速，电压和电流等并把它
16、转换成 0到 5V的模拟电压输出，具体的输出信号可以通过数控系统选择，Ir 模拟输出口是固定输出电机 R相的电流的模拟值。X411： 电机编码器接口，输入电机的编码器信号，还有电机的热8敏电阻，其中电机的热敏电阻值是通过该插座的 13和 25脚输入，该热敏电阻在常温下为 580欧，155 度时大于1200欧，这时控制板关断电机电源并产生电机过热报警。(1PH7电机温度检测信号连接同 1FT6/1FK6电机)X411： 直接测量系统输入口，输入直接位置测量信号，一般为正余弦电压信号 * 611D的控制板的速度环和电流环的参数设置在 NCK里面，故更换控制板后不需要重新设置参数。 （2）611A
17、控制模块接口信号611A 控制模块与 1FT5电机构成伺服驱动机构，完成速度环和电流环的控制，其速度环和电流环的参数都保存在控制板上，故更换该板要注意参数的设置。接口信号如下：X311： 电机反馈接口，电机的速度实际值和电机的热敏电阻值都通过它输入到控制板里，1FT5 电机的速度检测是通过一个测速发电机来实现的，而电机转子的位置是通过 18个霍而元件来检测的。电机内的热敏电阻值是通过该插座的11和 12脚信号输入, 在常温下小于 250欧，当电机内部温度达到 155度时电阻大约是 1000欧，控制板这时关断电源，并发出报警信号。X321： 设定端子，速度的给定值通过该端子的 56和 14输入，
18、一般来讲，给定值是正负 0到 10V的电压。X331： 使能端子：相应模块的使能信号输入，663 是脉冲使能，与电源模块的 63作用差不多，只是它仅作用于单个的轴模块。65 是控制使能，常常把它和 NC侧给定信号的控制使能相连。X341： 模块状态输出接口，输出模块的状态信息，如模块准备好信号，报警等。第二讲 系统的调试与操作一840D 系统操作9 SINUMERIK840D/810D或 SINUMERIK FM-NC是机床的 CNC控制系统，可以通过 CNC控制系统的操作面板执行下列基本功能： 开发和修改零件程序 执行零件程序 手动控制 读入/读出零件程序和数据 编辑程序数据 报警显示和取消
19、报警 编辑机床数据 在一个 MMC或几个 MMC之间或一个 NC或几个 NC之间建立通信链接（M:N,m-MMC 装置和 n-NCK/PLC装置）用户接口包括： 显示元件，如监测器，LED 等； 操作元件，如键，开关，手伦等。 840D系统具有数控机床具有的自动、手动、编程、回参考点、手动数据输入等功能。手动:手动主要用来调整机床,手动有连续手动和步进手动,有时为了需要走特定长度时,可以选择变量 INC方式,输入要运行的长度即可.自动: 840D的程序一般来讲是在 NCK的 RAM里执行,所以对MMC103或 PCU50来讲,需要先把程序装载到 NCK里,但对于特别长的程序,可以选择在硬盘里执
20、行,具体操作方法为:选择加工,程序概要,用光标选择要执行的程序,选择从硬盘执行既可.在自动方式下,如果 MMC装有 SINDNC软件,还可以从网络硬盘上执行程序.MDA: MDA跟自动方式差不多,只是它的程序可以逐段输入,不一定是一个完整的程序,它存在 NCK里面一个固定的 MDA缓冲区里,可以把 MDA缓冲区的程序存放在程序目录里,也可以从程序区里调程序到 MDA缓冲区来.REPOS:重定位功能,有时在程序自动执行时需要停下来把刀具移开检测工件,然后接着执行程序,需要重定位功能,操作方法是在自动方式下暂停程序执行,转到手动,移开相应的轴,要重新执行程序时,转到重定位方式,按相应的轴移动按钮,
21、回到程序中断点,按启动键程序继续执行.注意在这个过程中10不能按复位键.程序模拟:840D 支持在程序正式运行前进行图形模拟,以减少程序的故障率,但由于 MMC系统的不同,模拟的方法不一样,在MMC103上,程序模拟完全在 MMC上执行,故模拟中不会对NCK产生影响,但在 MMC100.2上,程序模拟在 NCK里面执行,与程序实际执行情况一样,因此在模拟前务必要选择程序测试,如果还要提高模拟速度,还可以选择空运行.二系统的连接与调试（一）硬件的连接1. SINUMERIK810D/840D 系统的硬件连接从两方面入手：其一，根据各自的接口要求，先将数控与驱动单元，MMC，PLC 三部分分别连接
22、正确：（1） 源模块 X161 种 9，112，48 的连接；驱动总线和设备总线；最右边模块的终端电阻（数控与驱动单元） 。（2）MMC 及 MCP 的+24V 电源千万注意极性（MMC ） 。（3）PLC 模块注意电源线的连接；同时注意 SM 的连接。其二，将硬件的三大部分互相连接，连接时应注意：（1） PI 和 OPI 总线接线一定要正确。（2） CU 或 NCU 与 S7 的 IM 模块连线。2检查在正确完成所有机械的和电气的安装工作后即可进行通电，调试工作；而首先要做的就是开机准备工作，它可确保控制系统及其组件启动正常，并满足 EMC 检测条件全部系统连线完成后需要做一些必要的检查，内容如下：屏蔽：（1）确保所使用的电缆符合西门子提供的接线图中的要求；（2）确保信号点栏屏蔽两端都与机架或机壳连通。对于外部设备（如打印机，编程器等） ，标准的单端屏蔽的电缆也可以用。但一旦控制系统进行正常运行，则应不接这些外部设备为宜；如一定要接入，则连接电缆应两端屏蔽。EMC(Electromagnetic Compatibility)检测条件：（1） 信号线与动力线尽可能分开远一些；
