840D数控系统的基本构成.docx

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840D数控系统的基本构成

西门子数控系统调试,编程和维修概要

（二）

——西门子数控系统调试,编程和维修概要

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：

MMCC100.2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SINUMERIK840D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.OP

    OP单元一般包括一个10.4〞TFT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.MCP

    MCP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，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（Interface Module）机信号模块（Signal Module）。

的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的

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。

硬件的接口

一．840D系统的接口

θ  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。

θ  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。

    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

1．611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UE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。

2．611电源模块的接口信号

611模块的接口信号有以下几组：

（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

θ 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.

3．611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，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