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A2484第6天

A2484Service&InstallationCourseforSINUMERIK840D_810D备课笔记

The6thDay

A.M.StructureofPLCbasicprogram（FC19,FB1）

8.2PLC基本程序

810D/840D系统集成的PLC与一般的PLC是一样的，不同之处是在数控系统内置PLC中增加了信息交换数据区，这个数据区被称为内部数据接口。

PLC与NCK，PLC与机床操作面板OP之间，就是通过内部数据接口交换控制信息。

根据机床的功能特点，可以方便的设计机床的PLC应用程序，不同的数控机床，PLC用户程序不同，它是整个数控机床调试的基础，只有在PLC程序设计完成之后，才能够进行机床调试。

西门子提供了一些数控PLC基本程序，用户可以根据实际情况调用这些标准功能块即可，而被系统占用的功能块不能再被编辑，一般用户可使用FB36~FB255，FC36~FC255。

基本程序由TOOLBOX工具提供，执行TOOLBOX中INSTALL.EXE文件，系统自动安装GP8XOD-X文件集合到STEP下的‘S7 LIBS”目录中，使用时打开基本程序项目库，将BLOCK目录下的基本程序块拷贝到用户自建的项目BLOCK目录下。

基本程序项目库由组织块（OB），功能（FC），功能块（FB）三种逻辑块和数据块（DB）构成。

OB1为CPU循环扫描时间内唯一扫描的主程序，FC或FB被CPU执行的条件是必须是在组织块（OB）中被调用，同时FB和FC也能实现子程序的嵌套。

OB40用于处理系统报警信息，OB100用于系统重新启动。

SFB和SFC，系统功能块和系统功能，是集成在操作系统中预先编好的逻辑块，完成某种特定的功能。

用户不能够修改它们，只需要给出接口参数就可以直接调用这些逻辑块，执行某种功能操作。

SFB

FB与FC的区别在与它们的变量声明表中能够定义的参数类型不同。

当FC的程序执行完成后，FC的参数不能被保存；当FB的程序执行完成后，FB的参数能被保存。

在OB1中调用FC时，只需直接调用，如：

CALL FC1；而调用FB时，必须为其分配一个背景数据块，用来保存FB的参数，如：

CALL FB1，DB7。

背景数据块的数据格式与相应FB的变量声明表的数据格式相同，不允许用户进行修改。

数据块（DB）分为全局数据块和背景数据块。

用户可在全局数据块中定义程序所需要的变量参数。

全局数据块的参数可以在OB、FC和FB中使用。

在840D数控系统中，NCK-PLC接口信号分为两部分：

一部分是从PLC至NCK的接口信号，另一是NCK反馈给PLC的接口信号。

所有信号全部以位的形式定义在全局数据块中。

在程序编写中完成系统或轴的功能时，只需对应数据块的某功能位置位即可。

8.3FC19与FB1的应用

（1）机床控制面板和MMC信号分配接口FC19

FC19:

transmissionofMCPsignalstointerface，把MCP的信号传递到接口。

FC19是PLC基本程序中的一个功能模块,其作用是实现“机床控制面板（MCP）”与系统内部接口区之间的信号传递。

这些信号传递可分为两大类：

（1）将MCP上的按键、开关和旋钮的信号传送到内部接口区相应的控制位或字节。

例如，在MCP上按下“工作方式选择-自动”按键，FC19就将此按键对应的PLC输入信号传送到内部接口区名为“自动”的控制位上,使系统处于“自动”工作方式。

（2）将内部接口区反映系统工作状态的信号传送至MCP，点亮相应的LED。

仍以

（1）中的例子来说明，当系统处于“自动”工作方式时,相应的状态信号由FC19传送到MCP上，点亮位于“工作方式选择-自动”按键上方的LED。

机床控制面板中的信号通过FC19来处理，包括有Key信号（模式、轴、主轴）、LED信号，用户定义的按键和LED显示。

FC19必须在用户程序中进行调用。

要在面板上显示工件坐标系，必须在OB1中修改程序，增加网络段：

AQ3.5//Q3.5为MCS/WCS显示灯

=DB19.DBX0.7//DB19.DBX0.7，在工件坐标系中显示实际值的接口信号。

西门子公司为用户提供了标准机床面板（MCP），在使用标准面板时，应在OB1调用MCP应用的基本程序FC25（车床版），输入适当的参数。

其具体程序如下：

（2）基本引导程序RUN-UP

FB1:

RUN_UPBasicprogram,startupsection.

当CPU 与NCK启动时，需要建立PLC和NCK之间的数据交换接口。

就必须在PLC启动时（即OB100执行时），完成PLC和NCK接口配置文件，接口参数配置由FB1来完成。

由于各部件都有自己的上电启动顺序，因此，为了能够顺序地启动控制功能，执行NCK与PLC的同步至关重要。

NCK与PLC的同步在启动时执行，如果出现故障，FB1把故障确认信号送到故障诊断区，并且把PLC置为STOP状态。

FB1的调用在OB100中完成，FB1的参数设置存放在DB7背景数据块中。

FB1的参数设置存放在DB7数据块中。

其参数含义及调用如下：

MCPNum:

安装的MCP个数；

MCP1In:

与机床控制面板相关的输入信号起始地址；

MCP1Out:

与机床控制面板相关的输出信号起始地址；

MCP1StatSend:

向机床控制面板进行数据传输的状态起始地址；

MCP1StatRec:

机床控制面板接收数据的状态起始地址；

MCP1BusAdr:

MCP的总线地址；

MCP1Timeout:

机床控制面板的循环监测时间；

MCP1Cycl:

机床控制面板的信号循环更新参考时间；

NCCyclTimeout:

NCK循环监测时间；

NCRunupTimeout:

NCK启动监测时间。

8.4练习

P.M.NCKstart-up（2AX+1SP）

第9章NCK启动（轴启动与主轴启动）

轴的启动分为如下步骤：

轴的定义；伺服驱动的配置；通讯的建立；电机的配置；初始化文件的制作。

因为611D只有RAM（611U有EPROM，所以可以单独使用），它只能与810D/840D一起配置使用，所配置的文件存放在NCRAM中，上电工作时把初始化文件送到611D的RAM中。

因此一定必须生成初始化文件，否则配置无效。

9.1坐标系与坐标系变换

机床坐标系（MCS）

机床坐标系（MCS）由机床轴构成，机床轴可以是也可以不是互相垂直的，机床轴可以是直线轴也可以是回转轴。

NC机床坐标系符合DIN66217标准，一般来说有线性轴X/Y/Z以及相应的旋转轴A/B/C。

Z轴与旋转轴平行或一致，对于钻床或铣床旋转轴上安装刀具，对于车床旋转轴上安装工件。

Z轴的正方向定义为从工件指向刀具方向，或者定义为旋转轴指向工件（对于车床）。

X轴通常平行于工件装夹面，并且沿水平方向。

Y轴是由X轴和Z轴确定，并且遵循右手定则。

上述坐标系是假定工件不动，刀具相对工件作进给运动的方向。

机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，其坐标和运动方向根据机床的种类和结构而定，铣床、车床都有自己的坐标系。

坐标系的原点也称机床原点，这个原点在机床一经设计和制造调整后，便被确定下来，它是固定的点。

为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点。

机床参考点可以与机床零点重合也可以不重合，通过机床参数指定该参考点到机床零点的距离。

机床工作时，先进行回机床参考点的操作，就可以建立机床坐标系。

机床参考点的设置一般采用常开微动开关配合反馈元件的标记（基准）脉冲的方法确定。

通常光栅尺50mm产生一个标记脉冲，或在光栅尺两端各有一个标记脉冲，而旋转编码器每转产生一个基准脉冲。

CNC回机床参考点时，先把机床工作台向常开微动开关靠近，压下开关之后，以慢速运动直到接收到第一个基准脉冲，这时的机床位置就是机床参考点的准确位置，确定了参考点的位置，也就确定了该轴坐标零点位置。

找到所有的参考点，CNC的机床坐标系就建立起来了。

机床参考点有两个作用，一个就是上述所说的建立机床坐标系；另一个就是消除由于漂移、变形等造成的误差。

机床使用一段时间后，工作台会造成一些漂移，使加工有误差，回一次机床参考点，就可以使机床的工作台回到准确位置，消除误差。

所以在机床加工前，要进行回机床参考点的操作。

基本坐标系（BCS）

在基本坐标系（BCS）中，几何轴组成互相垂直的坐标系，基本坐标系（BCS）由机床坐标系（MCS）经过运动学变换后而得来的。

工件坐标系（WCS）与可设定的零点系统（SZS）

编程时一般是在工件上的某一点作为程序原点，并以这个原点作为坐标系原点，建立一个新的坐标系，称为工件坐标系。

工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。

程序原点的选择要尽量满足编程简单、尺寸转换少、引起的加工误差小等条件。

一般情况下，以坐标式尺寸标注零件，程序的原点应选择在尺寸标注的基准点。

对称零件或以同心圆为主的零件，程序原点应选在对称中心线或圆心上，Z轴的程序原点通常选在工件的表面。

加工开始时要设定工件坐标系，工件坐标系的建立和选择可以由G92,G54~G59指令。

在工件坐标系（WCS）中，所有的轴的坐标被编程（零件程序），它由几何轴和附加轴组成。

附加轴组成坐标系，各附加轴之间没有几何关系。

通过架构（FRAMES），WCS可以平移，旋转，缩放或镜像（TRANS,ROT,SCALE,MIRROR），多重平移，多重旋转等也是可以的。

坐标系变换

坐标系变换种类有：

零点偏置、旋转、比例缩放以及镜像。

用于编程的轴类型

编程时有以下几种轴：

机床轴机床轴是机床上所有实际存在的轴。

通道轴被分配给某一通道的每个几何轴和附加轴都是该通道的通道轴。

名称：

X,Y,Z,A,B,C,U,V

几何轴三个几何轴组成假想的直角坐标系，即基本坐标系（BCS）。

工件坐标系中轴通过架构（平移，旋转，比例，镜象）可转换到BCS。

附加轴与几何轴相反，附加轴之间没有几何关系。

举例：

刀塔位置U，尾架V

路径轴路径轴的主要特点是它们一起完成插补（一个通道内的所有路径轴有共同路径插补器）。

一个通道内的所有路径轴具有共同的加速阶段，恒定的位移阶段和共同的减速阶段。

确定路径和刀具的运动，该路径的被编程进给率有效，在NC程序中用FGROUP来确定路径轴；

定位轴定位轴的主要特点是他们分别完成插补，（每个定位轴有它自己的轴插补器）。

每个定位轴有它自己的进给速度和自己的加速特性曲线。

标准的定位轴是：

典型定位轴由零件承载、卸载的加载器，工件上料的装料机、工件运出的装运机、刀具库/转塔，标识符：

POS,POSA,POSP等。

同步轴同步轴与路径轴一起完成插补（一个通道内的所有路径轴具有共同的路径插补器）。

一个通道内的所有路径轴和同步轴具有共同的加速和减速阶段。

路径轴也叫轨迹轴，其中几何轴、同步轴和定位轴可以编程。

轨迹轴根据编程指令以进给率F运行。

同步轴与轨迹轴同步运行，运行时间与所有轨迹轴一样。

定位轴与所有其它的轴异步运行。

这些运行不受轨迹轴和同步轴运行的影响。

主轴确定一个直角、右旋坐标系。

在该坐标系中编程刀具运行。

在数控技术中，主轴作为几何轴描述。

对于车床，适用：

几何轴X，Z，有时有Y。

对于铣床，适用：

几何轴X、Y和Z。

在编程框架和工件几何尺寸（轮廓）时，最多可以使用3个几何轴，名称：

X，Y，Z。

轨迹轴描述了轨迹行程，从而给出其在空间的刀具运动。

编程的进给率在该轨迹方向一直有效。

参加该轨迹的进给轴同时到达其位置。

通常它们是几何轴。

哪些进给轴为轨迹轴，从而影响其速度，这在预设定中确定。

在NC程序中，轨迹轴可以用FGROUP说明。

9.2轴的配置

轴的类型配置InstallationandStart-UpGuideSINUMERIK840DSIMODRIVE611digital

通过机床数据的设定来实现定义几何轴，附加轴，通道轴和机床轴，并决定每种类型的单个轴的名称。

NCU571:

1个通道5个轴；

NCU572/573:

2个通道8个轴。

机床轴是机床上实际存在的轴，他们定义为几何轴或附加轴。

工件编程以几何轴为基础，直角坐标系2维或3维。

840D系统轴有三种类型：

机床轴、几何轴、附加轴，轴的配置有三个层次：

机床级（机床轴）、通道级（通道轴）以及编程级（几何轴、附加轴）。

机床级

机床轴是机床上唯一真实的轴。

机床数据MD10000:

AXCONF_MACHAX_NAME_TAB

每个机床轴，轴的名称定以在MD10000:

AXCONF_MACHAX_NAME_TAB，可以定义为X1,Y1,Z1,A1,C1等，作用是：

用于在机床坐标系下显示的轴名；有些G指令必须用到机床轴，比如G74自动返回参考点，必须用机床轴名来编程。

通道级

机床数据MD20070:

AXCONF_MACHAX_USED[0...7]

机床轴通过机床数据分配到几何通道中，也就是设定对于此机床存在的轴的轴序号。

机床轴必须人为地划分到各个通道中，如果不在通道轴中对应机床轴，则默认轴不存在（不能够在机床轴中定义00表示轴不存在）。

比如在MD10000[5]中定义了轴B1，而在MD20070[5]中没有增加6，则无法显示机床轴。

MD20080:

AXCONF_CHANAX_NAME_TAB[0...7]

机床数据定义通道中轴的名称，也就是设定通道内该机床编程用的轴名。

通道轴的名称用于在编程中使用，另外用于在工件坐标系中显示。

但是如果把通道轴中的名称X,Y,Z,A,C改成X1,Y1,Z1,A1,C1，则在工件坐标系下只能显示：

X,Y,Z,A1,C1，这是几何轴与非几何轴的差别，因为X,Y,Z几何轴有相互关系，几何轴的速度不能够单独控制，比如G01X100Y100F100，不能单独控制X的速度。

而非几何轴则可以单独控制它的速度。

编程级

MD20060:

AXCONF_GEOAX_NAME_TAB[0...2]

该机床数据定义了在编程时所有使用的几何轴名。

只有3个轴，一般都默认为X,Y,Z，而不修改它，否则在编程的时候增加麻烦，比如改成X2,Y2,Z2那么编程时必须写成X2=100Y2=100。

*要定义第二几何坐标系时会使用到Y轴。

MD20050:

AXCONF_GEOAX_ASSIGN_TAB[0...2]

该机床数据定义激活使用的几何轴。

设定机床所用几何轴序号，几何轴为组成笛卡尔坐标系的轴。

Exampleofamillingmachinefouraxes+spindle/Caxis

要在面板上显示工件坐标系，必须在OB1中修改程序，增加网络段：

AQ3.5//Q3.5为MCS/WCS显示灯

=DB19.DBX0.7//DB19.DBX0.7，在工件坐标系中显示实际值的接口信号。

9.3轴数据的设置（通讯配置）

在机床数据下选择轴数据软键（AXISMD）进入轴数据的设置，MD30130CTRLOUT_TYPE将其设置为1，系统将控制设定值实际输出到端口上。

必须激活通讯才能够正常的控制轴的启动，不激活通讯会出现300010的报警号。

MD30130→设定轴指令端口=1，给定值类型

MD30240→设定轴反馈端口=1，编码器类型

如此二参数为“0”，则该轴为仿真轴。

我们这里的例子，设置Z轴和A轴为仿真轴。

定义了通讯配置之后则会出现一个300701的报警号。

9.4840D的驱动配置

利用MMC103/PCU50或“611D启动工具中”SK“Driveconfig“进行驱动配置，SK“Driveconfig”位于操作区域“start-up”,SK“machinedata”之下。

槽位（slot）号是指每个功率单元的物理位置。

若某些槽位不使用或功率单元不存在，它必须设为“passive”。

对每个使用的槽位，必须指定一个逻辑地址，依其决定驱动的地址（给定值/实际值的分配）。

依据其铭牌选择功率单元，然后用SK“OK“来确认。

配置驱动数据，由于驱动数据较多，对于MMC100.2必须借助“SIMODRIVE611D或HMI的START-UPTOOL”软件，主要需要对以下几种参数设定：

Slot：

槽号，设定驱动模块的位置，处在哪个槽位，840D从NCU开始固定为1、2、3、4、5号槽，810D的话从CCU上的测量系统接口为1~6号槽；

Drive：

驱动号，设定此轴的逻辑驱动号，也就是指定哪个槽的驱动模块分配给哪个轴使用；

Active：

设定是否激活此模块；

PowerSect：

通过SelectPowerSec软件选择功率模块。

配置完成并有效后，需存储一下（SAVE）→OK。

此时再做一次NCK复位，启动后显示300701报警。

这时原来为灰色的FDD,MSD变为黑色，可以选电机了1FK6042-6AF71-1AG0（2个），1PH7101-2NF00-0BA0；

操作步骤如下：

FDD-→MotorController-→MotorSelection-→按电机铭牌选相应电机-→OK-→OK-→Calculation

用Drive+或Drive-切换做下一轴。

MSD-→MotorController-→MotorSelection按电机铭牌选相应电机-→OK-→OK-→Calculation最后-→BootFile-→SaveBootFile-→SaveAll,再做一次NCK复位。

完成轴配置之后必须生成初始化文件。

至此，驱动配置完成，NCU（CCU）正面的SF红灯应灭掉，这时，各轴应可以运行。

Dataforexampleshownindiagramabove:

最后，如果将某一轴设定为主轴，则步骤如下：

先要将该轴定义为旋转轴：

MD30300:

IS_ROT_AX=1（旋转轴）

MD30310:

ROT_IS_MODULO=1（旋转轴编程）

MD30320:

DISPLAY_IS_MODULO=1（显示参考角度360）

然后将该轴定义为主轴：

MD35000:

SPIND_ASSIGN_TO_MACHAX=1（轴定义为主轴），表示主轴名称为“S1”.

MD35100=4000（主轴最高转速）

MD35110[0]=9000（主轴以旋转轴进给方式运行时的最高速度限制）

MD35110[1]=9000（主轴第1档的换档临界速度，MD35010=1才有效）

MD35130[0]=9000（主轴以旋转轴进给方式运行时的最高速度限制）

MD35130[1]=9000（主轴第1档运行时的最高速度限制）

MD36200[0]=9500（主轴以旋转轴进给方式运行时的最高速度限制）

MD36200[1]=9500（主轴第1档运行速度的报警限制）

MD35200[1]=10（主轴第1档运行的加速速度）再做NCK复位。

启动后，在MDA下输SXXM3,主轴即可转。

所有关键参数配置完成以后，可让轴适当运行，可在JOG,手轮，MDA灯方式下改变轴运行速度，观察轴运行状态。

有时个别轴的运行状态不正常时，排除硬件故障等原因后，则需对其进行优化。

必要时检查MD20700=0，不返回参考点可以执行“NCStart”。

9.5练习

练习：

SINUMERIK840D2AX+1SP启动步骤（车床）；

练习17：

轴配置；

练习18：

给定值与实际值配置；

练习19：

设定测量系统；

练习20：

电机选择；

练习21：

功率模块选择；

练习22：

从配置中删除驱动模块。