西门子数控系统调试编程和维修概要.docx
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西门子数控系统调试编程和维修概要
西门子数控系统调试,编程和维修概要
作者:
唐寅喜
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
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。
l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(ManMachineCommunication)包括:
OP(Operationpanel)单元,MMC,MCP
(MachineControlPanel)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(PCUNIT)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WINDOWSNT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(MultiplePointInterface)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(OperatorPanelInterface)总线,它的传输速率为1.5M/秒。
l数控及驱动单元
1.NCU数控单元
SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU(NumenricalControlunit)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COMCPU板.一个PLCCPU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SIMATICPLCCPU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
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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。
lPLC模块
SINUMERIK810D/840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATICS7-300的软件及模块,在同一条导轨上从左到右依次为电源模块(PowerSupply),接口模块(InterfaceModule)机信号模块(SignalModule)。
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
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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。
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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)
X102PROFIBUS接口
X112预留接口(NCU与NCU通讯)
X111SIMATIC接口(IM361)
X122PCMPI接口(MPI)
X121I/O接口(电缆分配盒)
H1/H2错误和状态灯
H3 7段显示
S1/S2复位/NMI按钮
S3 NCK启动开关
S4 PLC启动开关
X130ASIMODRIVE611D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)
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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:
o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
o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
o功率模块对伺服电机提供频率和电压可变的交流电源
o监控模块主要是对电源模块弱电供电能力的补充。
o滤波模块对电源进行滤波作用。
o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:
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(1)电源接口
U1V1W1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P500M500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。
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(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/R9是24V输出电压,19是24V的地,R为模块的报警复位信号。
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(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
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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
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(1)611D驱动控制模块接口信号
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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
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*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
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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
lSINUMERIK840D/810D或SINUMERIKFM-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。
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l840D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,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:
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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(ElectromagneticCompatibility)检测条件:
(1)信号线与动力线尽可能分开远一些;
(2)从NC或PLC出发的活到NC或PLC得线缆应使用SIEMENS提供的电缆;
(3)信号线不要太靠近外部强的电磁场(如点机和变压器);
(4)HC/HV脉冲回路电缆必须完全与其他所有电缆分开敷设;
(5)如果信号线无法与其它电缆分开,则应走屏蔽穿线管(金属);
(6)下列距离应尽可能小:
--信号线与信号线
--信号线预辅助等电位端
--等电位端和PE(走在一起)
·防护ESD(ElectromaqneticSensitiveDevice)组件检测条件:
(1)处理带静电模块时,应保证其正常接地;
(2)如避免不了接处电子模块,则请不要触摸模块上组件的针脚或其他导电部位;
(3)触摸组件必须保证人体通过放静电装置(腕带或胶鞋)与大地连接;
(4)模块应北方旨在导电表面上(放静电包装材料如导电橡胶等);
(5)模块不应靠近VDU,监视器或电视机(离屏幕勿近与10cm);
(6)模块不要与可充电的电绝缘材料接触(如塑料与纤维织物);
(7)测量的前提条件
--测量仪器接地
--绝缘仪器上的测量头预先放过电
(二)调试
lNC和PLC总清
由于是第一次通电,启动,所以有必要对系统做一次总清或总复位。
1.NC总清
NC总清操作步骤如下:
·将NC启动开关S3―→"1";
·启动NC,如NC已启动,可按一下复位按钮S1;
·待NC启动成功,七端显示器显示"6",将S3―→"0";NC总清执行完成
NC总清后,SRAM内存中的内容被全部清掉,所有机器数据(MachineData)被预置为缺省值。
2.PLC总清
PLC总清操作步骤如下:
·将PLC启动开关S4―→"2";=〉PS灯会亮;
·S4―→"3"并保持3秒等到PS等再次亮;=〉PS灯灭了又再亮;
·在3秒之内,快速地执行下述操作S4:
"2"―→"3"―→"2";=>PS灯先闪,后又亮,PF灯亮(有时PF等不亮);
·等PS和PF等亮了,S4―→"0";=>PS和PF灯灭,而PR灯亮。
PLC总清执行完成,PLC总清后,PLC程序可通过STEP7软件传至系统,如PLC总清后屏幕上有报警可作一次NCK复位(热启动)。
l开机与启动
第一次启动后,NCU状态显示(一个七段显示器及一个复位按钮S1两列状态显示灯及两个启动开关S3和S4。
(如下图)
在确定S3和S4均设定位"0",则此时就可以开机启动了,经过大约几十秒钟,当七段显示器显示"6"时,表明NCK上电正常;此时,"+5V"和"SF"灯亮,表明系统正常;但驱动尚未使能,而PLC状态泽"PR"灯亮,表明PLC运行正常。
·MMC:
MMC的启动时通过OP显示来确认的,如果是MMC100.2,在启动的最后,在屏幕的下面会显示一行信息"WaitForNCUConnection:
××Seconds"如MMC与NCU通讯成功,则SINUMERIK810D/840D的基本显示会出现在屏幕上,一般是"机床"操作区,而MMC103,由于它是可以带硬盘的,所以在它的背后也有一个七段显示器,如MMC103启动成功后它会显示一个"8"字。
·MCP:
在PLC启动过程中,MCP上的所有灯饰不停闪烁的,一旦PLC成功启动,且基本程序状如则只有在OB1种调用FC19或FC25,那么MCP上的灯不再闪烁,此时MCP即可以使用。
·DRIVESYSTEM:
只有NC,PLC和MMC都正常启动后,最后考虑驱动系统。
首先必须完成驱动的配置,对于MMC100.2,需借助于"SIMODRIVE611D"Start-upTool软件,而MMC103可直接在OP031上做,然后用PLC处理相应信号即可。
这样,系统再启动后,SF灯应灭掉。
元素类型含义
复位S1按钮出发一个硬件复位;控制和驱动复位后完整重起。
NMIS2按钮对处理器发出触发和NMI请求,NMI-非屏蔽中段
S3旋转开关NCK启动开关位置0:
正常启动位置1:
启动位置(缺省值启动)为值2…7:
预留
S4旋转开关PLC模式选择开关位置0:
PLC运行位置1:
PLC运行P位置2:
PLC停止位置3:
模块复位
H1(左列)显示灯显示灯+5V:
电源电压在容差范围内时亮NF:
NCK启动过程中,其监控器被触发时,此灯亮CF:
当COM监控器输出一个报警时,此灯亮CB:
通过OPI接口进行数据传输,此灯亮CP:
通过PC的MPI接口进行数据传输时,此灯亮绿灯红灯红灯黄灯黄灯
H2(右列)显示灯显示灯FR:
PLC运行状态PS:
PLC停止状态FF:
当PLC监控器输出一个报警时:
此灯亮;当PLC监控器输出一个报警时:
所有4个灯都亮FFO:
PLC强制状态-:
NCU571-573未用,复位时短暂亮NCU573.2:
PLCDP状态在CPU3152DP上此灯有"BUSF"的标记·灯灭:
DP未配置或者配置了但所有的从站未找到·灯闪:
DP配置了,但一个或一个以上的从站丢失·灯亮:
错误(例如:
总线近路无令牌通行)绿灯红灯红灯黄灯黄灯
H3七段数码管软件支持输出的测试和诊断信息。
启动完成后,正常状态显示"6"
840DNCU模块控制和显示元素
l数据备份
在进行调试时,为了提高效率不做重复性工作,需对所调试数据适时地做备份。
在机床出厂前,为该机床所有数据留档,也需对数据进行备份。
SINUMERIK810D/840D的数据分为三种:
NCK数据
PLC数据
MMC数据
有两种数据备份的方法:
1.系列备份(SeriesStart-up):
特点:
(1)用于回装和启动同SW版本的系统
(2)包括数据全面,文件个数少(*.arc)
(3)数据不允许修改,文件都用二进制各式(或称作PC格式)
种的DATA)
特点:
(1)用于回装不同SW版本的系统
(2)文件个数多(一类数据,一个文件)
(3)可以修改,大多数文件用"纸带格式:
即文本格式"
做数据备份需以下辅助工具:
·PCIN软件
·V24电缆(6FX2002-1AA01-0BF0)
·PG740(或更高型号)或PC
※由于MMC103可带软驱,硬盘,NC卡等;它的数据备份更加灵活,可选择不同的存储目标,以其为例介绍具体操作步骤:
·数据备份
(1)在主菜单中选择"Service"操作区;
(2)按扩展件"}"―→"SeriesStart-up"选择存档内容NC,PLC,MMC并定义存档文件名;
(3)从垂直菜单中,选择一个作为存储目标:
V.24―→指通过V.24电缆船只外部计算机(PC);
PG―→编程器(PG);
Disk―→MMC所带的软驱中的软盘;
Archive―→硬盘;
NCCard―→NC卡。
选择其中V.24和PG时,应按"Interface"软件键,设定接口V.24