840D数控系统的基本构成.docx

1、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（ManMachineCommunication）包括：OP（Operationpanel）单元，MMC,MCP（MachineControlPanel）三部分

2、。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,P

3、CU20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.OPOP单元一般包括一个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.MCPMCP是专门为数控机床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据

4、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（OperatorPanel Interface）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（NumenricalControlunit）单元：中央控制单元,负责NC所有的功

5、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数字驱动数字伺服：运动控制的执行部分,由61

6、1D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1PH

7、7系列。PLC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 840D系统的MMC，HHU，MCP都通过一根MPI电缆挂在NCU上面，MPI是西

8、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。 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

9、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

10、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几组：（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。（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。

11、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

12、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：P24，24V45：P15，15V44：N15，15V10：N24，24V15：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（6

13、3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.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

14、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。

15、（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，

16、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，报警等西门子数控系统调试,编程和维修概要（三）西门子数控系统调试,编程和维修概要840D系统操作SINUMERIK840D/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

17、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行,具体操作方法为:选择加工,程序概要

18、,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

19、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。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三部分分别连接正确：（1）源模块X161种9，112，48的连接；驱动总线和设备总线；最

20、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

21、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

22、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NC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。

23、1NC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。2PLC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

24、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）。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“WaitForNCUConnect

25、ion：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”S

26、tart-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。840DNCU模块控制和显示元素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）特点：（1）

27、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

28、器（PG）；DiskMMC所带的软驱中的软盘；Archive硬盘；NCCardNC卡。选择其中V.24和PG时，应按“Interface”软件键，设定接口V.24参数；（4）若选择备份数据到硬盘，则:“Archive”（垂直菜单）“Start”.数据恢复MMC103的操作步骤（从硬盘上恢复数据）：a:“Service”；b:扩展键“”；c:“SeriesStart-up”；d:“ReadStart-upArchive”（垂直菜单）；e:找到存档文件，并选中“OK”；f:“Start”（垂直菜单）；无论是数据备份还是数据恢复，都是在进行数据的传送，传送的原则是：一永远是准备接收数据的一方先准备好

29、，处于接受状态；二两端参数设定一致。西门子数控系统调试,编程和维修概要（四）西门子数控系统调试,编程和维修概要坐标系1工件坐标系工件零点是原始工件坐标系的原点直角坐标：用坐标所达到这个点来确定坐标系中的点极坐标：用半径和角来测量工件或工件的一部分2绝对坐标：所有位置参数与当前有效原点相关，表示刀具将要到达的位置增量坐标：如果尺寸并非项对于原点，而是相对于工件上的另一个点时，就要用增量坐标。用增量坐标来确定尺寸，可以避免对这些尺寸进行转换。增量坐标参照前一个电的位置数据，适用于刀具的移动，是用来描述刀具移动的距离3.平面：用两个坐标轴来确定一个平面，第3个坐标轴与该平面相垂直，并确定刀具的横切方向。编程时，要确定加工面以便于控制系统能准确计算出刀具偏置值。4.零点的位置在NC机床上可以确定不同的原点和参考点位置，这些参考点：用于机床定位对工件尺寸进行编程它们是：M=机床零点A=卡盘零点，可以与工件龄点重合（值用于车床）W=工件零点=程序零点