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1、A2484 第6天A2484 Service & Installation Course for SINUMERIK 840D_810D 备课笔记The 6th DayA.M. Structure of PLC basic program (FC19, FB1)8.2 PLC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，

2、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FB36FB255，FC36FC255。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S7LIBS”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

3、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。SFBFB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：CALLFC1；而调用FB时，必须为其

4、分配一个背景数据块，用来保存FB的参数，如：CALLFB1，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。8.3 FC19与FB1的应用（1）机床控制面板和MMC信号分配接口FC19FC1

5、9: transmission of MCP signals to interface，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L ED。仍以(1) 中的例子来

6、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L ED。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：A Q 3.5 /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）

7、，输入适当的参数。其具体程序如下：（2）基本引导程序RUN-UPFB1: RUN_UP Basic program, startup section.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

8、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。

9、8.4 练习 P.M. NCK start-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NC RAM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DI

10、N66217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

11、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

12、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

13、。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, G54G59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,S

14、CALE,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

15、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

16、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

17、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Installation and Start-Up Guide SINUMERIK 840D SIMODRIVE 611 digital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。 NCU 571: 1个通道5个轴；NCU 572/573: 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

18、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MD 10000: AXCONF_MACHAX_NAME_TAB每个机床轴，轴的名称定以在MD 10000: 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MD 20070: 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

19、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MD100005中定义了轴B1，而在MD200705中没有增加6，则无法显示机床轴。 MD 20080: 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G01

20、X100 Y100 F100，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 MD 20060: 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=100 Y2=100。* 要定义第二几何坐标系时会使用到Y轴。MD 20050: 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。Example of a milling

21、 machine four axes + spindle/C axis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：A Q 3.5 /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（AXIS MD）进入轴数据的设置，MD30130 CTRLOUT_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

22、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。9.4 840D的驱动配置利用MMC103/PCU50或“611D启动工具中”SK“Drive config“进行驱动配置，SK“Drive config”位于操作区域“start-up”,SK“machine data”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，

23、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“SIMODRIVE 611D 或HMI 的START-UP TOOL”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16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；Power Sect：通过Select Power Sec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

24、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-Motor Controller-Motor Selection-按电机铭牌选相应电机-OK-OK-Calculation用Drive+或Drive-切换做下一轴。MSD-Motor Controller-Motor Selection按电机铭牌选相应电机-OK-OK-Calculation最后-Boot File-Save BootFile-Save All,再做一次NCK复位。完成轴配置之后必须生成

25、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。Data for example shown in diagram above: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：MD 30300: IS_ROT_AX =1(旋转轴)MD 30310: ROT_IS_MODULO =1(旋转轴编程)MD 30320: DISPLAY_IS_MODULO =1(显示参考角度360)然后将该轴定义为主轴：MD 35000: SPIND_ASSIGN_TO_MACHAX=1 (轴定义为主轴)，表示主轴名称为“S1”. MD35100=4000

26、（主轴最高转速）MD351100=9000（主轴以旋转轴进给方式运行时的最高速度限制）MD351101 =9000（主轴第1档的换档临界速度，MD35010=1才有效）MD351300 =9000（主轴以旋转轴进给方式运行时的最高速度限制）MD351301 =9000（主轴第1档运行时的最高速度限制） MD362000 =9500（主轴以旋转轴进给方式运行时的最高速度限制）MD362001 =9500（主轴第1档运行速度的报警限制）MD352001 =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SXX M3,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“NC Start”。9.5 练习 练习：SINUMERIK 840D 2AX+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。