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1、西门子数控系统调试,编程和维修概要概述第一讲 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SIM0DRIVE611D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
2、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.探 PCU(PC UNIT)是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、0P10S、0P10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块PCU20、PCU50、PCU70,
3、 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.OPOP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：0P030,0P031,0P032,0P032S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
4、 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和铳床版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 PanelIn terface)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 Contr
5、olunit)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
6、，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SIM0DRIVE611D.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
7、1FT6或者1FK6系列，编码器信号为lVpp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。最多8个SM模块电源模块（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
8、输出型两种。二硬件的接口一.840D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, 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
9、作面板接口（ OPI）X102 PROFIBUS 接口 112预留接口（NCU与NCU通讯）111SIMATIC 接口（IM361）X1鉴PC MPI 接口 （MPI）X121I/O接口（电缆分配盒）H2错误和状态灯H3 7段显示S1/S2S3-S4复位/ NMI按钮NCK启动开关PLC启动开关 0A SIMODRIVE 611D 接口X0B数字模块I/O扩展接口（仅限于NX172设备总线接口 CIA 插槽（X173）CU573）在MPI，0PI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
10、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
11、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
12、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
13、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。（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
14、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.36口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
15、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
