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数控系统的基本构成.docx
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数控系统的基本构成.docx
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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(Man Machine Communication)
包括:OP(Operation panel)单元,
MMC,MCP(Machine Control Panel)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(PC UNIT)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 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.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(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 Panel 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(Numenrical Controlunit)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,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 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。
●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
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:
•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/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 ,+24V »45:P15,+15V »44:N15,-15V
»10:N24,-24V »15: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(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
(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
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 SINUMERIK FM-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。
★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,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
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