第四章SIEMENS数控系统.

数控机床维修高级应用人才培养丛书现代数控机床故障诊断与维修2019/12/181第四章SIEMENS数控系统故障诊断与维修天津工程师范学院2019/12/18教学提示：SIEMENS公司是全球生产数控类产品较早、产品市场占有率较大的生产厂家之一，至今已开发、生产了多个系列的控制系统。因此，SIEMENS数控系统也是数控机床上使用较广、维修过程中遇到较多的系统之一。本章主要介绍SIEMENS数控系统的组成、PLC、参数配置、故障诊断与维修、数据备份及恢复等内容。教学要求：了解SIEMENS数控系统的基本构成和硬件连接、参数配置和报警系统，掌握SIEMENS数控系统的数据备份和恢复，掌握利用输入/输出信号状态进行故障诊断的方法。4.1概述德国SIEMENS公司是生产数控系统的世界著名厂家，从20世纪70年代以来，SIEMENS公司凭借在数控系统及驱动产品方面的专业思考与深厚积累，不断制造出机床产品的典范之作，为自动化应用提供了日趋完善的技术支持。SINUMERIK系列数控产品，能满足各种控制领域不同的控制需求，其构成只需很少的部件。它具有高度的模块化、开放性以及规范化的结构，适于操作、编程和监控。2019/12/183现在市场上常用的SIEMENS公司数控系统有802系列、810系列、840系列等。SIEMENS公司目前比较普及的数控系统产品结构如图4-1所示。除以上典型系统外，SIEMENS公司还有早期生产的SIEMENS6系统（6T、6M、7T、7M系统）、SIEMENS3系统（20世纪80年代欧洲的典型系统）、SIEMENS8系统（8T、8M、8MC系统）、SIEMENS850／880系统（850T、850M和850∕880系统）、SIEMENS840C等。以上系统多见于进口机床，其中SIEMENS850／880系统功能较强，SIEMENS840C的功能与SIEMENS840D相同。2019/12/1842019/12/185一；820为12in单色或彩色显示，系统电源为交流220V、SIEMENS810/820系统SIEMENS810/820是西门子公司20世纪80年代中期开发的CNC、PLC一体型控制系统，它适合于普通车、铣、磨床的控制，系统结构简单、体积小、可靠性高，在80年代末、90年代初的数控机床上使用较广。810与820的区别仅在于显示器，810为9in单色显示，系统电源为直流24V，其余硬件、软件部分完全一致。810/820最大可控制6轴（其中允许有2个作为主轴控制），3轴联动。系统由电源、显示器、CPU板、存储器（MEM/EPROM/RAM）板、I/O板、接口板、显示控制板、位控板、机箱等硬件组成。硬件采用了较多的大规模集成电路和专用集成电路，系统的模块少、整体结构简单，通常无需进行硬件调整和设定。系统软件上，增加了蓝图编程、固定循环、极坐标编程、CL800语言编程等功能，为加工程序的编制提供了方便。PLC采用STEP5语言编程，指令丰富，通过OB、PB、SB、FB等功能块为结构化编程提供了良好的环境。810/820系统还具有“通道”控制功能，可以两个通道同时工作，为机床设计人员提供了便利。2019/12/186二、SIEMENS802系列系统SIEMENS802系列系统包括802S/Se/Sbaseline、802C/Ce/Cbaseline、802D等型号，它是西门子公司20世纪90年代末开发的集CNC、PLC于一体的经济型控制系统。系统性能价格比较高，比较适合于经济型、普及型车、铣、磨床的控制，近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较大量的使用。SIEMENS802系列数控系统的共同特点是结构简单、体积小、可靠性高；此外系统软件功能也较强。2019/12/187SIEMENS802S、802C系列是SIEMENS公司专为简易数控机床开发的经济型系统，两种系统的区别是：802S/Se/Sbaseline系列采用步进电动机驱动；802C/Ce/Cbaseline系列采用数字式交流伺服驱动系统。SINUMERIK802Cbaseline提供传统的±10V的伺服驱动接口，基本配置的驱动系统为：SIMODRIVEbaseline，3Nm∕6Nm和6Nm∕8Nm双轴模块与11Nm单轴模块，驱动带旋转变压器的1FK7伺服电机，当需要进行功率扩展应用时，可以选用SIMODRIVE611U伺服驱动系统和带单极对旋转变压器的1FK7伺服电机；SINUMERIK802Sbaseline提供脉冲及方向信号的步进驱动接口。SIEMENS802S、802C系列系统的CNC结构完全相同，可以进行3轴控制/3轴联动；系统带有±10V的主轴模拟量输出接口，可以配具有模拟量输入功能的主轴驱动系统（如：变频器）。2019/12/188SIEMENS802S、802C系列系统可以配OP020独立操作面板与MCP机床操作面板，显示器为7in或5.7in单色液晶显示。集成内置式PLC最大可以控制64点输入与64点输出，PLC的I/O模块与ECU间通过总线连接；系统体积小，结构紧凑，性能价格比高。802D与802S、802C有较大的不同，在功能上比802S/C系统有了改进与提高，系统采用SIEMENSPCU210模块，控制轴数为4轴/4轴联动，可以通过611U伺服驱动器携带10V主轴模拟量输出，以驱动带模拟量输入的主轴驱动系统。系统可以配OP020独立NC键盘、MCP机床操作面板（与802S/C相同），802D采用了10.4in彩色液晶显示器，比802S/C（5.7in或7in单色液晶显示）具有更好的操作性能。系统与驱动、I/O模块间利用PROFIBUS总线进行连接；I/O模块采用了独立的输入、输出单元（PP72/48I/O单元），9每一系统最大可以配备两个PP72/48I/O单元，点数比802S/C系统大大增加，最大可以到144/96点。其伺服驱动与802C相同，通常采用SIEMENS611数字式交流伺服驱动系统，驱动器的调试可以直接利用SIMOCOMU软件完成，调整十分方便。在软件上，802D除保留了SIEMENS传统的编程功能外，主要在以下两方面进行了改进：一是增加了PLC程序“梯形图”显示功能，方便了维修；二是可以使用非SIEMENS代码指令进行编程，系统的开放性更强。2019/12/1810三、SIEMENS810D/840D系统在数字化控制领域，SINUMERIK810D第一次将CNC和驱动控制集成在一块板子上。810系列按功能分有810T、810G、810N；按型号分有810Ⅰ、810Ⅱ、810Ⅲ型。810系列适用于中、低档的中、小型机床。810Ⅰ型适用于车床和铣床，可控制3轴，联动2轴。810Ⅱ型适用于车床、铣床和磨床，可控制4轴，联动3轴。810Ⅲ型适用于车床、铣床、磨床和冲压类机床，可控制5轴，联动3轴。810系列数控装置的主CPU为80186，系统分辨率为lµm，内置PLC为128点输入、64点输出。该系统具有轮廓监控、主轴监控和接口诊断等功能。2019/12/1811SIEMENS810D/840D的系统结构相似，但在性能上有较大的差别。810D采用SIEMENSCCU（CompactControlUnit）模块，最大控制轴数为6轴，1通道工作；840D采用SIEMENSNCU（NumericalControlUnit）模块，处理器为PENTIUM（NCU573）或AMDK6-2（NCU572）或486（NCU571）系列，当采用NCU572或573时，CNC的存储器容量为1GB，最大控制轴数可达31轴，10通道同时工作：采用NCU571时，控制轴数为6轴，2通道同时工作。810D/840D可以在WINDOWS环境下运行，系统功能强大，开放性好，软件十分丰富。系统除具有数字化仿形功能、NURBS插补、样条插补、多项式插补、3D刀补等先进的功能外，还可以配套ShopMill（铣床、加工中心）或ShopTum、AUTOTURN（数控车床）2019/12/1812图形对话式操作、编程软件，直接使用人机对话式编程。系统可以进行2D动态模拟显示与3D立体图形模拟显示。此外，通过配套EASYMASK软件，还可以通过ASCII编辑器进行用户屏幕设计，开放性更强。系统的PLC编程可以采用S7-HiGraph点阵图形辅助编程工具，进行PLC程序设计。该系列NC还具有所谓的神经网络功能，通过自学习、自优化系统，自动完成伺服系统的优化调整，使系统的调整时间大大缩短。由于丰富的软件替代了一部分硬件功能，因此810D/840D硬件的特点是模块少，结构简单，硬件的故障率较低。2019/12/18134.2SIEMENS数控系统组成每一个数控厂家生产的数控系统在产品更新换代工程中，都有一定的继承性，不仅包括硬件的功能，还包括软件的特点，如参数设置、接口设置、基本操作界面等。西门子不同系列的数控产品也不例外，其产品具有较高通用性。本书将以810D/840D系统为例来学习西门子数控系统。一、基本构成SINUMERIK810D/840D是由数控及驱动单元CCU（CompactControlUnit）或NCU（NumericalControlUnit）,人机界面MMC(ManMachineCommunication)，可编程序控制器PLC的I/0模块三部分组成。由于在集成系统时，总是将驱动单元SIMODRIVE611D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。2019/12/18141．数控及驱动单元（1）810D与CCU数控单元是SINUMERIK81OD的核心，它被称为CCU单元，CCU分为CCU1和CCU3，目前我们使用的是CCU3单元。CCU单元内部集成了数控核心CPU和SIMATICPLC的CPU。包括SINUMERIK810D数控软件和PLC软件，带有MPI接口，手轮及测量接口。更集成了SIMODRIVE驱动的功率模块。体现了数控及驱动的完美统一。2019/12/1815CCU单元有两轴版和三轴版两种规格；两轴版用于带两个最大不超过11Nm(9/18A）进给电机的驱动即：2×11Nm。三轴版用于带两个最大不超过9Nm(6/12A）进给电机的驱动和一个9kw(18/36A→FDD或24/32A→MSD）的主轴即：2×9Nm+1×9kw（主轴）。CCU单元上有6个反馈接入口，最大可带6轴，包括1主轴（带位置环），根据需要可在CCU单元右侧扩展SIMODIVE611D模块，使用户配置有更大的灵活性。（2）840D与NCUSINUMERIK840D的数控单元被称为NCU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。2019/12/1816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接口，RS232接口，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。（3）数字驱动数字伺服是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）。172．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