西门子数控系统的基本构造

1西门子数控系统调试,编程和维修概要概述西门子公司数控系统产品结构数控系统的基本构成FM－NC普及型高性能、低价位性能价格802S840D高性能型802D810D普及型NCKMMCPLC数控系统802S802C2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。l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：MMC100.2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,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10.4〞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.MCP3MCP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（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（OperatorPanelInterface）总线，它的传输速率为1.5M/秒。l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。4lPLC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。最多8个SM模块最多四级电源模块（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。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，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。X101操作面板接口（OPI）X102PROFIBUS接口PSPSIMSMSM….SM5X112预留接口（NCU与NCU通讯）X111SIMATIC接口（IM361）X122PCMPI接口(MPI)X121I/O接口（电缆分配盒）H1/H2错误和状态灯H3７段显示S1/S2复位／NMI按钮S3NCK启动开关S4PLC启动开关X130ASIMODRIVE611D接口X130B数字模块I/O扩展接口（仅限于NCU573）X172设备总线接口X173PCMCIA插槽（X173）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6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。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。7NS1/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，＋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。(1PH78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。第二讲系统的调试与操作一．840D系统操作lSI