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1 西门子数控系统装调与维修
西门子数控系统概述
一、西门子数控系统组成 西门子数控系统主要包括：控制及显示单元、PLC 输入/输出单元（PP）、PROFIBUS 总线单元、伺服驱动单元、伺服电机等部分。
二、西门子数控系统的发展历程
1． SINUMERIK 802S/C 系统 SINUMERIK 802S/C 系统专门为低端数控机床市场而开发的经济型CNC 控制系统。802S/C 两个系统具有同样的显示器，操作面板，数控功能，PLC 编程方法等，所不同的只是SINUMERIK 802S 带有步进驱动系统，控制步进电机，可带3 个步进驱动轴及一个±10V 模拟伺服主轴； SINUMERIK 802C 带有伺服驱动系统,它采用传统的模拟伺服±10V 接口,最多可带3 个伺服驱动轴及一个伺服主轴。
2． SINUMERIK 802D 系统 该系统属于中低档系统，其特点是：全数字驱动，中文系统，结构简单(通过PROFIBUS 连接系统面板、I/O 模块和伺服驱动系统)，调试方便。具有免维护性能的SINUMERIK 802D 核心部件-控制面板单元（PCU）具有CNC、PLC、人机界面和通讯等功能，集成的PC 硬件可使用户非常容易地将控制系统安装在机床上。
3．SINUMERIK 840D/810D/840Di 系统 840D/810D 是几乎同时推出的，具有非常高的系统一致性，显示/操作面板、机床操作面板、S7-300PLC、输入/输出模块、PLC 编程语言、数控系统操作、工件程序编程、参数设定、诊断、伺服驱动等许多部件均相同。 SINUMERIK 810D 是840D 的CNC 和驱动控制集成型，SINUMERIK 810D 系统没有驱动接口， SINUMERIK 810D NC 软件选件的基本包含了840D 的全部功能。 采用PROFIBUS-DP 现场总线结构西门子840Di 系统，全PC 集成的SINUMERIK 840Di 数控系统提供了一个基于PC 的控制概念。
4．SINUMERIK 840C 系统 SINUMERIK 840C 系统一直雄居世界数控系统水平之首，内装功能强大的PLC 135WB2，可以控制SIMODRIVE 611A/D 模拟式或数字式交流驱动系统，适合于高复杂度的数控机床。
三、西门子交流驱动系统
1. SIMODRIVE611A：模拟式伺服，配合1FT5 系列进给驱动电机(600V)和1PH7 主轴电机, 可控制主轴，进给轴，及普通异步电机。
2. SIMODRIVE 611D：数字式伺服，配合1FT6/1FK6 系列进给驱动电机和1PH7 主轴电机，可控制主轴，进给轴等，只能配合810D、840D、840C 数控系统。
3. SIMODRIVE 611U：通用型伺服，可接收模拟信号或数字信号（PROFIBUS）,可以进行位置控制、速度控制及转矩控制。配合1FT6/1FK6 和1PH7 电机，是理想的驱动系统解决方案之一。
4. SIMODRIVE 611UE：通用E 型伺服，通过PROFIBUS 接连，其余同611U。
SINUMERIK 802D 数控系统的部件连接
一、连接总图及各个功能部件功能、接口介绍 数控单元(PCU)中集成了人机界面、数控运算和可编程控制系统（PLC）三个功能软件。 2 与之配套的有：数控编程键盘、手轮、机床控制面板、数字量输入输出模块以及伺服驱动系统。
1、802D 基本组件及功能介绍:
1.系统控制及显示单元（PCU）:系统单元与显示单元合为一体,既紧凑又方便连接。 此单元为核心单元有一块486工控机作主控CPU,其负责数控运算、界面管理、PLC逻辑运算等。其显示单元为一10.4吋真彩液晶显示屏（OP），与键盘输入单元组成人机界面。 该单元与系统其他单元间的通讯采用 PROFIBUS 现场总线，另有2个RS232接口与外界通讯。
2.PLC 输入/输出单元（PP）: 144点输入，96点输出。由 PROFIBUS 完成与PCU 的通讯（2块）。
3.PROFIBUS 总线单元：由PROFIBUS子模块、各单元上相应的PROFIBUS接口以及 PROFIBUS总线电缆组成。PROFIBUS 总线连接时要求各接点进出方向正确，两根线不交叉且连接可靠，屏蔽接牢。各接点插头上的设置开关严格遵循终端为“ON”，中间各接点为“OFF” 的原则。
4.SIMODIVE611U 数字伺服驱动单元：由电源模块、功率模块、611U控制模块组成。其中电源模块负责将380V交流电转换成600V直流母线电压。
5.伺服电机：通常有1FK6/1FK7/1FT6，主轴电机：1PH7等。 2、802D 各单元间的连接: SINUMERIK 802D数控系统是基于PROFIBUS总线的数控系统。信号都是通过PROFIBUS传送的。
三、供电与接地
1. 数控系统供电：1.数控系统采用24V 直流供电，要选择好直流稳压电源的容量。
2.数控系统中需要直流24V 供电部件有：数控系统和键盘、机床控制面板、数字输入输出模块等。
3.尽可能采用单独的24V DC 电源为数字输出外部供电。
4．驱动电源供电 驱动电源模块将三相交流进线电源转化为600V 直流，并通过直流母线为功率模块供电，电源模块中没有制动电阻，采用向电网馈电方式制动，必须对其上电与断电的时序进行控制。为了保证驱动器就绪信号有效，端子NS1 与NS2 必须短接。
5．接地.数控系统的电源共地连接指24V 直流电源的0V 与保护地PE 连接.
6.需将电动机的动力电缆的屏蔽层与驱动器的屏蔽连接架连接，或将伺服电动机电缆的屏蔽网与接地体保持良好接触。
四、部件连接,按照图纸要求，完成部件连接。
五、连接操作注意事项 通电前，要认真检查模块的接线，确保连接正确无误。 实验内容:
1.802D的各部件的正确连接
2.了解PROFIBUS现场总线的连接要点 6 实训练习 实验步骤: a.
系统连接步骤说明：
① 系统核心部分PCU 通过连接插座X9，PROFIBUS 电缆6XV1 830-0EH10，与PP72/48、 SIMODRIVE 等设备连接；
②系统操作面板OP020 与机床操作面板MCP 之间有扁平电缆将X111 与X1201；X222 与X1202 相连；
③PCU 通过X8 与电源相连接；
④PCU 通过X14/X15/X16 连接手轮；
⑤PCU 通过X10 与键盘连接；
⑥PP72/48 通过X1 与电源连接；
⑦PP72/48 通过X333 与机床信号；
⑧电机通过电缆6FX与功率模块相连接；
⑨电机通过电缆6FX与伺服模块611UE 相连接；
⑩611 电源模块通过直流母线给功率模块供电；
b.实验台上的线路连接；
c. 通电前的线路检查 通电前，首先测量各电源电压是否正常。 ·用万用表ACV 档测量AC380V 是否正常：断开各变压器次级，用万用表ACV 档测量各次级电压是否正常，如正常将电路恢复。 ·用万用表DCV 档测量开关电源输出电压是否正常（DC24V）：断开DC24V 输出端，给开关电源供电，用万用表DCV 档测量其电压，如正常即可进行下一步。 ·断开电源，用万用表电阻档测量各电源输出端对地是否短路。 ·按图纸要求将电路恢复。
思考题：
1、802D 系统由那些部分组成？各部分分别起什么作用？
2、数控系统内置可编程控制器起什么作用
3. PROFIBUS 现场总线的连接要点
单元三 西门子PLC 应用编程
一、 西门子PLC 应用程序设计规范
1. PLC 应用程序的模块化和文档化
2. PLC 应用程序的版本管理
3. PLC 基本指令说明 1） PLC 编程语言Micro/Win 的基本操作符号 2） PLC 基本指令说明：位逻辑指令、整数算术运算指令、比较指令、计数计时指令等。
二、西门子PLC 编程工具介绍
Programming Tool PLC 802 Version 3.1 软件的应用。 在PLC 编程工具中有许多操作窗口：
1.梯形图编辑窗口，
2.符号表窗口，
3.状态图窗口，
4.交叉引用窗口，
5.诊断窗口等。
三、西门子PLC 软件编程 PLC 应用程序采用主程序OB1 和子程序SBR 结构。一个PLC 应用程序程序由许多PLC 梯形图网络构成。通常将隶属于同一功能的网络集成到一起构成一个PLC 子程序。 其中主程序OB1 起到组织作用，来调用各种功能的子程序。子程序SBR 来完成各个功能。并由主程序来调用。
1、主程序（MAIN）结构分析
2、子程序结构分析 四、西门子PLC 程序传送（下载） PLC 程序的下载与上载通过系统和 PC 机上的RS232 接口进行的（注意：在作PLC 传输时，请一定将系统上STEP7 连接激活，使其变成有效，否则会传输失败）。
1、在计算机与数控系统断电的情况下，将RS232 电缆与802D PCU 模块上的串行口（X6）以及计算机的COM1 口相连；然后打开计算机与802D。
2、在电脑侧打开PT802 V3.1，并打开需要下载的程序，在Communication 栏内，选择： Interface Com1 Remote address 2 Transmission Rate 38.4 kbps 在802D 侧的PLC 菜单里将“STEP7 连接”激活为有效(其他设置均为缺省值)。
3、点击 “Done load”菜单，下载程序，此间需使PLC 停止运行。 当计算机侧出现“Done load was successful”时，下载结束。点击“RUN”菜单，重新运行PLC。 8 单元四 基本控制逻辑的实现
一、伺服驱动器使能控制 为了保证数控系统与伺服驱动系统的安全可靠运行，其中有许多使能控制信号，只有当所有的使能条件全部满足后，伺服电机与伺服主轴才能工作。
二、急停和限位控制
1.急停控制：其目的是在紧急情况下，使机床上所有运动部件制动，并在最短的时间内停止。
2.限位控制：限位控制也是数控机床的一个基本安全功能。可分为：硬限位、软限位，其中硬限位是数控机床的外部安全措施，而软限位则是数控系统的内部安全功能。加工区域限制属于另一种形式上的软限位。
三、机床面板基本操作功能控制
1.进给倍率和主轴倍率：在机床控制面板上的倍率选择开关用于进给轴或主轴的速度修调。通常采用编码式旋转波段开关作为倍率选择开关。其编码方式有：格林码或二进制码两种。
2.电子手轮：利用电子手轮可在手动方式下移动坐标轴，进行工具原点和刀具参数的设定，手轮每一刻度称为1 个增量，其硬件接口采用RS-422 标准的差分协议。
3.进给轴的手动控制：手动移动坐标轴时，既可以采用连续点动方式，也可以采用增量点动方式。
4.程序运行控制选项：数控系统均配备了零件程序运行的控制选项，这些选项既可通过人机界面的选择窗口激活，也可通过机床控制面板上的选择键激活。
四、车床刀架控制
1.电动刀架控制原理：数控系统发出换刀信号，刀架电机正转继电器动作，电机正转，通过减速机构和升降机构将上刀体上升至一定位置，离合盘起作用，带动上刀体旋转到所选择刀位，发讯盘发出刀位信号，刀架电机反转继电器动作，电机反转，完成初定位后上刀体下降，齿牙盘啮合，完成精确定位，并通过升降机构锁紧刀架。
2.电动刀架设定：电动刀架可为四或六工位（即刀架上可装四或六把刀具），机床数据MD14510[20]所设定的数据应与刀架工位相吻合。每把刀具都有一固定刀号，通过霍尔开关进行到位检测。到位信号经故障设置引至I/O 演示板下方的接插件上。刀架电机顺时针旋转时为选刀过程，逆时针旋转时为锁紧过程，锁紧时间由机床数据MD14510[22]决定（一般根据具体刀架，可设为1～1.6S 左右）。
2. 电动刀架PLC 控制程序：梯形图程序参见多媒体课件。
9 单元五 西门子数控系统参数
一、 机床参数的功能
1.机床数据是数控系统与机床以及伺服驱动之间匹配的媒介。
2.机床数据是数控系统功能管理和开放的钥匙。
3．机床数据是机床动态特性的调节阀门。
4.机床数据为PLC 逻辑控制提供灵活的方式。
二、机床参数分类与设定
1．通用机床数据
2．轴机床数据 主要是与机床各运行轴相关的机械电气参数。 1）机床进给轴及相关机床数据； 2）机床主轴及相关机床数据。
3．PLC 机床数据 与PLC 相关的机床数据。
4．伺服驱动数据 MD880: 电机转速； 10 MD918: PROFIBUS 地址； MD1005: 电机编码器每转脉冲数； MD1120：电流环增益； MD1121: 电流环积分时间； MD1407/MD1408:速度环增益； MD1409/MD1410:速度环积分时间。
5．其他机床数据 显示机床数据。 单元六 西门子数控系统的数据保护 SINUMERIC 802D 系统配备了32M 静态存储器SRAM 与16M 高速闪存FLASH ROM 两种存储器，静态存储器区存放工作数据（可修改），高速闪存区存放固定数据，通常作为数据备份区，以及存放系统程序。
一、 西门子802D 数控系统数据存储方法
1.机内存储
2.机外存储
3.PC 卡存储
二、西门子802D 数控系统两种起动方法
1. 冷启动: S1 开关选择。
2. 热启动 操作面板选择。
三、西门子802D 数控系统三种起动方法
1.方式0：正常上电启动。
2.方式1：缺省值上电启动。
3.方式2：按存储数据上电启动。
四、机床数据的保护
1.机内存储 机内存储即将静态存储器SRAM 区已修改过的有用数据存放到高速闪存 FLASH ROM 区保存。通常系统断电后，SRAM 区的数据由高能电容C 上的电压进行保持，对于长期不通电的机床，SRAM 区的数据将丢失。当重新上电时，系统启动过程中自动调用备份数据区上一次存储的机床数据，若没有做过数据存储则在启动过程中自动调用出厂数据。机内存储即数据存储功能是一种不需任何工具的方便快速的数据保护方法。
2.机外存储 11 通过RS232 串行口传输。
3.存储卡存储 通过数控系统的存储操作（见右图）
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