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1 西門子數控系統裝調與維修
西門子數控系統概述
一、西門子數控系統組成 西門子數控系統主要包括：控制及顯示單元、PLC 輸入/輸出單元（PP）、PROFIBUS 總線單元、伺服驅動單元、伺服電機等部分。
二、西門子數控系統的發展歷程
1． SINUMERIK 802S/C 系統 SINUMERIK 802S/C 系統專門為低端數控機床市場而開發的經濟型CNC 控制系統。802S/C 兩個系統具有同樣的顯示器，操作面板，數控功能，PLC 編程方法等，所不同的只是SINUMERIK 802S 帶有步進驅動系統，控制步進電機，可帶3 個步進驅動軸及一個±10V 模擬伺服主軸； SINUMERIK 802C 帶有伺服驅動系統,它采用傳統的模擬伺服±10V 接口,zui多可帶3 個伺服驅動軸及一個伺服主軸。
2． SINUMERIK 802D 系統 該系統屬于中低檔系統，其特點是：全數字驅動，中文系統，結構簡單(通過PROFIBUS 連接系統面板、I/O 模塊和伺服驅動系統)，調試方便。具有免維護性能的SINUMERIK 802D 核心部件-控制面板單元（PCU）具有CNC、PLC、人機界面和通訊等功能，集成的PC 硬件可使用戶非常容易地將控制系統安裝在機床上。
3．SINUMERIK 840D/810D/840Di 系統 840D/810D 是幾乎同時推出的，具有非常高的系統*性，顯示/操作面板、機床操作面板、S7-300PLC、輸入/輸出模塊、PLC 編程語言、數控系統操作、工件程序編程、參數設定、診斷、伺服驅動等許多部件均相同。 SINUMERIK 810D 是840D 的CNC 和驅動控制集成型，SINUMERIK 810D 系統沒有驅動接口， SINUMERIK 810D NC 軟件選件的基本包含了840D 的全部功能。 采用PROFIBUS-DP 現場總線結構西門子840Di 系統，全PC 集成的SINUMERIK 840Di 數控系統提供了一個基于PC 的控制概念。
4．SINUMERIK 840C 系統 SINUMERIK 840C 系統一直雄居世界數控系統水平，內裝功能強大的PLC 135WB2，可以控制SIMODRIVE 611A/D 模擬式或數字式交流驅動系統，適合于高復雜度的數控機床。
三、西門子交流驅動系統
1. SIMODRIVE611A：模擬式伺服，配合1FT5 系列進給驅動電機(600V)和1PH7 主軸電機, 可控制主軸，進給軸，及普通異步電機。
2. SIMODRIVE 611D：數字式伺服，配合1FT6/1FK6 系列進給驅動電機和1PH7 主軸電機，可控制主軸，進給軸等，只能配合810D、840D、840C 數控系統。
3. SIMODRIVE 611U：通用型伺服，可接收模擬信號或數字信號（PROFIBUS）,可以進行位置控制、速度控制及轉矩控制。配合1FT6/1FK6 和1PH7 電機，是理想的驅動系統解決方案之一。
4. SIMODRIVE 611UE：通用E 型伺服，通過PROFIBUS 接連，其余同611U。
SINUMERIK 802D 數控系統的部件連接
一、連接總圖及各個功能部件功能、接口介紹 數控單元(PCU)中集成了人機界面、數控運算和可編程控制系統（PLC）三個功能軟件。 2 與之配套的有：數控編程鍵盤、手輪、機床控制面板、數字量輸入輸出模塊以及伺服驅動系統。
1、802D 基本組件及功能介紹:
1.系統控制及顯示單元（PCU）:系統單元與顯示單元合為一體,既緊湊又方便連接。 此單元為核心單元有一塊486工控機作主控CPU,其負責數控運算、界面管理、PLC邏輯運算等。其顯示單元為一10.4吋真彩液晶顯示屏（OP），與鍵盤輸入單元組成人機界面。 該單元與系統其他單元間的通訊采用 PROFIBUS 現場總線，另有2個RS232接口與外界通訊。
2.PLC 輸入/輸出單元（PP）: zui大144點輸入，96點輸出。由 PROFIBUS 完成與PCU 的通訊（2塊）。
3.PROFIBUS 總線單元：由PROFIBUS子模塊、各單元上相應的PROFIBUS接口以及 PROFIBUS總線電纜組成。PROFIBUS 總線連接時要求各接點進出方向正確，兩根線不交叉且連接可靠，屏蔽接牢。各接點插頭上的設置開關嚴格遵循終端為“ON"，中間各接點為“OFF" 的原則。
4.SIMODIVE611U 數字伺服驅動單元：由電源模塊、功率模塊、611U控制模塊組成。其中電源模塊負責將380V交流電轉換成600V直流母線電壓。
5.伺服電機：通常有1FK6/1FK7/1FT6，主軸電機：1PH7等。 2、802D 各單元間的連接: SINUMERIK 802D數控系統是基于PROFIBUS總線的數控系統。信號都是通過PROFIBUS傳送的。
三、供電與接地
1. 數控系統供電：1.數控系統采用24V 直流供電，要選擇好直流穩壓電源的容量。
2.數控系統中需要直流24V 供電部件有：數控系統和鍵盤、機床控制面板、數字輸入輸出模塊等。
3.盡可能采用單獨的24V DC 電源為數字輸出外部供電。
4．驅動電源供電 驅動電源模塊將三相交流進線電源轉化為600V 直流，并通過直流母線為功率模塊供電，電源模塊中沒有制動電阻，采用向電網饋電方式制動，必須對其上電與斷電的時序進行控制。為了保證驅動器就緒信號有效，端子NS1 與NS2 必須短接。
5．接地.數控系統的電源共地連接指24V 直流電源的0V 與保護地PE 連接.
6.需將電動機的動力電纜的屏蔽層與驅動器的屏蔽連接架連接，或將伺服電動機電纜的屏蔽網與接地體保持良好接觸。
四、部件連接,按照圖紙要求，完成部件連接。
五、連接操作注意事項 通電前，要認真檢查模塊的接線，確保連接正確無誤。 實驗內容:
1.802D的各部件的正確連接
2.了解PROFIBUS現場總線的連接要點 6 實訓練習 實驗步驟: a.
系統連接步驟說明：
① 系統核心部分PCU 通過連接插座X9，PROFIBUS 電纜6XV1 830-0EH10，與PP72/48、 SIMODRIVE 等設備連接；
②系統操作面板OP020 與機床操作面板MCP 之間有扁平電纜將X111 與X1201；X222 與X1202 相連；
③PCU 通過X8 與電源相連接；
④PCU 通過X14/X15/X16 連接手輪；
⑤PCU 通過X10 與鍵盤連接；
⑥PP72/48 通過X1 與電源連接；
⑦PP72/48 通過X333 與機床信號；
⑧電機通過電纜6FX與功率模塊相連接；
⑨電機通過電纜6FX與伺服模塊611UE 相連接；
⑩611 電源模塊通過直流母線給功率模塊供電；
b.實驗臺上的線路連接；
c. 通電前的線路檢查 通電前，首先測量各電源電壓是否正常。 ·用萬用表ACV 檔測量AC380V 是否正常：斷開各變壓器次級，用萬用表ACV 檔測量各次級電壓是否正常，如正常將電路恢復。 ·用萬用表DCV 檔測量開關電源輸出電壓是否正常（DC24V）：斷開DC24V 輸出端，給開關電源供電，用萬用表DCV 檔測量其電壓，如正常即可進行下一步。 ·斷開電源，用萬用表電阻檔測量各電源輸出端對地是否短路。 ·按圖紙要求將電路恢復。
思考題：
1、802D 系統由那些部分組成？各部分分別起什么作用？
2、數控系統內置可編程控制器起什么作用
3. PROFIBUS 現場總線的連接要點
單元三 西門子PLC 應用編程
一、 西門子PLC 應用程序設計規范
1. PLC 應用程序的模塊化和文檔化
2. PLC 應用程序的版本管理
3. PLC 基本指令說明 1） PLC 編程語言Micro/Win 的基本操作符號 2） PLC 基本指令說明：位邏輯指令、整數算術運算指令、比較指令、計數計時指令等。
二、西門子PLC 編程工具介紹
Programming Tool PLC 802 Version 3.1 軟件的應用。 在PLC 編程工具中有許多操作窗口：
1.梯形圖編輯窗口，
2.符號表窗口，
3.狀態圖窗口，
4.交叉引用窗口，
5.診斷窗口等。
三、西門子PLC 軟件編程 PLC 應用程序采用主程序OB1 和子程序SBR 結構。一個PLC 應用程序程序由許多PLC 梯形圖網絡構成。通常將隸屬于同一功能的網絡集成到一起構成一個PLC 子程序。 其中主程序OB1 起到組織作用，來調用各種功能的子程序。子程序SBR 來完成各個功能。并由主程序來調用。
1、主程序（MAIN）結構分析
2、子程序結構分析 四、西門子PLC 程序傳送（下載） PLC 程序的下載與上載通過系統和 PC 機上的RS232 接口進行的（注意：在作PLC 傳輸時，請一定將系統上STEP7 連接激活，使其變成有效，否則會傳輸失敗）。
1、在計算機與數控系統斷電的情況下，將RS232 電纜與802D PCU 模塊上的串行口（X6）以及計算機的COM1 口相連；然后打開計算機與802D。
2、在電腦側打開PT802 V3.1，并打開需要下載的程序，在Communication 欄內，選擇： Interface Com1 Remote address 2 Transmission Rate 38.4 kbps 在802D 側的PLC 菜單里將“STEP7 連接"激活為有效(其他設置均為缺省值)。
3、點擊 “Done load"菜單，下載程序，此間需使PLC 停止運行。 當計算機側出現“Done load was successful"時，下載結束。點擊“RUN"菜單，重新運行PLC。 8 單元四 基本控制邏輯的實現
一、伺服驅動器使能控制 為了保證數控系統與伺服驅動系統的安全可靠運行，其中有許多使能控制信號，只有當所有的使能條件全部滿足后，伺服電機與伺服主軸才能工作。
二、急停和限位控制
1.急停控制：其目的是在緊急情況下，使機床上所有運動部件制動，并在zui短的時間內停止。
2.限位控制：限位控制也是數控機床的一個基本安全功能。可分為：硬限位、軟限位，其中硬限位是數控機床的外部安全措施，而軟限位則是數控系統的內部安全功能。加工區域限制屬于另一種形式上的軟限位。
三、機床面板基本操作功能控制
1.進給倍率和主軸倍率：在機床控制面板上的倍率選擇開關用于進給軸或主軸的速度修調。通常采用編碼式旋轉波段開關作為倍率選擇開關。其編碼方式有：格林碼或二進制碼兩種。
2.電子手輪：利用電子手輪可在手動方式下移動坐標軸，進行工具原點和刀參數的設定，手輪每一刻度稱為1 個增量，其硬件接口采用RS-422 標準的差分協議。
3.進給軸的手動控制：手動移動坐標軸時，既可以采用連續點動方式，也可以采用增量點動方式。
4.程序運行控制選項：數控系統均配備了零件程序運行的控制選項，這些選項既可通過人機界面的選擇窗口激活，也可通過機床控制面板上的選擇鍵激活。
四、車床刀架控制
1.電動刀架控制原理：數控系統發出換刀信號，刀架電機正轉繼電器動作，電機正轉，通過減速機構和升降機構將上刀體上升至一定位置，離合盤起作用，帶動上刀體旋轉到所選擇刀位，發訊盤發出刀位信號，刀架電機反轉繼電器動作，電機反轉，完成初定位后上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精確定位，并通過升降機構鎖緊刀架。
2.電動刀架設定：電動刀架可為四或六工位（即刀架上可裝四或六把刀），機床數據MD14510[20]所設定的數據應與刀架工位相吻合。每把刀都有一固定刀號，通過霍爾開關進行到位檢測。到位信號經故障設置引至I/O 演示板下方的接插件上。刀架電機順時針旋轉時為選刀過程，逆時針旋轉時為鎖緊過程，鎖緊時間由機床數據MD14510[22]決定（一般根據具體刀架，可設為1～1.6S 左右）。
2. 電動刀架PLC 控制程序：梯形圖程序參見多媒體課件。
9 單元五 西門子數控系統參數
一、 機床參數的功能
1.機床數據是數控系統與機床以及伺服驅動之間匹配的媒介。
2.機床數據是數控系統功能管理和開放的鑰匙。
3．機床數據是機床動態特性的調節閥門。
4.機床數據為PLC 邏輯控制提供靈活的方式。
二、機床參數分類與設定
1．通用機床數據
2．軸機床數據 主要是與機床各運行軸相關的機械電氣參數。 1）機床進給軸及相關機床數據； 2）機床主軸及相關機床數據。
3．PLC 機床數據 與PLC 相關的機床數據。
4．伺服驅動數據 MD880: 電機轉速； 10 MD918: PROFIBUS 地址； MD1005: 電機編碼器每轉脈沖數； MD1120：電流環增益； MD1121: 電流環積分時間； MD1407/MD1408:速度環增益； MD1409/MD1410:速度環積分時間。
5．其他機床數據 顯示機床數據。 單元六 西門子數控系統的數據保護 SINUMERIC 802D 系統配備了32M 靜態存儲器SRAM 與16M 高速閃存FLASH ROM 兩種存儲器，靜態存儲器區存放工作數據（可修改），高速閃存區存放固定數據，通常作為數據備份區，以及存放系統程序。
一、 西門子802D 數控系統數據存儲方法
1.機內存儲
2.機外存儲
3.PC 卡存儲
二、西門子802D 數控系統兩種起動方法
1. 冷啟動: S1 開關選擇。
2. 熱啟動 操作面板選擇。
三、西門子802D 數控系統三種起動方法
1.方式0：正常上電啟動。
2.方式1：缺省值上電啟動。
3.方式2：按存儲數據上電啟動。
四、機床數據的保護
1.機內存儲 機內存儲即將靜態存儲器SRAM 區已修改過的有用數據存放到高速閃存 FLASH ROM 區保存。通常系統斷電后，SRAM 區的數據由高能電容C 上的電壓進行保持，對于長期不通電的機床，SRAM 區的數據將丟失。當重新上電時，系統啟動過程中自動調用備份數據區上一次存儲的機床數據，若沒有做過數據存儲則在啟動過程中自動調用出廠數據。機內存儲即數據存儲功能是一種不需任何工具的方便快速的數據保護方法。
2.機外存儲 11 通過RS232 串行口傳輸。
3.存儲卡存儲 通過數控系統的存儲操作（見右圖）
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