西门子840D数控系统维修与调试

西门子840D数控系统调试,编程和维修概要 

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(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：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(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 PanelInterface）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（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。

l  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。

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。

  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。

第二讲 系统的调试与操作

一．840D系统操作

l  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。 

l  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,也可以从程序区里调程序到MDA缓冲区来.

·REPOS:重定位功能,有时在程序自动执行时需要停下来把刀具移开检测工件,然后接着执行程序,需要重定位功能,操作方法是在自动方式下暂停程序执行,转到手动,移开相应的轴,要重新执行程序时,转到重定位方式,按相应的轴移动按钮,回到程序中断点,按启动键程序继续执行.注意在这个过程中不能按复位键.

·程序模拟:840D支持在程序正式运行前进行图形模拟,以减少程序的故障率,但由于MMC系统的不同,模拟的方法不一样,在MMC103上,程序模拟完全在MMC上执行,故模拟中不会对NCK产生影响,但在MMC100.2上,程序模拟在NCK里面执行,与程序实际执行情况一样,因此在模拟前务必要选择程序测试,如果还要提高模拟速度,还可以选择空运行.

二．系统的连接与调试

（一）硬件的连接

1.       SINUMERIK810D/840D系统的硬件连接从两方面入手：]

其一，根据各自的接口要求，先将数控与驱动单元，MMC，PLC三部分分别连接正确：

（1） 源模块X161种9，112，48的连接；驱动总线和设备总线；最右边模块的终端电阻（数控与驱动单元）。

（2）MMC及MCP的+24V电源千万注意极性（MMC）。

（3）PLC模块注意电源线的连接；同时注意SM的连接。

其二，将硬件的三大部分互相连接，连接时应注意：

（1） PI和OPI总线接线一定要正确。

（2） CU或NCU与S7的IM模块连线。

2．检查

在正确完成所有机械的和电气的安装工作后即可进行通电，调试工作；而首先要做的就是开机准备工作，它可确保控制系统及其组件启动正常，并满足EMC检测条件

全部系统连线完成后需要做一些必要的检查，内容如下：

·屏蔽：（1）确保所使用的电缆符合西门子提供的接线图中的要求；

（2）确保信号点栏屏蔽两端都与机架或机壳连通。

      对于外部设备（如打印机，编程器等），标准的单端屏蔽的电缆也可以用。但一旦控制系统进行正常运行，则应不接这些外部设备为宜；如一定要接入，则连接电缆应两端屏蔽。

·EMC(Electromagnetic Compatibility)检测条件：

（1） 信号线与动力线尽可能分开远一些；

（2） 从NC或PLC出发的活到NC或PLC得线缆应使用SIEMENS提供的电缆；

（3） 信号线不要太靠近外部强的电磁场（如点机和变压器）；

（4） HC/HV脉冲回路电缆必须完全与其他所有电缆分开敷设；

（5） 如果信号线无法与其它电缆分开，则应走屏蔽穿线管（金属）；

（6） 下列距离应尽可能小：

——信号线与信号线

——信号线预辅助等电位端

——等电位端和PE（走在一起）

·防护ESD(Electromaqnetic Sensitive Device)组件检测条件：

（1） 处理带静电模块时，应保证其正常接地；

（2） 如避免不了接处电子模块，则请不要触摸模块上组件的针脚或其他导电部位；

（3） 触摸组件必须保证人体通过放静电装置（腕带或胶鞋）与大地连接；

（4） 模块应北方旨在导电表面上（放静电包装材料如导电橡胶等）；

（5） 模块不应靠近VDU，监视器或电视机（离屏幕勿近与10cm）；

（6） 模块不要与可充电的电绝缘材料接触(如塑料与纤维织物)；

（7） 测量的前提条件

——测量仪器接地

——绝缘仪器上的测量头预先放过电

（二）调试

l  NC和PLC总清

由于是第一次通电，启动，所以有必要对系统做一次总清或总复位。

1．NC总清

NC总清操作步骤如下：

·将NC启动开关S3―→“1”;

·启动NC，如NC已启动，可按一下复位按钮S1;

·待NC启动成功，七端显示器显示“6”，将S3―→“0”；NC总清执行完成     

    NC 总清后，SRAM内存中的内容被全部清掉，所有机器数据（Machine Data）被预置为缺省值。

  2．PLC总清

    PLC总清操作步骤如下：

      ·将PLC启动开关S4―→“2”;=〉PS灯会亮；

      ·S4―→“3”并保持3秒等到PS等再次亮；=〉PS灯灭了又再亮；

      ·在3秒之内，快速地执行下述操作S4：“2”―→“3”―→“2”；=>PS灯先闪，后又亮，PF灯亮（有时PF等不亮）；

      ·等PS和PF等亮了，S4―→“0”;=>PS和PF灯灭，而PR灯亮。

    PLC总清执行完成，PLC总清后，PLC程序可通过STEP7软件传至系统，如PLC总清后屏幕上有报警可作一次NCK复位（热启动）。

l  开机与启动

   第一次启动后，NCU状态显示（一个七段显示器及一个复位按钮S1两列状态显示灯及两个启动开关S3和S4。（如下图）

   在确定S3和S4均设定位“0”，则此时就可以开机启动了，经过大约几十秒钟，当七段显示器显示“6”时，表明NCK上电正常；此时，“+5V”和“SF”灯亮，表明系统正常；但驱动尚未使能，而PLC状态泽“PR”灯亮，表明PLC运行正常。

  ·MMC:MMC的启动时通过OP显示来确认的，如果是MMC100.2，在启动的最后，在屏幕的下面会显示一行信息“Wait For NCU Connection：×× Seconds”如MMC与NCU通讯成功，则SINUMERIK 810D/840D的基本显示会出现在屏幕上，一般是“机床”操作区，而MMC103,由于它是可以带硬盘的，所以在它的背后也有一个七段显示器，如MMC103启动成功后它会显示一个“8”字。

  ·MCP:在PLC启动过程中，MCP上的所有灯饰不停闪烁的，一旦PLC成功启动，且基本程序状如则只有在OB1种调用FC19或FC25，那么MCP上的灯不再闪烁，此时MCP即可以使用。

  ·DRIVE SYSTEM:只有NC,PLC和MMC都正常启动后，最后考虑驱动系统。首先必须完成驱动的配置，对于MMC100.2，需借助于“SIMODRIVE 611D”Start-up Tool软件，而MMC103可直接在OP031上做，然后用PLC处理相应信号即可。

   这样，系统再启动后，SF灯应灭掉。

840D NCU模块控制和显示元素

l  数据备份

    在进行调试时，为了提高效率不做重复性工作，需对所调试数据适时地做备份。在机床出厂前，为该机床所有数据留档，也需对数据进行备份。

   SINUMERIK 810D/840D的数据分为三种：NCK数据

                                      PLC数据

                                    MMC数据

有两种数据备份的方法：

1.系列备份（Series Start-up）:

特点：（1）用于回装和启动同SW版本的系统

（2）包括数据全面，文件个数少（*.arc）

       （3）数据不允许修改，文件都用二进制各式（或称作PC格式）

种的DATA）

  特点：（1）用于回装不同SW版本的系统

       （2）文件个数多（一类数据，一个文件）

       （3）可以修改，大多数文件用“纸带格式：即文本格式”

做数据备份需以下辅助工具：

     ·PCIN软件

     ·V24电缆（6FX2002-1AA01-0BF0）

     ·PG740（或更高型号）或PC

※ 由于MMC103可带软驱，硬盘，NC卡等；它的数据备份更加灵活，可选择不同的存储目标，以其为例介绍具体操作步骤：

·数据备份

（1）在主菜单中选择“Service”操作区；

（2）按扩展件“｝”―→“Series Start-up”选择存档内容NC,PLC,MMC并定义存档文件名；

（3） 从垂直菜单中，选择一个作为存储目标：

V.24    ―→指通过V.24电缆船只外部计算机（PC）；

PG      ―→编程器（PG）；

Disk    ―→MMC所带的软驱中的软盘；

Archive ―→硬盘；

NC Card ―→NC卡。

      选择其中V.24和PG时，应按“Interface”软件键，设定接口V.24参数；

  （4）若选择备份数据到硬盘，则:“Archive”（垂直菜单）―→“Start”.

 ·数据恢复

MMC103的操作步骤（从硬盘上恢复数据）：

       a:“Service”；

       b:扩展键“｝”；

       c:“Series Start-up”；

       d:“Read Start-up Archive”（垂直菜单）；

       e:找到存档文件，并选中“OK”；

       f:“Start”（垂直菜单）；

    无论是数据备份还是数据恢复，都是在进行数据的传送，传送的原则是：

    一．永远是准备接收数据的一方先准备好，处于接受状态；

二．两端参数设定一致。

第三讲  编程

l  坐标系

1．工件坐标系

   工件零点是原始工件坐标系的原点

   直角坐标：用坐标所达到这个点来确定坐标系中的点

   极坐标：用半径和角来测量工件或工件的一部分

2．绝对坐标：所有位置参数与当前有效原点相关，表示刀具将要到达的位置

   增量坐标：如果尺寸并非项对于原点，而是相对于工件上的另一个点时，就要用增量坐标。用增量坐标来确定尺寸，可以避免对这些尺寸进行转换。增量坐标参照前一个电的位置数据，适用于刀具的移动，是用来描述刀具移动的距离

3. 平面：   用两个坐标轴来确定一个平面，第3个坐标轴与该平面相垂直，并确定刀具的横切方向。编程时，要确定加工面以便于控制系统能准确计算出刀具偏置值。

  平面           标识              横切方向

G17            X/Y                  Z

G18            Z/X                  Y

G19            Y/Z                  X

4.零点的位置

在NC机床上可以确定不同的原点和参考点位置，这些参考点：

·用于机床定位

    ·对工件尺寸进行编程   

它们是：

M=机床零点

A=卡盘零点，可以与工件龄点重合（值用于车床）  

W=工件零点=程序零点                                      

B=起始点，可以给每个程序确定起始点，起始点是第一个刀具开始加工的地方 

R=参考点，用凸轮和测量系统来确定位置，必须先知道到机床零点的距离，这样才能精确设定轴的位置：

·建立坐标系                                                     R

      1．带机床零点M的机床坐标                       X       B

2．基础坐标系（也可以使工件坐标系W）                          

3．带工件零点W的工件坐标系                                      

4．带当前被一懂得工件零位Wa的

      当前工件坐标系                          M       A   W    Z

l  轴的确立

编程时，通常用到以下轴：

机床轴：可以在机床数据中设置轴的识别符，识别符：X1、Y1、Z1、A1、B1、C1、U1、V1、AX1、AX2等；

通道轴：所有在一个通道中移动的轴，识别符：X、Y、Z、A、B、C、U、V

几何轴：主要轴，一般有X、Y、Z；

特定轴：无需确定特定轴之间的几何关系，如转塔位置U、尾座V；

路径轴：确定路径和刀具的运动，该路径的被编程进给率有效，在NC程序中用FGROUP来确定路径轴；

同步轴：指从编程的起点到终点移动同步的轴 ；

定位轴：典型定位轴由零件承载、卸载的加载器，刀库/转塔等，标识符：POS,POSA,POSP等

指令轴（运动同步轴）：由同步运动的指令生成指令轴，它们可以被定位，启动和停止，可与工件程序完全不同步。指令轴是独立的插补，每个指令轴有自己的轴插补和进给率

连接轴：指与另一个NCU箱连接的实际存在的轴，它们的位置会受到这个NCU的控制，连接轴可以被动态分派给不同的NCU通道

PLC轴：通过特定功能用PLC对PLC轴进行移动，它们的运动可以与所有其他所有的轴不同步，移动运动的产生于路径和同步运动无关；

 ·几何轴，同步轴和定位轴都是可以被编程的。

 ·根据被编程的移动指令，用进给率F，使轴产生移动。

 ·同步轴与路径轴同步移动，并用同样的时间移动所有的路径轴。

 ·定位轴移动与所有其它轴异步，这些移动运动与路径和同步运动无关。

 ·由PLC控制PLC轴，并产生与其他所有轴不同步的运动，移动运动与路径和同步运动无关

l  编程语言

·编程地址与含义

           地址                   含义

N                     程序编号的地址

10                    程序段编号

G                     预备功能

X,Y,Z                 位置数据 插补参数

F                     进给

S                     主轴速度

T                     刀具编号

D                     刀具偏置编号

M                     杂用功能

H                     辅助功能

·数据类型

   类型     含义                              数值范围

   INT      带正负号的整数                    ±（2³¹-1）

   REAL     实数（带十进制的分数）            ±（10^-300…100⁺³⁰⁰）

   BOOL     由代码确定1个ASSCII字符          0…255

   STRING   字符串，在[…]中的字符串，         0…255数值的序列

最多为200个字符

   AXIS     轴的名称(轴地址)                   通道上任意轴的名称

   frame    翻译，旋转，比例和镜像的几何参数

·指令：

1．G指令

  · G90:参照挡墙坐标系原点，在工件坐标系中编制刀具运行点的程序。

     G91：参照最新接近点，编制刀具运行距离程序。

GO:快速移动使刀具快速定位，绕工件运动或接近换刀点

     G1:刀具沿与轴，斜线或其他任何空间定位平行的置线移动。

     G2:在圆弧轨迹上以顺时针方向运行

     G3:在圆弧轨迹上以逆时针方向运行

     G4:暂停时间生效  （F…以秒为单位； S…用主轴旋转次数确定时间）

G17:无刀具半径补偿

G18:刀具半径补偿到轮廓左侧

G19:刀具半径补偿到轮廓右侧

G40:解除刀具半径补偿

G41:激活刀具半径补偿，刀具沿加工方向运行至轮廓的右边

G42:激活刀具半径补偿，刀具沿加工方向运行至轮廓的左边

G53:非模态接触，包括已编程的偏置

G54…G57:调用第1到第4可设置零点偏置

G94:直线进给率mm/分，英寸/分

G95:旋转进给率mm/转，英寸/转

2．M指令

M0:编程停止

M1:选择停止

M2：主程序结束返回程序开头

M30:程序结束

M17:子程序结束

M3:主动主轴顺时针方向旋转

M4:主动主轴逆时针方向旋转

M5:主动主轴停止

M6:换刀指令

3．其它

F:进给率

S:主动主轴的速度（单位：rev/min）

T:调用刀具

D:刀具偏置号（范围：1…32000）

第四讲  参数的设置

在NC调试中，参数的设置是其中重要的一部分，参数设置的主要内容未匹配机器数据（Machine Data）。

机器数据和设定数据分类表

l  机床数据设定

（1）通用MD(General):

MD10000:此参数设定机床所有物理轴，如X轴。

通道MD(Channel Specific):

MD20000    -→设定通道名CHAN1

MD20050[n] -→设定机床所用几何轴序号，几何轴为组成笛卡尔坐标系的轴

MD20060[n] -→设定所有几何轴名

MD20070[n] -→设定对于此机床存在的轴的轴序号

MD20080[n] -→设定通道内该机床编程用的轴名

以上参数设定后，做一次NCK复位！

（2）轴相关MD(Axis-specific):

MD30130    -→设定轴指令端口=1

   MD30240    -→设定轴反馈端口=1

   如此二参数为“0”，则该轴为仿真轴。

   此时，再一次NCK复位，这是会出现300007报警。

l  驱动数据设定

配置驱动数据，由于驱动数据较多，对于MMC100.2必须借助“SIMODRIVE  611D START-UP  TOOL”软件，而MMC103可直接在OP上进行，大致需要对以下几种参数设定：

Location:设定驱动模块的位置

Drive:设定此轴的逻辑驱动号

Active:设定是否激活此模块

配置完成并有效后，需存储一下（SAVE）-→OK

此时再做一次NCK复位。启动后显示300701报警。

这是愿位灰色的FDD,MSD变为黑色，可以选电机了；

操作步骤如下：FDD-→Motor Controller-→Motor Selection-→按电机铭牌选相应电机-→OK-→OK-→Calculation

用Drive+或Drive-切换做下一轴：

MSD-→MotorController-→MotorSelection按电机铭牌选相应电机-→OK-→OK-→Calculation最后-→Boot File-→Save BootFile-→Save All,再做一次NCK复位。

至此，驱动配置完成，NCU(CCU)正面的SF红灯应灭掉，这时，各轴应可以运行。

最后，如果将某一轴设定为主轴，则步骤如下：

（1）先将该轴设为旋转轴：

MD30300=1

MD30310=1

MD30320=1

   （2）然后，再找到轴参数，用AX+,AX-找到该轴：

MD35000=1

MD35100=XXXX

MD35110[0]

MD35110[1]

MD35130[0]

MD35130[1]     设定相关速度参数

MD36200[0]

MD36200[1]

再做NCK复位

启动后，在MDA下输SXXM3,主轴即可转。

l  所有关键参数配置完成以后，可让轴适当运行以下，可在JOG,手轮，MDA灯方式下改变轴运行速度，观察轴运行状态。有时个别轴的运行状态不正常时，排除硬件故障等原因后，则需对其进行优化。

l  参数生效模式

POWER ON (po)重新上电       NCU模块面板上的“RESET”键

NEW_CONF(cf)新配置          MMC上的软件“Activate MD”

RESET(re)傅卫               控制单元上的“RESET”键

IMMEDIATELY(so)             值输入以后

数据区域

  $MM_             操作面数据

  $MN_/$SN_        通用机床数据/设定数据

  $MC_/$SC_        通道专用机床数据/设定数据

  $MA_/$SA_        轴专用机床数据/设定数据

  $MD_             驱动器机床数据

其中，       $               系统变量

M               机床数据

S               设定数据

l  在机床调试中经常需要调整的参数主要有：

MD 10000:JOG速度设定

MD 10240:物理单位，“0”英制，“1”公制

MD 20070:通道中有效的机床轴号

MD 20080:通道中的通道轴名称

MD 30130:设定指输出类型，值为“1”表示有该轴，“0”为虚拟轴

MD 30240:编码器类型,“0”表示不带编码器，“1”位相对编码器，“4”为绝对编码器，主轴时，值为“1”

MD 30300:旋转轴/主轴，值为“1”时表示该轴为主轴

MD 34090:参考点偏移/绝对位移编码偏移

MD 34200:参考点模式。绝对编码器时值为“0”

MD 35000:指定主轴到机床轴，“1”为主轴

MD 36200:轴速度极限

第五讲 STEP7编程语言和PLC程序编制

SIEMENS系统的可编程序控制器SIMATIC  MAGAGER是西门子用于进行PLC程序编制，进行机床状态控制的组件，它主要组成包括电源模块、CPU模块、输入输出模块，其接口有，RS232借口，PROFIBUS借口，MPI电缆接口等。通过X122、MPI插口，使电脑与NCU相连PLC。

l  硬件组态

硬件组态：告诉PLC硬件结构的过程

波特率：MPI     187.5kbps

        OPI     1.5Mbps

过程：建项目-→建站-→组态硬件

·自动组态：用线缆建PLC与840D相连，用自动组态自动识别（上载站）将PLC传到计算机:

PLC-→UPLOAD-→选MPI地址=2，若地址=3，将包括PLC和NCU

若备份PLC,则过程为：

  新建Project-→plc-→upload station，这样就将硬件备份了。

建立完站后，出现连个文件夹：hardware和cpu.CPU文件夹下有S7程序。

S7程序下有三个目录：

（1）symbols  符号表    如I40.1为第40个字节第1位

（2） BLOCKS  功能块

·手动组态：

过程：打开S7-→新建文件-→INSERT-→STATION-→SIMATIC  300-→双击HARDWARE-→出现框-→INSERT-→HARDWARE  COMPONENT-→PROFILE-→STANDARD-→S300-→RACK300

选相应的位置（待置位表中），再在右侧相应的模块上双击就将模块选定，选好后再下载

l  编程

在进行PLC程序编制中，可采用以下三种形式：

逻辑梯形图（LAD）：

语句表（STL）：

功能块图（FBD）：

语句表编程常用指令：

与指令：    A 常开     AN 常闭

或指令：    O 常开     ON 常闭

输出指令：  =

调用指令：  CALL  FCXX

    FP:上升沿检测指令

    FN:下降沿检测指令

   FP后必须跟中间寄存器

CLR 运算结果，清零

SET 置1

S   置位1

R   清零

l  块

·STEP7中常用BLOCK主要有几种：OB组织块、FC功能块、FB功能块、DB数据块等

OB:功能块，相当于主程序，常用的有OB1和OB100；

FC、FB：功能块，相当于子程序

在编完子程序后，必须在主程序中调用子程序

 OB100是PLC上电后先执行，只执行一次；OB1是PLC CPU循环执行的程序。上电后首先执行OB100，再执行OB1(反复执行；OB100调用FB1(西门子编好)

FB1是系统里用OPI总线连接PCU和MCP，对控制面板进行定义：

（1） 控制面板的输入地址的起始地址

（2） 控制面板的数量

（3） 控制面板的输出地址的起始地址

控制面板的MPI地址：MCPIBUSADR=6

· OB1块

   FC2：基本NCK与PLC通讯的       NCK←→PLC

        FC2必须在OB1的开始部分    FC2----“gp_hp”

   FC10:处理报警信息       FC10----“AL-MSG”

        PLC产生报警，传给NCK，NC采取措施，同时在MMC上显示报警文本

        调用FC10,有两个参数需设置

        TouserIF=TRUE（相当于1）和FALSE（相当于0）

         Quit:=I3.7(报警文本)。报警复位键（RESET）地址I3.7

   FC19:机床控制面板主程序    FC19----“MCP-IFM”

        BAGNO(方式组号)=B#16#1(B--B进制  16—16进制)

        CHANNO(通道号)= B#16#1

        SPINDLEIFNO:  = B#16#4(主轴号)

        FEEDHOLD     =M100.0(进给暂停)

        SPINDLEHOLD  =M100.1（主轴停止）

·DB块

 1． DB模块类型主要有：

     DBB——数据模块类型

     DBW——数据块字（16位）

     DBD——数据块双字（32位）

  2．数据类型：

     DOUBLE:实型或整型数，输入范围±4.19×10^-307----±1.67×10³⁰⁸

     DWORD:整型数，范围为-2.147×10⁹----2.147×10⁹

     BOOLEAN:0获1

     BYTE:整型数，范围位-128----127

     STRING:最多16位字符串

3．常用数据块功能

DB2:报警接口信号。该信号是从PLC到NCK，在PLC中设置相应的位就能在MMC上产生相应的报警号（7开头的报警是机床场假设定的）

      DB10:显示NCU的状态，用来交换NCK的快速I/O的状态的接口，还有一些NCK的状态信号

      DB11:方式组信号接口

      DB19:操作面板信号接口

      DB21—DB30:通道信号接口

      DB31—DB61:轴/主轴的接口信号

  4．调试中通用的数据块主要由：

DBX6.0:进给使能禁止

      DBX6.1:读入使能禁止     

DBX7.0:启动使能禁止       PLC→NC  

DBX7.7:通道复位     

DBX194.0---DBX206.3       NC→PLC

    DBX1.5:测量系统1生效

DBX1.6:测量系统2生效

DBX2.1:控制使能

DBX21.7:脉冲使能（如没有，则为自由停止）   

DBX4.3:轴停止                               PLC→NC  

DBX12.0:轴负向硬限位

DBX12.1:轴正向硬限位     

DBX12.7:回零减速

DBX61.7:电流环有效

DBX61.6:速度环有效

DBX61.5:位置环有效

DBX61.4:轴静止

DBX83.5:主轴速度在设定范围内

第六讲 常见维修故障分析

1．机床运行方式和通道的选择:

  由于NCK的功能不断加强,一个NCK可以完成原来多个系统才能完成的工作,因而可以有多个通道,一个通道相当与一个独立的NC,840D最多可以有十个通道,每个通道都有自己的零点徧置,刀具补偿和R参数等,但程序区是共用的,每个通道有自己的工作方式,如果几个通道的工作方式一直相同的话,这就构成了一个方式组.在840D上,方式是用方式开关来选择,通道是用键W1…n来选择.

2．刀具和零点偏置

  由于不同的刀具有不同的几何形状和几何尺寸,而编程是以工件尺寸为准,因而需要刀具补偿,每把刀有一个与自己的几何形状对应的刀具类型,比如钻头,铣刀.每把刀可有多个刀补尺寸,以D号来标记

  与刀具一样,加工不同的工件需要不同的零点,因而就有零点偏置,在840D中用G54到G57来选取,如果需要的话,零点偏置个数还可以用机床参数来扩充.

3．840D系统的维护

·液晶显示器的维护

    液晶显示器的使用寿命是30000个小时.

而背光管的使用寿命是时10000－                           20000个小时.

    更换背光管的方法：a.打开防护罩  b.松开显示器的安装螺丝，断开背光管的电源和显示器的信号电缆，卸下显示器  c.更换背光管  d.按上述相反的步骤安装

·电池的更换方法

    840系统共有两处电池，一个在MMC上面，主要保存CMOS的信息 , 它的使用寿命至少是十年，所以一般不需要更换. 另外一块电池在NCU BOX里面，和风扇在一起，它的使用寿命一般在三年左右，用来保存NCK里面的程序和数据，由于有充电电容的保护，可以在NCK完全断电后更换电池，但时间不能超过15分钟

    这两块电池的型号一样. 型号为 : 6FC5247-0AA18-0AA0

(注意：在更换电池前最好作一下NCK和PLC的数据备份,西门子840C的电池在CSB板上，必须在系统通电的情况下更换!)

4．840D系统数据的备份

  840D系统的数据很多，包括NCK的数据，PLC的数据和MMC的数据，其中NCK和PLC的数据是靠电池来保持的，它的丢失直接影响到NC的正常运行，而MMC的数据是存放在MMC的硬盘(MMC103)或者是Flash EPROM里(MMC100.2)，它的丢失在一般情况下仅能影响NC数据的显示和输入。

 系统数据备份的方法有以下三种

（1）备份到MMC的硬盘上(仅对MMC103适应),建议最好是MMC，NCK和PLC的数据分开备份，文件名最好用系统默认的文件名加上日期。

（2）备份到软盘上或者是通过RS232口备份到外部的计算机上。

（3） 备份到NCK上面的PCMCIA卡上，该卡是一个装NC系统程序的8M的Flash EPROM卡。它大约有5M左右的空间可用来储存系统备份数据。该功能只有在MMC软件版本5。0以上才能使用。这种数据的备份方法特别适合没有硬盘的MMC100.2。

5．MMC103的文件结构

 ·MMC103的硬件实际上是一个带MPI(OPI)接口的PC机。软件是运行在WINDOWS操作系统上的一个人机接口软件。由于MMC软件的版本不一样，其运行的操作系统也不一样，有早期的WIN32，中期的WIN95和现在的WINNT，以运行在WIN95环境下的MMC Ver5.3为例说明MMC的文件结构。

 ·MMC103的硬盘共分两个分区，C:盘和D:盘，其中D盘主要用来存放硬盘的和分区的一些备份文件，其中就包括系统带来的MMC几种版本的系统备份，还用来安装软件时作临时存放区用。C盘则主要存放WINDOWS系统的运行文件，MMC的系统文件，机床厂家开发的附加软件以及用户的一些程序和数据。

 ·C盘下目录结构:

C盘下主要有以下几个目录

MMC2：主要用来存放西门子的系统文件，西门子的一些标准配置文件  也存在这个目录里，该目录下的文件最好不要修改。Windows  存放Windows系统文件和运行在Windows环境下的其他文件

Add_on：西门子的附加产品，比如远程诊断等。

OEM用来存放机床厂家自己开发的    

       产品。

USER：存放用户自己的配置文件，所有与标准配置不一样的文件都存放在这个目录里，比如报警服务的设置。

DH ：  用来存放与NCK相关的数据，其文件结构与NCK的文件结构一样，有工件子目录，工件主程序子目录，子程序子目录，标准固定循环子目录，用户固定循环子目录等。用户的报警文本一般存在该目录下面的MB子目录里面。

以上是MMC103的文件结构，一般来讲，用户自己的文件都存放在后面这四个目录里面，因此MMC的数据备份主要就是这四个目录文件的备份。

注意：MMC的早期版本，用户自己的配置文件和系统的配置文件都存放在系统文件的目录里。

·MMC103报警服务器的配置

MMC103的配置大部分是以.INI为后缀的文件来实现的，比如刀库的显示内容，各种操作方式下操作所需的口令等级，还有报警服务器的设置，下面以报警服务器的设来置说明配置文件的修改。

MMC负责报警文本的显示，报警文本存放在MMC2和DH下面的MB子目录里面，文件名的格式为Alxx_xx.com,其中前两个XX表示报警文本的内容，后面两个XX表示报警文本的语言。比如ALP_UK.COM表示是PLC的报警文本，语言为英语。而有关报警显示的设置都存放在MBDDE.INI文件里。

注意：用户目录下面的配置文件的内容覆盖MMC2目录下的配置文件。 WINDOWS系统下所有的配置文件的总和不能超过60KB。  

6．611系列驱动和电机的工作原理

   ·

611系列驱动是交流调速装置，它通过控制供给交流电机的电源的频率来达到调速的目的。其主要部分是由一个把交流变成直流的整流器和一个把直流变成频率可变的交流的逆变器组成。由于接口信号的不同，

伺服电机的特点

由于数控机床对运动控制的要求很高,需要有良好的动态特性,大的调速范围和精确的位置控制精度,因而它需要特殊的伺服电机,西门子的驱动系统一般采用同步伺服电机 ，主轴是精密的异步电机,其原理和一般的鼠笼电机的原理相同,同步伺服电机与异步电机最大的不同就是转子的结构不一样.同步电机的转子上有交错分布的磁极,因而需要有相应的检测转子位置的检测元件,更换这些检测元件的时候也需要重新调整,下面就是西门子常用的三种电机的区别:

·1FT5和1FT6/1FK6电机的区别

这两种电机的原理基本相同,但结构和检测装置不一样,1FT5电机用在交流伺服系统上,而1FT6电机则用在数字伺服系统上。

定子绕组结构不一样,1FT6电机的定子绕组结构使得电机的电流更接近于正余弦波形

1FT5电机是用测速发电机来检测速度,用均分在电机圆周上的霍尔元件来检测转子的相对位置,而1FT6电机则是用一个位置编码器来检测电机速度,其电机编码器除了常规的A,B和R相的正余弦信号外,还有两个C相和D相的正余弦信号来检测电机转子的位置.

1FK6 1FT6电机的原理一样,只是在机械结构上有点区别,1FK6较1FT6经济.

  注:在更换电机的编码器时要注意编码器的零点位置,更换编码器时要保证更换 前后电机转子不动时编码器转盘上的一个标志和外壳上的标志的相对位置不变,如果这个相对位置有变化只能通过示波器来调整. 编码器的位置不对会影响电机的运行,比如运行不平稳,电流过大等,甚至会影响电机的使用寿命.

7．伺服电机和主轴电机的区别

转子结构不一样,主轴电机的转子与鼠笼电机的转子一样,由于没有磁极,因而不需要相应的检测转子位置的信号,1PH7主轴电机的编码器型号为ERN1381,1FT6/1FK6电机的编码器型号为ERN1387,其主要区别就是ERN1381没有附加的C相和D相信号,故更换编码器不需要重新调整,ERN1387可以用在1PH电机上,但反过来ERN1381不能用在进给电机上.

主轴电机一般功率很大,因而电机的结构对散热要求更高.

工作范围不一样,伺服电机工作在最低转速和额定转速之间的恒转矩区,而主轴电机工作在额定转速和最高转速之间的恒功率区,由于要达到很大的调速范围,主轴电机的额定转速一般都很低

8．常用维修技巧

·ERN1387编码器更换方法

1. 卸开电机后盖, 编码器的后盖

2. 松开编码器安装螺丝

3. 旋转电机转子轴, 使编码器转子上的标志和编码器壳上的标志重合

4. 卸下编码器, 注意在装卸的时候尽量使用特制螺丝顶出来, 免得损坏编码器

5. 旋转新的编码器, 使编码器的两个标志重合

6. 按以上相反的顺序安装编码器

注意:在安装编码器的过程中,要保证电机的转子不同,否则会失去转子的相对位置,如果失去了相对位置 , 老电机则需要用示波器来调整编码器的安装位置, 新电机则可以依据电机转子轴上的标志来判断调整编码器的安装位置时,即可以机械调整,也可以调整驱动参数MD1016来设置一个偏置值,但该方法仅能用在840D上 , 通过这个方法调整的电机换到别的机床上使用可能会因为驱动参数的不同而不能正常使用.

  ·零点调整

调整步骤如下：startup--→machine data--→Axis MD--→进行参数调整：将34100（轴在参考电坐标值）修正，如果换完后，现在和原来相差10mm，则将参数34100调至10。

也可以对34090（参考点偏移）进行修改：现在的零点与原来的零点相差多少，则输入多少。

·功率模块的简易检测方法:

  由于功率模块主要部件是大功率管, 用以下方法可以大致检测功率管的好坏：

万用表打到电阻档,用万用表的正表笔接到功率模块的直流电压输入端子P600上 , 地接到功率管的三相电源输出U2,V2,W2上,此时电阻应为无穷大 , 交换万用表的两个表笔,电阻应很少. 把万用表的一个表笔接到M600上,重复以上过程, 结果应该和上面的正好相反.

·电机温度报警的处理

电机里面装有热敏电阻,其信号通过信号电缆反馈到驱动控制板里面,当温度达到报警值时,系统产生相应的报警 , 这时可以检测反馈端相应的电阻值,如果需要屏蔽该报警时,对611D可以通过在驱动参数MD1608(对611A的控制板是参数MD64)设定一个小于100的值,即可屏蔽该报警,该方法仅能使用于诊断.

·611A主轴控制单元编码器报警的屏蔽

驱动控制板能对连接的编码器进行监控,如果有异常,则产生相应的报警,611A的主轴控制板可以通过对参数MD P- 90的位2置1屏蔽该报警.

·611D驱动的V/F控制

有时为了诊断用,需要对驱动进行开环的频率控制, 该方法仅能用于诊断用,且转速不能设得太高.设驱动参数MD1014为1即为开环的频率控制

·驱动的优化

数控的驱动由电流环,速度环和位置环组成的,其优化一般由里及外层层优化,但由于电流环的参数在电机和功率模块的型号确定后用厂家的默认参数即可, 一般不需要优化,故优化时先优化速度环,再优化位置环即可.

  速度环的优化,一般涉及到速度环增益和速度环时间常数, 速度环时间常数越大和增益越低,速度环越稳定 ,但精度和动态特性越差,一般来说,速度环时间常数设在10ms左右, 而速度环增益调整在使速度环的阶约响应有20-40的超调.

  位置环的优化涉及到位置环增益和加速度, 调整时先可以减少加速度值,再增加位置环增益值,保证系统稳定, 然后在适当增加加速度值,使之适应机床的机械特性,注意同一组的插补轴的位置环增益要一致,否则会影响加工精度.

·轴的屏蔽处理

有时需要对单个轴进行屏蔽,具体步骤如下:

（1） 在相应的轴参数里,设MD13030和MD13024为0

（2） 在驱动配置菜单里,找到相应的模块,设为“no active”即可，这时,该轴就为虚拟轴,其相应的模块和电机就可以去掉了,如果要恢复,把上面的参数该回原来的值即可.

轴的卸载处理：有时因机床需要对机床的轴要卸掉或装载,比如旋转分度头,这时候要插拔编码器和电机电源插座,然又不希望操作者改以上参数,这时候可以把该轴临时设为PARKING轴,具体方法是同时复位该轴的DB3X.DBX1.5和1.6既可.