第四章 SIEMENS数控系统.ppt

2020 1 21 1 第四章SIEMENS数控系统故障诊断与维修 天津工程师范学院 2020 1 21 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 2020 1 21 3 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 2020 1 21 4 2020 1 21 5 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 2020 1 21 6 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 2020 1 21 7 SIEMENS802S 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 2020 1 21 8 SIEMENS802S 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 2020 1 21 10 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810 810 810 型 810系列适用于中 低档的中 小型机床 810 型适用于车床和铣床 可控制3轴 联动2轴 810 型适用于车床 铣床和磨床 可控制4轴 联动3轴 810 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l m 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 2020 1 21 11 SIEMENS810D 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 2020 1 21 12 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 2020 1 21 13 4 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 2020 1 21 14 1 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 2020 1 21 15 CCU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 2020 1 21 16 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 17 2 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 18 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 对于SINUMERIK810D 840D应用了多点接口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 即OperatorPanelInterface 总线 它的传输速率为1 5M 秒 2020 1 21 19 3 MCPMCP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 如图4 2所示 对于810D和840D MCP的MPI地址分别为14和6 用MCP后面的S3开关设定 3 PLC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 及信号模块 SignalModule 示意图见4 3所示 PLC的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的 2020 1 21 20 二 硬件连接 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 电源模块X161中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 MMC及MCP的 24V电源千万注意极性 PLC模块注意电源线的连接 同时注意信号模块SM的连接 其二 将硬件的三大部分互相连接 连接时应注意 MPI和OPI总线接线一定要正确 CCU或NCU与S7的IM模块连线 2020 1 21 21 1 数控单元模块接口 1 SINUMERIK840DNCU接口图如4 4所示 X101 操作面板接口端 该端口通过电缆与MMC及机床操作面板连接 X102 RS485通信接口端 该端口主要是满足SIEMENS通信协议的要求 X111 PLCS7 300I O接口端 该接口提供了与PLC连接的通道 X112 RS 232 C通信接口端 实现与外部的通信 如要由数个数控机床构成DNC系统 实现系统的协调控制 则各个数控机床均要通过该端口与主控计算机通信 2020 1 21 22 X121 多路输人 输出接口端 通过该端口数控系统可与多种外设连接 例如与控制进给运动的手轮 CNC输人 输出的连接 X122 PLC编程器PG接口端 通过该端口与西门子PLC编程器PG连接 以此传输PG中的PLC程序到NC模块 或从NC模块将PLC程序拷贝到PG中 另外还可在线实时监测PLC程序的运行状态 X103A X103B 电动机驱动器611D的输入输出扩展端口 通过扁平电缆将驱动总线与各个驱动模块连接起来 对各个伺服电动机进行控制 X172 数控系统数据控制总线端口 通过扁平电缆与各相关模块的系统数据控制总线联系起来 X173 数控系统控制程序储存卡插槽 2020 1 21 23 2 SINUMERIK810DCCU3接口图如4 5所示 主要接口端有 X102 X111 X121 X122端口含义与840D相同 X411 X416为测量系统连接端口 与进给轴编码器 主轴编码器及光栅尺等相连 X304 X307为轴扩展连接端口 X151为设备总线接口 X130为SIMODRIVE611D驱动总线接口 2 电源模块和伺服电动机驱动模块电源模块接口端如图4 6所示 单轴伺服电动机驱动模块和双轴伺服电动机驱动模块见图4 7 电源模块和伺服电动机驱动模块的主要端接口意义参见本书第6 4节 2020 1 21 24 3 各模块连接SINUMERIK810D系统连接图见图4 8 SINUMERIK840D系统连接图见图4 9 2020 1 21 25 4 3SIEMENS数控系统PLC 一 PLC在数控机床中的应用数控系统内部处理的信息大致可分为两大类 一是控制坐标轴运动的连续数字信息 这种信息主要由CNC系统本身去完成 另一类是控制刀具更换 主轴启停 换向变速 零件装卸 切削液的开停和控制面板 机床面板的输入输出处理等离散信息 这些信息一般用PLC来实现 PLC在CNC系统中是介于CNC装置与机床之间的中间环节 它根据输入的离散信息 在内部进行逻辑运算并完成输出功能 2020 1 21 26 1 数控机床中PLC的分类通常的PLC是一个独立的控制装置 由CPU 存储器 电源 I O接口等构成独立的控制系统 可编程控制器从数控机床应用的角度可分为两类 一类是CNC的生产厂家将数控装置 CNC 和PLC综合起来而设计的 内装型 PLC 内装型PLC从属于CNC装置 PLC与CNC装置之间的信号传送在CNC装置内部即可实现 PLC与数控机床之间则通过CNC输入 输出接口电路实现信号传送 如图4 10所示 另一类是专业的PLC生产厂家的产品 称为 独立型 PLC 独立型PLC独立于CNC装置 具有完备的硬件结构和软件功能 能够独立完成规定的控制任务 性能 价格比不如内装型PLC 采用独立型PLC的数控系统框图如图4 11所示 很多数控系统采用独立的PLC作为逻辑控制器 2020 1 21 27 2 CNC PLC 机床之间的信号在数控机床上用PLC代替传统的机床强电顺序控制的继电器逻辑控制 利用逻辑运算实现各种开关量控制 PLC在数控装置和机床之间进行信号的传送和处理 即可以把数控装置对机床的控制信号 通过PLC去控制机床动作 也可把机床的状态信号送还给数控装置 便于数控装置进行机床自动控制 1 CNC侧与MT侧的概念在讨论数控机床的PLC时 常以PLC为界把数控机床分为 CNC侧 和 MT侧 两大部分 CNC侧 包括CNC系统的硬件软件以及CNC系统的外部设备 MT侧 则包括机床的机械部分 液压 气压 冷却 润滑 排屑等辅助装置 以及机床操作面板 继电器线路 机床强电线路等 2020 1 21 28 MT侧顺序控制的最终对象的数量随数控机床的类型 结构 辅助装置等的不同而有很大的差别 机床结构越复杂 辅助装置越多 受控对象数量就越多 相比而言柔性制造单元 FMC 柔性制造系统 FMS 的受控对象数量多 而数控车床 数控铣床的受控对象数量较少 2 PLC CNC 机床间的信息交换对于不同数控系统 所交换的信息内容 数量各有区别 但基本思路和作用是一样的 对于不带PLC的数控系统产品 其信息交换主要以开关量为主 并通过CNC与PLC之间的硬件I O连接来实现 对于内装PLC的数控系统产品 不仅可通过开关量交换信息 而且可以通过内部寄存器 内部标志位等交换信息 而且在CNC与PLC之间无需硬件I O连接 数据处理能力强 可靠性高 2020 1 21 29 数控系统中PLC的信息交换 是以PLC为中心 在CNC PLC和机床之间的信息传递 PLC与CNC之间交换的信息分两个方向进行 其中由CNC发给PLC的信息主要包括各种功能代码M S T的信息 手动 自动方式信息 各种使能信息等 而由PLC发给CNC的信息主要包括M S T功能的应答信息和各坐标轴对应的机床参考点信息等 同样 PLC与机床之间交换的信息也分为两部分 例如机床的启动 停止 主轴正转 反转 停止 机械变速选择 冷却液的开 关 倍率选择 各坐标轴点动和刀架 卡盘的夹紧 松开等信号 以及上述各部件的限位开关等保护装置 主轴伺服状态监视信号和伺服系统运行准备等信号 2020 1 21 30 二 SIEMENSPLC输入 输出信号状态的显示现代数控机床使用的数控系统基本上都有PLC输入 输出信号的状态显示的功能 利用显示功能可直接观察PLC的输入 输出瞬时状态 这些状态显示对诊断数控机床的很多故障是非常有利的 西门子数控系统的PLC状态变化可以通过数控系统的DIAGNOSIS 诊断 功能进行监视 对于SIEMENS各种常用系统 其输入 输出信号的诊断操作步骤如下 2020 1 21 31 1 SIEMENS810 820系统 1 根据系统CRT上提示 按菜单键 DIAGNOSE 系统显示诊断页面 2 按菜单键 PLC STATUS 系统显示PLC状态诊断页面 3 根据需要 通过菜单键 KIW QW FW T C 选择输入 输出 内部继电器 定时器 计数器 数据字的状态显示 4 通过 PAGE 键 CURSOR 光标移动 键 逐页显示诊断信号的状态 2020 1 21 32 2 SIEMENS802S系统 1 按 诊断 功能键 进入诊断页面 当无 诊断 功能键显示时 可以通过操作面板的 区域转换 键 使 诊断 功能键在显示器上显示 2 按诊断页面的 调试 功能键 进入调试页面 3 按 PLC状态 功能键 显示PLC状态页面 当页面无 PLC状态 功能键显示时 可以通过 菜单扩展 键 使 PLC状态 功能键在页面上显示 4 输入需要检测的I O信号地址字节 如 需要检测I1 0 Q1 0 VB38000000 1时 应输入信号地址字节IB1 QBl VB38000000等 5 按MDI面板上的 输入 键 系统显示对应字节上的8位信号的状态 2020 1 21 33 3 SIEMENS802D系统 1 同时按系统操作面板上的 SHIFT 与 SYSTEM 键 进入系统页面 2 按 PLC 功能键 显示PLC页面 3 按 PLC状态 功能键 显示PLC状态页面 当页面无 PLC状态 功能键显示时可以通过 菜单扩展 键 使 PLC状态 功能键在页面上显示 4 输入需要检测的I O信号地址字节 如 需要检测I1 0 Q1 0 VB38000000 1时 应输入信号地址字节IBl QBl VB38000000等 5 按MDI面板上的 输入 键 系统显示对应字节上的8位信号的状态 2020 1 21 34 4 对于SIEMENS810D 840D系统 输入 输出信号的诊断操作如下 1 根据系统CRT上提示 按菜单键 DIAGNOSE 系统显示诊断页面 2 按菜单键 PLC STATUS 系统显示PLC状态诊断页面 3 根据需要 选择I Q F T C DB 以选择输入 输出 内部继电器 定时器 计数器 数据字的状态显示 4 通过 PAGE 键 逐页显示诊断信号的状态 2020 1 21 35 三 STEP7 300PLC 西门子810系统的集成式PLC使用的是STEP5语言 西门子802系统集成式PLC使用的是S7 200编程语言 而西门子810D 840D系统的集成式PLC则使用S7 300 STEP7是西门子公司S7 300 400系列PLC的编程软件 在STEP7软件中常用的三种基本编程语言有梯形图 LAD 语句表 STL 和功能块图 FBD 1 STEP7编程语言的程序结构STEP7 300的PLC程序的结构由块组成 包括用户块和系统块 它们在功能 使用方法和结构上各不相同 2020 1 21 36 1 用户块根据逻辑功能的不同 用户块分为组织块 OB 功能块 FB 功能 FC 和数据块 DB 其中OB组织块相当于主程序 FC FB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 组织块 OB 组织块是操作系统和用户程序之间的接口 起动时 操作系统调用启动组织块OB100来初始化一些数据或状态 OB1是用于循环程序处理的组织块 操作系统通过循环调用OB1而启动用户程序的循环执行 所以可以在OB1中编写用户程序以及在OB1调用的块中编写用户程序 2020 1 21 37 功能块 FB 功能块是通过数据块参数而调用的 它们有一个放在数据块中的变量存储区 而数据块是与其功能块相关联的 称为背景数据块 当然 每一个功能块可以有不同的数据块 这些数据块虽然具有相同的数据结构 但具体数值可以不同 就像C语言中的函数 其形参可以相同 但带入函数的实参却可以不同 功能 FC 功能没有指定的数据块 因而不能存储信息 功能常常用于编制重复发生且复杂的自动化过程 数据块 DB 数据块中包含程序所使用的数据 在编制数据块中 你可以决定数据的类型 格式 次序以及存储在什么块中 2020 1 21 38 根据使用方式的不同 数据块分为两种类型 全局数据块和背景数据块 全局数据块我们称之为 自由 数据块 因为它没有被指派给任何代码块 而背景数据块 作为块的局部数据 是与被指定的功能块相关联的 注意 各种块 除组织块外 的数目和代码的长度是与CPU不相关的 而组织块的数目则与CPU的操作系统相关 2020 1 21 39 2 系统块系统块包含在操作系统中 包括 系统功能 SPC 系统功能块 SFB 和系统数据块 SDB 系统块中包含重要的系统功能函数 如通信功能 操纵CPU的内部时钟等 系统功能和系统功能块可以被调用 但不能被修改 图4 12所示为PLC程序结构图 图4 13表示了系统启动过程中CPU动态扫描过程 首先 系统上电 开始运行初始化程序OB100 之后进入可编程的工作周期 进行过程映像输入 运行主程序 之后进行过程映像输出 2020 1 21 40 3 新建块在管理器中可以方便地新建一个块 在管理器的左窗口点击Block图标 再按下鼠标右键 将弹出菜单 或在管理器的右窗口中 不选中任何对象 按下鼠标右键 也将弹出同样的菜单 在弹出的菜单 可新建FB FC OB等块 4 程序编辑器LAD STL FBD编辑器是编写和修改程序的工具 它也是在线监控的窗口之一 双击一个BLOCK 将启动编辑器 在编辑器中将 后的字符认为是注释语句而不加以编译 故在调试程序时 若要某一语句不执行 可以采用这种办法 2020 1 21 41 5 程序的下载调试完的程序只有下载到PLC的CPU才能被运行 点击下载图标 Download 程序将下载至机床中 6 程序的在线监控在LAD STL FBD编辑器中 先打开要监控的程序段 然后点击监控图标 Monitor on off 管理器将与PLC的CPU通讯 并在编辑器里显示出程序执行的逻辑或状态值 2020 1 21 42 7 交叉表若要查找某一使用数据在程序中的使用情况 可使用交叉表快速的查找 在SIMATIC管理器下 下拉菜单Option ReferenceData FilterandDisplay 或在LAD STL FBD编辑器中下拉菜单Option ReferenceData FilterandDisplay 启动交叉表过滤器 过滤器的复选框是所要查找的数据区域 其后的输入框是数据的地址 DataType则是查找的数据类型 位 字节 字 双字或所有类型 如查找BitMemory区域 所有与0地址有关的数据 如M0 1 M0 7 MB0 MW0 MD0等 2020 1 21 43 四 SIUMERIK810D 840D的PLC调试 1 开机和启动首先 应认识NCU正面与启动控制有关的元素 一个七段显示器 一个复位按钮S1 两列状态显示灯及两个启动开关S3和S4 其次必须理解状态显示灯的含义和启动开关的设定意义 了解了上述内容 并确认S3和S4均设定为 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运行状态 PR 灯亮 表明PLC运行正常 状态显示灯的含义和启动开关的设定意义见表4 1所示 2020 1 21 44 2020 1 21 45 表4 1810DCCU模块控制和显示元素 2 NC和PLC总清1 NC总清NC总清操作步骤如下 将NC启动开关S3置为 1 启动NC 如NC已启动 可按一下复位按钮S1 待NC启动成功 七段显示器显示 6 将S3置为 0 NC总清执行完成 NC总清后 SRAM内存中的内容被全部清掉 所有机器数据被预置为缺省值 2020 1 21 46 2 PLC总清PLC总清操作步骤如下 将PLC启动开关S4置为 2 PS灯会亮 S4置为 3 并保持约3秒直等到PS灯再次亮 在3秒之内 快速地执行下述操作S4置为 2 3 2 PS灯先闪 后又亮 PF灯亮 有时PF灯不亮 等PS和PF灯亮了 S4置为 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软件下传至系统 如PLC总清后屏幕上有报警可作一次NCK复位 热启动 2020 1 21 47 3 PLC调试1 S7程序项目的结构在STEP7安装好后 为了调试PLC 我们通常要新建一个项目 Project 其结构如图4 15所示 2 PLC启动SINUMERIK81OD 840D的PLC为SIMATICS7 300 基本模块有64K内存配置 并可扩展至96KB PLC程序又可划分为基本程序和用户程序 其组成结构见图4 13 3 PLC基本程序4 若干重要信号 图4 17 2020 1 21 48 2020 1 21 49 图4 15PLC项目结构图 2020 1 21 50 图4 16计算机与SINUMERIK810D 840D连接图 图4 17急停有关信号时序图 4 4SIEMENS数控系统参数配置 一 参数总述机床参数的设定依据主要有两方面 一是系统生产厂家根据机床生产厂家所需要的CNC功能 对系统的基本功能进行的设定 二是机床生产厂按各机床的实际工作情况 对标准数控系统进行的设定与调整 与系统功能有关的机床参数直接决定了系统的配置和功能 设定错误可能会导致系统功能的丧失 与机床调整有关的机床参数设定错误 可能会影响机床的主要参数与动 静态性能 定位精度等 因此 保证机床参数的正确设定对机床的正常工作至关重要 2020 1 21 51 二 参数的组成 CNC参数一般为系统功能的设定 伺服系统的调整 机床的主要性能指标的设定 主轴主要性能指标的设定等 它是数控机床最重要的参数 PLC参数一般为PLC模块的规格 定时器时间 计数器计数值 机床PLC程序用的设定参数等 它通常由机床生产厂家根据机床的实际控制要求进行设定 PLC用户参数也可以是机床生产厂家根据机床的功能要求而设置的参数 用于机床某些辅助部件动作的生效或取消 以提高PLC程序的通用化程度 2020 1 21 52 三 810 820系统机床参数调整 以810 820系统为例 机床参数包括 1 NC数据2 PLC数据 2020 1 21 53 四 840D 810D系统机床参数的设置 1 机床数据设定 1 通用机床数据 GeneralMD MD10000 此参数设定机床所有物理轴 如X轴 通道机床数据 ChannelSpecificMD 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 2020 1 21 54 2 驱动数据设定3 参数生效模式POWERON 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 ActivateMD RESET re 复位 控制单元上的 RESET 键IMMEDIATELY so 值输入以后 2020 1 21 55 4 5SIEMENS数控系统故障诊断与维修 本章将以810系统为例讲述CNC报警故障诊断与维修 西门子810系统报警故障诊断方法 其思路和方法同样适用于西门子其他数控系统 如820 850 880 840等 虽然它们之间的硬件 软件结构有所不同 但基本原理是相同的 报警内容也是类似的 2020 1 21 56 一 810报警系统 1 西门子810系统自诊断功能与所有的现代化数控系统一样 西门子810系统也具备很强的自诊断系统 自诊断处理功能通过数控系统的CPU模块 对整个系统及其输入输出信号进行全面监控 并实时识别控制系统及机床出现的故障以及用户应用程序中的错误 在显示器上显示相应的故障号和故障信息 不但能有效地避免机床的误操作或者带病运行 更能有效地为维修机床提供依据 2020 1 21 57 2 报警分类 810系统报警可以分为7类 5类NC报警 2类PLC报警 1 NC报警分为 电源开报警 RS232 V 24 报警 伺服报警 复位报警 一般报警 复位报警 可删除的报警 2 PLC报警分为 PLC错误信息 PLC操作信息 西门子810系统报警分类与清除方式一览表见表4 3 2020 1 21 58 2020 1 21 59 二 西门子840D系统报警信息 1 NC警报 2 MMC警报 信息3 611D警报4 PLC警报 2020 1 21 60 三 SIEMENS系统故障实例 例4 1 某数控淬火机床 出现ALM2 Overtemperature 超温报警 机床工作时出现ALM2报警 系统停止工作 故障分析及处理 这台机床的数控系统是西门子810的GA2版本 根据报警手册说明 2号报警是系统超温报警 指示系统温度过高 对系统进行检查 发现风扇不转 对风扇进行检查 没有发现问题 只是风扇电源插头接触不好 将电源插头重新插接 并采取紧固措施 重新开机 系统正常工作 2020 1 21 61 某配套SIEMENS810MGA3的立式加工中心 开机后显示 ALM2000 机床无法正常起动 故障分析及处理 SIEMENS810MGA3系统出现ALM2000 急停 的原因是CNC的 急停 信号生效 在本系统中 急停 信号是PLC至CNC的内部信号 地址为Q78 1 德文版为A78 1 通过CNC的 诊断 页面检查发现Q78 1为 0 引起了系统急停 2020 1 21 62 进一步检查机床的PLC程序 Q78 1为 0 的原因是由于系统I O模块中的 外部急停 输入信号为 0 引起的 对照机床电气原理图 该输入信号由各进给轴的 超极限 行程开关的常闭触点串联而成 经测量 机床上的Y方向 超极限 开关触点断开 导致了 超极限 保护动作 实际工作台亦处于 超极限 状态 鉴于机床Y轴无制动器 可以比较方便地进行机械手动操作 维修时在机床不通电的情况下 通过手动旋转Y轴的丝杠 将Y轴退出 超极限 保护 再开机后机床恢复正常工作 2020 1 21 63 例4 3 某配套SIEMENS810M的龙门加工中心 手动移动X轴时 系统出现ALMll20报警 故障分析及处理 SIEMENS810M出现ALMll20报警的含义是 停止时夹紧允差超过 根据该系统的特点 以上报警的实质是停止时的位置跟随误差超出了参数MD2120设定的允许误差范围 2020 1 21 64 由于机床工作台运动正常 故障原因应与系统参数设定有关 检查系统与报警有关的参数 发现该机床的系统参数NC MDl56 0 在SIEMENS810M系统中 该参数为 位置跟随误差消除时间 设定 当此值设定为 0 时 系统在编程的理论值到达后 即开始检测跟随误差 由于此时位置环尚未完成闭环调节 因此会引起上述报警 通过设定NC MDl56为500ms后 故障消除 机床恢复正常 2020 1 21 65 例4 4 配套SIEMENS802D系统的数控铣床 开机时出现报警 ALM380500 驱动器显示报警号ALM504 故障分析及处理 驱动器ALM504报警的含义是 编码器的电压太低 编码器反馈监控失效 经检查 开机时伺服驱动器可以显示 RUN 表明伺服驱动系统可以通过自诊断 驱动器的硬件应无故障 经观察发现 每次报警都是在伺服驱动系统 使能 信号加入的瞬间出现 由此可以初步判定 报警是由于伺服电动机加入电枢电压瞬间的干扰引起的 重新连接伺服驱动的电动机编码器反馈线 进行正确的接地连接后 故障清除 机床恢复正常 2020 1 21 66 例