《机床常用电器及基本控制电路》-第六章

第六章典型数控系统及其电气控制硬件连接学习单元1数控系统及其组成学习单元2FANUC数控系统及其电气控制硬件连接学习单元3Siemens数控系统及其电气控制硬件连接学习单元1数控系统及其组成一、学习目标(1)掌握数控系统各组成部分。(2)了解常见的数控系统类型。(3)了解PLC的应用特点。(4)掌握数控系统各部分的功能作用。二、任务分析数控是数字控制(NumericalControl,NC)的简称，是用数字化信息对某一对象的工作过程进行自动控制的技术。其控制对象可以是位移、角度、速度等机械量，也可以是温度、压力、流量、颜色等物理量。数控系统是指利用数字控制技术，实现自动控制的一整套设备和装置。

返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成根据其被控对象不同，分为多种不同的数控系统。其中，应用最早、最广泛的是机床数控系统，其被控对象是数控车床、数控铣床、数控线切割机和数控加工中心等。机床数控系统一般由输入/输出装置、数控装置、伺服驭动装置、机床电气逻辑控制装置、位置检测装置5个部分组成，各部分之间的关系和结构如图6.1所示，机床本体为被控制对象，各组成部分的主要功能如下。

返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成(一)数控装置数控装置是数控系统的核心。它的主要功能是对输入装置传送的数控加工程序进行识别、译码、插补、速度计算和逻辑判断等处理，然后输出速度控制信号、主轴转速控制信号，以及主轴启停、刀具选择和交换、切削液开关、润滑开关等辅助控制信号。数控装置的控制功能既可以采用硬件逻辑电路实现，也可以在微型计算机上，由计算机硬件和软件共同完成。前者称为硬件数控装置，或NC装置;后者称为计算机数控装置，或CNC装置。相应地，数控系统也分为硬件数控(NC)系统和计算机数控(CNC)系统。日前所说的数控系统一般均指计算机数控(CNC)系统。返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成(二)输入/输出装置数控机床在进行加工之前，必须先接收由操纵人员输入的零件加工程序，然后才能由数控系统根据输入的零件加工程序发出控制信号，控制机床加工出所需要的零件。在加工过程中，操作人员要向机床数控装置输入操作命令，数控装置要为操作人员显示必要的信息，如切削方向、坐标值、报警信号等。此外，输入的程序并非全部正确，有时需要编辑、修改和调试，这些都需要借助输入/输出装置来完成。输入/输出装置是操作员与数控机床之间的交互界面，用来完成数控加工程序的输入/输出、参数设定和状态显示等。常用的输入/输出装置包括显示器、MDI键盘、纸带阅读机、磁带机、磁盘驭动器及上位计算机等。返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成键盘和显示器是数控系统不可缺少的人机交互设备，操作人员可通过键盘和显示器输入程序、编辑修改程序和发送操作命令，即进行手动数据输入(ManualDataInput,MDI)，因而MDI键盘是最主要的输入设备。数控系统通过显示器为操作人员提供必要的信息，根据系统所处的状态和操作命令的不同，显示的信息可以是正在编辑的程序，也可以是机床的加工信息。较简单的显示器只有若干个数码管，显示的信息也很有限。较高级的系统一般配CRT显示器或点阵式液晶显示器，显示的信息较丰富。若配置低挡的显示器或液晶显示器，就只能显示字符，而中、高档的显示系统能显示图形。早期的数控机床采用硬件数控，其程序的存储量很小，必须把编制好的数控加返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成工程序存放到穿孔纸带上;运行时，启动纸带阅读机，一边输入、一边译码并执行数控加工程序。纸带阅读机是早期数控机床的典型输入设备。现代的数控机床均采用计算机数控(CNC)，存储容量大，能够存储多个零件程序。有的数控统还配备了磁盘作为零件程序的存储介质。与纸带相比，磁盘存储密度大、存取速度高、使用方便，所以应用越来越广泛。此外，计算机数控系统一般都有串行通信接口，可以方便地将数控加工程序输入存储到PC中，即用串行通信方式输入数控加工程序。随着CAD,CAM,CIMS技术的不断发展，机床数控系统和计算机的通信显得越来越重要。图6.2所示为FANUCOiC系统的LCD显示器和MDI键盘。返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成

(三)伺服驱动装置伺服驭动装置位于数控装置和机床之间，其主要作用是把来自数控装置的信号进行功率放大，以驭动伺服电动机拖动机床运动。伺服驭动包括进给伺服驭动和主轴驭动，进给伺服驭动装置由速度调节、功率驭动和伺服电动机等部分组成，它按照数控装置输出的坐标轴位移信号准确地驭动机床工作台运动;主轴驭动装置由主轴驭动单元和主轴电动机等部分组成，它按照数控装置输出主轴速度信号，驭动机床主轴以一定的转速、足够的转矩旋转。图6.3所示为FANUCαi系列伺服驱动器及电机。返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成(四)机床电气逻辑控制装置数控系统除犷位置控制功能外，还需要主轴启/停、换刀、冷却液开/停等辅助控制功能。这部分功能一般由接触器一继电器控制逻辑或可编程序逻辑控制器(PLC)实现。它一方面实现辅助控制功能，另一方面用于同步零件的程序执行过程。数控机床PLC分为两大类，一类为内装型PLC，另一类为独立型或称外置型PLC。返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成内装型PLC包含在数控系统内部，通过CNC输入/输出接口实现信号传送。内装型PLC的性能指标(如输入/输出点数、程序最大步数、每步执行时间、程序扫描时间、功能指令数日等)是根据所从属的CNC系统的规格、性能、适用机床的类型等确定的，其硬件和软件部分是被作为CNC系统的基本功能与CNC系统一起设计制造的。因此系统硬件和软件整体结构十分紧凑,PLC所具有的功能针对性强，技术指标较合理、实用，较适用于单台数控机床及加工中心等场合。

返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成独立型PLC的基本功能结构与通用型PLC完全相同，I/O模块种类齐全，其输入点数可通过增减I/O模块灵活配置。与内装型PLC相比，独立型PLC功能更强。但一般要配置单独的编程设备。独立型PLC与数控系统之间的信息交换可通过I/O接口对接方式，也可以采用通信方式。I/O对接方式就是将数控系统的输入/输出点通过连线与PLC的输入/输出点连接起来，适应于数控系统与各种PLC的信息交换。但由于每一点的信息传递要一根信号线，所以这种方式连线多，信息交换量小。一般来说数控系统与PLC需是同一家公司的产品，采用通信总线时，数控系统与PLC的连线少，信息交换量大而且非常方便。返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成(五)位置检测装置位置检测装置与伺服装置配套组成半闭环或全闭环伺服驭动系统。位置检测装置通过直接或间接测量将执行部件的实际进给位移检测出来，反馈到数控装置并与指令位移进行比较，将其误差转换放大后控制执行部件的进给运动，以提高系统精度。数控机床上常见的检测装置可按不同的方式分类，如表6.1所示。三、相关知识数控技术是20世纪40年代后期为适应复杂外形零件的加工而发展起来的一种自动化技术，其研究起源于飞机制造业。1949年美国帕森(Parsons公司接受美国空军委托，研制一种计算控制装置，用来实现飞机、火箭等复杂零部件的自动化加工。于是Parsons公司提出了用数字信息来控制机床自动返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成加工外形复杂零件的设想，并与美国麻省理工学院(MIT)伺服机构研究所合作，于1952年研制成功了世界上第一台数控机床—三坐标立式数控铣床。(一)数控机床的工作方式在机床数控系统中，采用数字代码信息构成数控加工程序，根据数控加工程序实现对机床工作过程的自动控制。其基本过程如图6.4所示。数控机床是用数字信息进行控制的机床，它用数字代码将刀具相对工件移动的轨迹、速度等信息记录在程序介质上，送入数控系统然后经过译码和运算，控制机床刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件。

返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成在进行零件加工之前，首先要分析零件图纸，拟定零件加工工艺方案，明确加工工艺参数;然后按数控系统的编程规则编制数控加工程序，通过数控系统操作面板上的操作按键将数控加工程序输入到机床数控系统中;经检查无误后，即可启动机床，运行数控加工程序;此时，数控系统就会根据数控加工程序发出的各种控制指令，控制机床自动加工。如果不出现故障，直到加工程序运行结束，零件加工完毕为止，即可加工出符合零件图纸要求的零件。对于比较复杂的零件，也可在进行工艺处理后，用Pro/E,UG,MasterCAM等软件在微型计算机上进行几何造型，然后自动生成数控加工程序，并通过串行接口输入到机床数控系统中，实现工件的自动化加工。返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成(二)数控系统的分类数控系统种类繁多，这里介绍按数控系统的控制方式来进行分类。数控系统按对被控量有无检测反馈装置可分为开环控制和闭环控制两种。在闭环系统中，又可以根据有无分离型位置检测装置分为全闭环控制和半闭环控制两种。1.开环控制数控系统图6.5所示为典型的开环数控系统示意图。开环控制系统中没有检测反馈装置。数控装置将工件加工程序处理后，输出数字指令信号给伺服驱动系统，驱动机床运动，但不检测运动的实际位移量。这种系统通常采用步进电动机作为执行元件，由于没有位置反馈，进给传动连接的误差不能进行校正补偿，所以控制精度较低，位置精度一般为(士0.01-士0.02)mm。但返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成开环系统结构简单、运行平稳、成本低、使用维修方便，故在经济型数控系统和普通机床的数控化改造中广泛应用。2.全闭环控制数控系统图6.6所示为典型的全闭环数控系统示意图。全闭环控制系统是在机床移动部件如工作台上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位置反馈到数控系统中，与系统中的位置指令值进行比较，并用比较后的差值控制移动部件移动，直到差值消除时才停止移动。可见，全闭环控制系统可以消除机械传动部件的各种误差和工件加工过程中产生的干扰的影响，从而使加工精度极大地提高，定位精度可在士0.001mm以内;但是，由于位置检测反馈过程中包含了各种不稳定因素，因此调试工作较困难，若各种参数匹配不适当，则会引起系统振荡，造成机床工作不稳定。闭环系统主要用于精度要求很高的数控镗铣床、数控车床、数控磨床等设备中。返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成3.半闭环控制数控系统图6.7所示为半闭环控制系统的组成示意图。这种控制方式对工作台的位移量不进行直接控制，其位置反馈采用角位移检测元件(日前主要采用编码器等)，直接安装在伺服电动机或丝杠端部。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此可获得较稳定的控制特性;虽然丝杠等机械传动误差不能通过反馈来实时校正，但是可采用软件定值补偿方法来适当提高其精度。日前大部分数控机床采用半闭环控制的系统。(三)常见数控系统产品简介数控系统是数控机床的核心。数控机床根据功能和性能的不同要求，配置不同的数控系统，数控系统不同，其编程指令代码也有差别，因此在编程时应按所使用数控系统规定编程规则进行编程。返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成在日前的实际应用中，数控系统产品的品牌和种类繁多。在国外数控系统产品中，日本FANUC、德国Siemens,西班牙FANUC、德国HEIDENHAIN、日本三菱、日本大喂等公司的数控产品，性能优良、功能完美、品种齐全，占有较大的市场份额。在国内数控产品中，常见的有华中数控、广州数控(GSK)、北京凯恩帝(KND)数控等数控产品，这些产品功能齐全、价格低、可靠性高，具有较好的发展前景。据中国机床工具工业协会数控系统分会在2001年第一七届中国国际机床展的调查看，在国产数控机床应用的数控系统中，国产系统占15%，比1999年第六届中国国际机床展时的12%上升了3个百分点。而国外系统仍占有85%的市场份额，其中FANUC和西门子的市场份额较1999年也有较大提升，约占市场份额的64%.

返回下一页上一页学习单元1数控系统及其组成四、技能训练数控系统组成及其功能认知(1)画出数控系统的组成枢图。(2)简述各组成部分的功能。(3)说明开环、半闭环、全闭环之间的区别、

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FANUC数控系统及其电气控制硬件连接一、学习目标(I)了解典型FANUC系统接口的作用。(2)学会根据电气图完成接口电路的连接。(3)了解FANUC系统I/0Link总线的作用及连接方法。(4)了解FANUC系统FSSB总线的作用及连接方法。二、任务分析FANUC(发那科)数控系统功能完善，品种齐全，稳定可靠，性价比高，在机械制造领域拥有较大的市场份额，从20世纪70年代以来FANUC公司推出了多个产品系列，生产的数控系统日前是我国以及全球占有量最大的数控系统。

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FANUC数控系统及其电气控制硬件连接FANUC系统可分为高、中、低3个挡。高挡系统为FANUC30i系列产品，最多可以实现控制犯个进给轴和8个主轴，主要用于高速、精密、多轴、多系统的大型复合加工设备;中档系统为FANUC16i/18i/21i系列，最多可以实现8个进给轴和2个主轴的控制，主要用于各种高速、精密、多轴的加工中心控制;低档系统为FANUCOi/OiMate系列，最多可实现4个进给轴和2个主轴的控制，主要用于一般的数控车、铣床和4轴的加工中心控制。此处选取在国内广泛使用的FANUCOiC和OiMateC系统进行介绍。

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FANUC数控系统及其电气控制硬件连接(一)FANUCOiC数控系统及伺服接口1.FANUCOiMC数控系统接口FANUCOiMC系统的背面接口如图6.8所示。系统各接口功能如下。CP1:24VDC输入，由外部开关电源供电，供系统使用。FUSE:系统24VDC输入熔断器(5A).JA7A;串行数字伺服主轴接口或模拟主轴编码器接口。JD1A;I/0Link串行输入/输出信号接口，一般作为标准FANUC机床操作面板及系统I/O单元的输入/输出信号接口。JA40:模拟主轴的控制信号接口，输出0-lOV信号，可控制变频主轴。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接JD36A;RS232C串行通信接口，用于数据的输入/输出连接，使用通道。和toJD36B;RS232C串行通信接口，用于数据的输入/输出连接，使用通道20CN2:系统操作软键信号接口。CA55:系统MDI键盘的输入接口。)

CA69:伺服检测板接口。COP10A;FANUC伺服串行总线FSSB(FANUCServoSerialBus)光缆接口，与驱动器上的COP10B相连，串行通信。FANUCOiMateC的系统背板上的接口与FANUCOiC一样。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接2.αi系列电源模块、主轴模块、伺服模块接口1)电源模块PSM接口如图6.9所示，FANUCOi电源模块各指示灯及接口信号如下。(1)“TB1”:直流电源输出端。与主轴模块和伺服模块的直流输入端相连，为其提供直流电源(300VDC)。(2)“STATUS”(状态)LED指示灯:用于表示电源模块所处的状态。出现异常时，显示相关的报警代码。(3)直流回路连接充电状态LED:在该指示灯完全熄灭后，方可对模块电缆进行各种操作，否则有触电危险。(4)CXIA,CX1B:CXIA为200VAC输入接口;CX1B为200VAC输出接口。(5)CXA2A;24VDC电源、*ESP急停信号、XMIF报警信息输入接口，与前一个模块的CXA2B相连。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接(6)JX1B:模块连接接口，作通信用。(7)CX3;MCC接口。该接口连接主接触器的触点，用于控制输入电源模块的三相交流电源的通断。(8)CX4;*ESP信号接口。该接口用于连接机床的急停信号。(9)L1,L2,L3三相交流电电源输入端，三相200V.

2)主轴模块SPM接口图6.10所示，FANUCOi主轴模块各指示灯及接口信号如下。(1)P,N:直流电源输入端。与电源模块、伺服模块的直流输入端相连。(2)STATU别状态)LED指示灯:用于表示主轴模块所处的状态。出现异常时，显示相关的报警代码。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接(3)CXA2A;24VDC电源、*ESP急停信号、XMIF报警信息输入接口，与前一个模块的CX2B相连。(4)CXA2B;24VDC电源、*ESP急停信号、XMIF报警信息输出接口，与后一个模块的CX2A相连。(5)JX4:主轴伺服状态检查接口。该接口用于连接主轴模块状态检查电路板，可获得内部信号的状态(脉冲发生器和位置编码器的信号)。(6)JY:主轴负载功率表和主轴转速表的连接接口。(7)JA}A:通信串行输出接口。该接口与下一个主轴(如果有的话)的JA7B接口相连。(8)JA7B:通信串行输入接口。该接口与控制单元的JA7A(SPDL)接H相连。(L“JY2”，即脉冲发生器、内置探头和电动机轴Cs探头接口。)返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接(9)JYA2:连接主轴电动机速度传感器(主轴电机内装脉冲发生器和电机过热信号)。(10)JYA3;磁感应开关和外部单独旋转信号接口，作为主轴位置的一个转信号接口。(11)JYA4:位置编码器和高分辨率位置编码器接口。(12)U,V,W:三相交流变频电源输出端，与主轴伺服电机连接。3)伺服模块SVM接口αi系列伺服是一种高速、高精度、高效率的智能化伺服系统，它可促进机床的高速、高精度和紧凑设计。图6.11所示为该伺服驱动模块的接口框图，图中接口的作用如下。(1)TBl:连接电源模块的直流母线(300VDC).(2)BATTERY:伺服电动机绝对编码器的电池盒(6VDC).(3)STATUS:伺服模块状态指示窗口。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接(4)CXSX:绝对编码器电池的接口。(5)CXA2A;24VDC电源、*ESP急停信号、XMIF报警信息输入接口，与前一个模块的CX2B相连。(6)CXA2B;24VDC电源、*ESP急停信号、XMIF报警信息输出接口，与后一个模块的CX2A相连。(7)COP10A:伺服高速串行总线(HSSB)输出接口，与下一个伺服单元的COP10B连接(光缆)。(8)COP10B:伺服高速串行总线(HSSB)输入接口，与CNC系统的COP10A连接(光缆)。(9)JX5:伺服检测板信号接口。(10)JF1,JF2:伺服电动机编码器信号接口。(11)CZ2L,CZ2M:伺服电动机动力线连接插口。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接(二)FANUCOiC数控系统的连接数控系统的连接主要应注意与电源的连接、与主轴的连接、与进给轴的连接和外部I/O的连接4个方面。FANUCOiC系统，电源接口为CP1，外接开关电源提供的24VDC，主轴采用αi主轴模块SPM，通过CNC上JA7A伺服主轴接口连接，进给轴采用高精度的由系列伺服模块SVM，通过CNC上COP10AFSSB串行伺服总线光纤连接。其连接如图6.12所示。FANUCOiC系统使用3VDC的铿电池给系统中的SRAM供电，以保证在里边存放的数据在关机后不丢失。MDI单元的连接中，CA55接口连接MDI键盘，CN2接口连接屏幕下方的软键。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接系统可以通过JD36A与外部计算机相连接，实现DNC加工、参数备份等数据传输。系统用24VDC直流电源供电，接口为CP1，一般通过开关电源来供电。FANUCOiC系统内置PLC，一般称为PMC(ProgrammableMachineController,可编程机床控制器)，它与外部信号的输入/输出通过I/0Link接口连接I/0模块或I/0板实现，如在图中，通过I/0Link板上CE56,CE57两个接口扩展至分线器，用于外部信号的输入/输出，还可以通过其上的JA3接口连接手摇脉冲发生器，I/0Link板需要外部24VDC供电。系统JA7A接口连接至SPM主轴模块的JA7B,COPIOA接口连接至伺服模块SVM上的COP10B.

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FANUC数控系统及其电气控制硬件连接三、相关知识(一)FANUCOi系列数控系统简介FANUCOi是非常小型化的高可靠性、高性能价格比的数控系统，最多可控4轴，4轴联动，有A,B,C,D4个版本类型。FANUCOiModelA是由FANUC21系统简化而来的，只有基本单元，无扩展单元。FANUCOiModelB和FANUCOiModelC是FANUC公司在2003-2004年根据我国数控发展状况，在FANUC-21i基础上开发的符合我国经济情况的CNC系统。

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FANUC数控系统及其电气控制硬件连接FANUCOiModelD系列是FANUC最新推出的非常适合国内机床行业使用的系统系列，FANUCOiD系列具有车床、铣床、磨床功能，最多可实现9个坐标的控制，4轴联动，可实现双通道控制，系统和显示器一体化的结构，其连接和操作与FANUC30i/31i/32iModelA系列基本相同。FANUCOiA和FANUCOiB/OiC/OiD的区别主要是放大器和电机不同，前者是α/β系列，而后者是。αi和βi系列，不能互换。

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FANUC数控系统及其电气控制硬件连接FANUCOimate是在FANUCOi的基础上简化的经济型系统，最多可以控制3轴，可靠性强、性价比卓越。主要用在性能要求不太高的数控车床、铣床上，从而取代了传统的步进电动机驭动的开环系统。与FANUC0系统相比，FANUCOi具有更快的速度，Oi采用了总线技术，增加了网络功能，并采用了“闪存”(FlashROM)。系统可以通过RemoteBuffer接口与个人计算机相连，由计算机控制加工，实现信息传递;系统间也可以通过I/0Link总线进行连接。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接(二)FANUCOiC系统的主要特点1.模块化的结构与FANUC16i/18i/21i系统的结构相似，FANUCOi采用模块化结构。主CPU板上除了主CPU及外围电路之外，还集成了FROM&SRAM模块、PMC控制模块、存储器和主轴模块、伺服模块等。其集成度较FANUC0系统更高。2.超高速串行通信利用FANUC串行伺服总线(FANUCSerialServoBus)，可以将CNC单元与多个伺服放大器连接起来，进行高速数据传输，而且减少了传输线缆，保证了传送的可靠性。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接3.高速高精度加工进给伺服采用高响应量(HighResponseVector,HRV)控制的高增益伺服控制系统，可以实现高速数据传输。为了避免机械谐振，系统增加了HRV滤波器，实现稳定的高增益伺服控制。为实现高速、稳定的进给，系统采用高性能ai系列交流伺服电动机、高精度的电流检测和高分辨率的脉冲编码器以及高性能伺服控制。4.操作方便简单Oi的界面、操作、参数等与16i/18i/21i基本相同。熟悉Oi系统后，自然会方便地使用上述其他系统。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接5.软件更加优化FANUCOi可以预读12个程序段，比FANVC0系统多，可以减少轮廓加工误差，效果优于0MD,Oi系统的PMC程序基本指令执行周期短、容量大，功能指令更丰富。6.数据传输方便FANUCOi系统比FANUC0系统在数据传输方面更加方便，有很大改进。FANUCOi在RS232串行通信时速率可达19200b/s，通过高速串行总线(HighSpeedSerialBus,HSSB)PC相连接;还可以选择存储卡实现数据的输入/输出，速度更快，操作方便，灵活性更好。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接7.优良的诊断系统与FANUC0系统相比，FANUCOi系统配备了更加强大的诊断功能和操作信息显示功能，给机床用户使用维修带来了极大的方便。(三)FANUCOi系统面板操作图6.13所示为FANUCOiMC系统的显示装置和MDI键盘，系统采用LCD显示器，显示器下边为系统操作软键，通过系统软键来选择其对应的不同系统功能。MDI键盘包括系统的数字和字母键、程序编辑键、系统功能键、光标键等。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接显示单元下方的阅的作用是返回上一级日录，卡的作用是同级日录下内容的扩展。MDI键盘有两种选择，横式的键盘和纵式的键盘，图6.14所示为FANUCOiMC横式的键盘，下边对MDI键盘键的作用作简要的介绍。1.复位键RESET用于使CNC复位或取消报警等。2.换档键SHIFT用于选择地址/数据键中大标的数字或字母和小标的字母或符号键。当按住换挡键Shift时则选择的键为对应的小标字母或符号(每次选择都需要按住Shift键)。3.输入键INPUT用于参数、对刀时刀具补偿数据值的输入操作。

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FANUC数控系统及其电气控制硬件连接4.翻页键PAGE作为各功能菜单的前翻或后翻键。5.光标键4个光标键用于光标的前、后、左和右的移动调整。6.程序的编辑键CAN为退格键，删除前一个字符;DELETE为删除键，删除光标后的一个字符;ALTER为替换键;INSERT为插入键，可以将整个程序段插入;EOB(EndOfBlock)为程序段结束键，输入程序时每输完一个程序段，需要用EOB来结束，显示为“;”。7.功能键POS:位置显示功能键，用来显示机床当前绝对、相对、综合等坐标信息。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接PRO(程序功能键，系统在编辑状态(EDIT)时，显示当前编辑的程序、系统存储的所有程序(DIR)，在自动状态(MEM)时，程序运行时的监视画面等。OFS/SET:刀具补偿画面(OFFSET)、系统的设定画面(SETTING)、工件坐标系画面、宏程序变量显示画面等。SYSTEM:系统功能键，用来显示系统参数、诊断、PMC、主轴、伺服调整画面等。MESSAGE:信息键，用来查看系统报警画面(ALARM)、报警信息画面(MESSAGE)和系统历史报警画面等。CSTM/GR:用于系统会话式编程画面(CUSTUM)及刀具轨迹图形显示画面(GRAPH)，此功能是系统的选配功能。8.帮助键HELP显示帮助功能菜单。具体可以显示系统报警信息画面、操作方法画面及参数日录画面。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接(四)FANUCOi系统的工作方式FANUCOiMC系统的有多种工作方式，分别为:编辑方式EDIT、自动运行方式MEM、手动方式JOG、手轮方式HND、回零方式REF、直接输方式MDI,DNC方式RMT。当前的工作方式会在系统的状态栏中显示，工作方式可以通过机床操作面板上的方式切换键来进行切换，下边简单介绍各种方式的具体作用。EDIT方式主要用于程序的输入、编辑，另外也可以用于数据的输入/输出。MEM方式是指运行在内存(RAM)中的程序，有些系统也将其称为AUTO方式，是在工件加工中常用的一种方式。JOG方式主要用于手动操作机床，可以通过操作面板上的点动键+/一X,Y,Z来操作机床，使用时注意选择合适的进给倍率。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接HND方式的作用和JO(}方式相同，但依靠手摇脉冲发生器(也称手轮)来控制机床，在使用时首先选择要控制的轴和手轮进给的倍率。REF方式用于开机时回参考点的操作方式，此方式只在开机回零时使用。MDI方式，通过直接输入NC语句来控制机床，一般在对刀时使用或用于简单加工。RMT方式，DNC加工使用，多用于模具加工或自动生产线上的数控机床控制。(五)FANUCOi系统的系统组成主模块由主板、CPU卡、显示卡、伺服轴控制卡,FROM&SRAM存储日在伺服控制卡下面)、模拟量主轴控制日在显示卡下边)和电源单元等组成，如图6.15所示。

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FANUC数控系统及其电气控制硬件连接CPU卡通过总线与各模块通信，实现CNC的控制;显示卡用于显示系统文字、图形;伺服控制卡通过FSSB实现伺服单元的控制;FROM&SRAM模块中，FROM用于存储CNC、数字伺服、PMC、其他CNC功能用的系统软件和用户软件，SRAM用于存储系统参数、加工程序、各种补偿值等;模拟量主轴控制卡用于实现模拟量主轴控制(如通过变频器控制的主轴);电源单元为系统提供各种直流电源，电源单元的输入为直流24VI/O模块包括内置模块接口、手摇脉冲发生器控制及I/OLink接口。I/OLink接口是一个串行接口，用于NC与各种I/O单元进行连接，如操作面板、I/O扩展单元或PowerMate连接起来，并且在所连接的各设备间高速传送I/O信号。返回下一页上一页学习单元2

FANUC数控系统及其电气控制硬件连接I/0Link连接的规则:在I/0Link中，设备分为主单元和子单元。FANUCOi系统的控制单元为主单元，通过JD1A进行连接的设备为子单元。一个I/0Link最多可连接16组子单元。用于I/0Link连接的两个接口分别称为JD1A和JD1B，对所有具有I/0Link功能的单元是通用的，连接电缆总是从一个单元的JD1A连接到卡一个单元的JD1B。连接到最后一个单元时，最后一个单元的JD1A是无需连接的。四、技能训练FANUC数控系统及其电气接口(1)对照FANUCOiC或FANUCOimateC机床分析数控系统各部分的连接关系。(2)分析FANUCαi系列伺服模块连接关系，如图6.16所示，说明各接口的作用。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接一、学习目标(1)了解典型SIEMENS系统接口的作用。(2)学会根据电气图完成接口电路的连接。(3)了解SIEMENS系统中ProfiBus总线的作用及连接方法.二、任务分析Siemens公司是世界上最早开发研制数控系统的公司之一，其数控装置采用模块化结构设计，在一种标准硬件上，配置多种软件，使它具有多种工艺类型，满足各种机床的需要。Siemens系统具有丰富的人机对话功能，具有多种语言的显示功能，在全球有广泛的用户。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接Siemens日前市场上常见的产品类型如图6.17所示，主要包括Sinumerik801,802,810D和840D等系列产品，在我国机床行业被广泛使用。此处介绍在国内广泛使用的802D系统。Sinumerik802D是基于ProfiBus总线控制的CNC，它主要由PCU,PP72/48,MCP(机床控制面板),611Ue伺服驭动等部分组成。(一)Sinumerik802D数控系统组成部分的接口

1.PCU单元接口PCU(面板控制单元)为802D的核心部分，其外观形状如图6.18所示。PCU

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Siemens数控系统及其电气控制硬件连接通过ProfiBus总线与PP72/48,伺服驱动装置等部件连接，通过COM1,手轮、键盘等插座可实现PCU与其他部件的连接和数据交换。1)A局部视图接口说明ProfiBus接口:9芯孔式D形插座，ProfiBus总线接口，用于PP72/4歇伺服驱动装置的连接。COM1接口:9芯孔式D形插座，用于连接外部PC或RS232隔离器。COM2接口:无定义。HANDWHEELI一3;15芯孔式D形插座，用于连接手轮1一30KEYBOARD;6芯孔式圆形插座，NC键盘接口。

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Siemens数控系统及其电气控制硬件连接2)B局部视图接口说明PCU单元24VDC供电电源输入口。必须确认电压在额定输入电压(24VDC)的+20--15%的范围内才能对系统进行上电调试。2.愉入/愉出模块PP72/48接口输入/输出模块PP72/48可提供72个数字输入和48个数字输出。每个模块具有3个独立的50芯插槽，每个插槽内包含24个数字输入和16个数字输出，如图6.19所示，其输出的驭动能力为0.25A，同时系数为10802D最多可配置两个PP模块，提供144个数字输入，96个数字输出信号。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接X1接口:3芯端子式插头，PP72/48模块24VDC供电电源输入口。必须确认实测电压在额定输入电压(24VDC)的+20%-15%的范围内才能对该模块进行上电调试。X2接口:9芯孔式D型插头，ProfiBus总线连接接口。S1开关:ProfiBus地址设定开关。802D系统最多可配置两块PP72/48模块，模块1地址为9;模块2地址为8.4个发光二极管:PP72/48的状态指示灯，其含义如表6.2示。3.611Ue伺服模块接口图6.20所示为611Ue的电源模块与伺服模块。611Ue伺服驭动器支持ProliBus总线，从而可以方便地用于Sinumerik802D系列的数控机床驭动。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接611Ue电源模块上各主要端子的功能如下。(1)X111:伺服就绪信号。一般T73.1接外部24VDC,T72接PLC的输入点，电源模块自检测正常后，常开端子T72与T73.1闭合，信号输出至PLC,表示电源模块已就绪。(2)X121:模块超温报警信号和使能信号。一般T51接外部24VDC,T52接PLC的输入点，当电源模块过载超温后，常开端子T51和T52闭合，信号输出至PLC，表示电源模块超温报警。T64;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。T63: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。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接T9/T19;T9是24VDC输出电压，T19是24VDC的参考地(OV).(3)X141:电源模块工作正常输出信号端口，可作为电压检测端子，以便进行电源模块诊断使用。主要包括以下端子。

T7:P24，+24VDC;T10:N24，-24VDC;T45:P15，+15VDC;T15:M,OV;T44:N15，-15VDC;R:Reset，模块的报警复位信号。(4)X161;电源模块设定操作和标准操作选择端口。T112“调试或标准方式，该信号一般用在传输线的调试中，一般情况连接到系统的24V上。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接T48: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。(5)X171;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(一般按出了状态使用)。(6)X172;AS1/AS2，主继电器状态，该信号反映主继电器的闭合状态，主继电器闭合对为高电平(一般按出厂状态使用)。(7)X181:供外部使用的供电电源端口，包括直流电源600vDD(P600,M600)，三相交流电源380VAD(U1,V1,W1)。(8)X151;设备总线，为后面连接的模块供控制电用。

611Ue控制模块上主要端子的作用如下。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接(1)X411,X412;电动机编码器的接口，连接时需要注意接线的次序，如果电动机接伺服驭动器功率模块的A1接口，其编码器反馈接到X411,如果接A2，编码器反馈接到X4120(2)X423;ProfiBus总线接口，用于连接SINUMERIK802DCNC上的ProfiBus总线接口，接受CNC的控制，并向其反馈信息。(3)X431:外部电源供电和脉冲使能接口。如果要使用控制模块上的I/0，则需要通过P24接入24VDC,M24接入OV,给输出点提供电源。T663控制模块脉冲使能输入端子。T9;24VDC输出电压。在使用时一般将T663与T9短接)T19是24VDC对应的参考地OV.

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Siemens数控系统及其电气控制硬件连接(4)X441;T75/T16，输出0一lOVDC电压，用于给定变频器等模拟主轴速度控制信号。(5)X453,X454;T65控制器使能，T9,24VDC，在使用时将其短接。I0.A,I0.B,I01.A,I1.B,QO.A,QO.B,Q1.A,Q1.B可以利用软件定义其输入/输出的功能，例如利用Q0.A和Q1.A来控制变频主轴的正反转。(6)X471;RS232C接口，控制模块与计算机的通信接口。(7)X472:主轴变码器反馈输入接口。(8)X351:设备总线，用于电源模块供电及模块间相互通信。(9)A1/A2:接口位于功率模块上，A1为电动机1接口，A2为电动机2接口。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接(二)802D数控系统的连接图6.21所示为Siemens802D系统的连接框图，其各部分连接作用和规则介绍如下。1.24VDC电源连接在802D系统连接部件中，需要24VDC电源供电的部件有PCU单元的X8接口和两块PP72/48模块的X1接口，插头上已经标明犷24V,0V和PE(接地)。在Siemens数控设备中一般用P表示电源的正+,N表示电源的负一，M表示信号地，即OV，如P24表示+24VDC,N15表示一15VDC,M24表示+24V所对应的OV.返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接2.ProfiBus现场总线的连接Sinumerik802D是基于ProfiBus总线的数控系统，PCU(面板控制单元)通过ProfiBus总线和PP72/48、伺服驱动进行数据交换和监控，因此，ProfiBus总线的正确连接对于机床的稳定工作具有非常重要的意义。ProfiBus总线为串行连接，PCU为ProfiBus的主设备，每个ProfiBus从设备(PP72/48和611Ue伺服驱动器)都具有自己的总线地址，设备的总线地址不重复，即总线上不可出现两个相同的地址。因此，从设备在ProfiBus总线上的排序是任意的，具体连接方法如图6.22所示。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接ProfBus的两个终端设备的终端电阻开关应拨至ON位置。PP72/48的总线地址由模块上的地址开关S1设定，第一块PP72/48的总线地址出厂设定为9，如选配第二块PP72/48模块，则地址为8，如图6.23所示。611Ue的总线地址可以利用工具软件SimoComU进行设定，也可以通过611Ue上的输入键进行设定。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接3.电子手轮的连接手轮亦称为手摇脉冲发生器，802D最多可以接3个手轮，分别连接至PCU的X14,X15,X16o802D系统手轮功能的激活，首先需将工作方式切换至JOG方式，然后还要选择手轮的进给倍率，方可使用。4.NC键盘的连接802D可以选用水平或垂直的键盘，连接时用所提供的电缆与PCU连接，将带弯角的插头将PCUX10接口与键盘相连即可。5.机床控制面板的连接机床控制面板不与PCU单元直接相连接，而是通过PP72/48模块的插座X111,X222分别与机床控制面板的X120七X1202接口连接，如图6.23所示。返回下一页上一页学习单元3

Siemens数控系统及其电气控制硬件连接6.机床外部I/0点的连接由于PP72/48的I/0插座X111,X222,X333是50芯的针脚，所以其必须通过端子转换器才可以与外部连接。三、相关知识(一)Sinumerik802D数控系统简介Sinumerik802D的核心部件PCUPLC（面板控制单元)将CNC,PLC,HMI人机界血)和通信等功能集成于一体，可靠性高、易于安装系统通过现场总线ProfiBus将驭动器、输入/输出模块连接起来，可控制4个进给轴和一个数字或模拟主轴。系统无电池、无风扇，免维护，可用于车削，铣削机床。返回下一页上一页学习单元3

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