第四章SIEMENS数控系统课件

数控机床维修高级应用人才培养丛书数控机床维修高级应用人才培养丛书现代数控机床故障诊断与维修现代数控机床故障诊断与维修2024/7/151第四章 SIEMENS数控系统故障诊断与维修天津工程师范学院天津工程师范学院2024/7/15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 4.1 概概 述述 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。2024/7/153 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SIEMENS 6系统（6T、6M、7T、7M系统）、SIEMENS 3系统（20世纪80年代欧洲的典型系统）、SIEMENS 8系统（8T、8M、8MC 系统）、SIEMENS 850880系统（850T、850M和850880系统）、SIEMENS 840C等。以上系统多见于进口机床，其中SIEMENS 850880系统功能较强，SIEMENS 840C的功能与SIEMENS 840D相同。2024/7/1542024/7/155一一；820为12in单色或彩色显示，系统电源为交流220V、SIEMENS810/820系统 SIEMENS 810/820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。2024/7/156二、SIEMENS 802系列系统 SIEMENS 802系列系统包括802S/Se/Sbase line、802C/Ce/Cbase line、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。SIEMENS 802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。2024/7/157 SIEMENS 802S、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/Sbase line系列采用步进电动机驱动；802C/Ce/Cbase line系列采用数字式交流伺服驱动系统。SINUMERIK 802C base line 提供传统的10V 的伺服驱动接口，基本配置的驱动系统为：SIMODRIVE base line，3Nm6Nm和6Nm8Nm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SIMODRIVE 611U 伺服驱动系统和带单极对旋转变压器的1FK7 伺服电机；SINUMERIK802S base line提供脉冲及方向信号的步进驱动接口。SIEMENS 802S、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）。2024/7/158 SIEMENS 802S、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SIEMENS PCU210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（PP72/48 I/O单元），9每一系统最大可以配备两个PP72/48 I/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。2024/7/1510三、SIEMENS 810D/840D系统 在数字化控制领域，SINUMERIK 810D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。2024/7/1511 SIEMENS 810D/840D的系统结构相似，但在性能上有较大的差别。810D采用SIEMENS CCU（Compact Control Unit）模块，最大控制轴数为6轴，1通道工作；840D采用SIEMENS NCU（Numerical Control Unit）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）2024/7/1512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。2024/7/1513 4.2 SIEMENS 4.2 SIEMENS数控系统组成数控系统组成 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 SINUMERIK 810D/840D是由数控及驱动单元CCU（Compact Control Unit）或NCU（Numerical Control Unit）,人机界面MMC(Man Machine Communication)，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SIMODRIVE 611D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。2024/7/15141数控及驱动单元 （1）810D与CCU 数控单元是SINUMERIK 81OD的核心，它被称为CCU单元，CCU分为CCU1和CCU3，目前我们使用的是CCU 3单元。CCU单元内部集成了数控核心CPU和SIMATIC PLC的CPU。包括SINUMERIK 810D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。2024/7/1515 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：211Nm。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(18/36AFDD或24/32AMSD）的主轴即：29Nm+19kw（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SIMODIVE 611D 模块，使用户配置有更大的灵活性。（2）840D与NCU SINUMERIK 840D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COM CPU板，一个PLC CPU板和一个DRIVE板组成。2024/7/1516 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SINUMERIK 840D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SIMODRIVE 611D。它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）。172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SINUMERIK 810D配MMC100.2，而为SINUMERIK840D配MMC103。18（2）OP OP单元一般包括一个10.4TFT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SINUMERIK 810D/840D应用了多点接口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（即Operator Panel Interface)总线，它的传输速率为1.5M秒2024/7/1519（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（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。3PLC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）及信号模块（Signal Module），示意图见4-3所示。PLC的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。2024/7/1520二、硬件连接二、硬件连接 SINUMERIK 810D/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。2024/7/15211数控单元模块接口 （1）SINUMERIK 840D NCU 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：PLC S7-300 I/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。2024/7/1522 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。2024/7/1523（2）SINUMERIK 810D CCU3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SIMODRIVE 611D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。2024/7/15243各模块连接 SINUMERIK 810D系统连接图见图4-8，SINUMERIK 840D系统连接图见图4-9。2024/7/15254.3 SIEMENS4.3 SIEMENS数控系统数控系统PLCPLC一一 、PLCPLC在数控机床中的应用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。2024/7/15261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。2024/7/1527 2CNC、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。2024/7/1528MT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。2024/7/1529 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。2024/7/1530二、SIEMENS PLC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。2024/7/15311SIEMENS 810/820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；2024/7/15322SIEMENS 802S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。2024/7/15333SIEMENS 802D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。2024/7/15344对于SIEMENS 810D/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。2024/7/1535三、三、STEP7-300 PLCSTEP7-300 PLC 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）。1STEP7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。2024/7/1536（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。2024/7/1537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。2024/7/1538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。2024/7/1539（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。2024/7/15403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。2024/7/15415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。2024/7/15427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OptionReference DataFilter and Display，或在LAD/STL/FBD编辑器中下拉菜单OptionReference DataFilter and Display，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。Data Type则是查找的数据类型，位、字节、字、双字或所有类型。如查找Bit Memory区域，所有与0地址有关的数据，如M0.1-M0.7，MB0，MW0，MD0等。2024/7/1543四、四、SIUMERIK 810D/840DSIUMERIK 810D/840D的的PLCPLC调试调试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2024/7/15442024/7/1545元素类型含义备注复位S1按钮引起一个硬件复位，控制系统和驱动复位后重新引导启动。S3旋转开关NCK启动开关位置0：正常运行位置1：NCK 总清位置2：NCK 从内存卡软件升级位置37：预留S4旋转开关PLC模式选择开关位置0：PLC运行位置1：PLC运行-P位置2：PLC停止位置3：模块复位H1(左列)显示灯显示灯+5V：电源电压在容差范围内时亮。NF：如果NCK 或PLC 监控被触发，则此灯亮。SF：驱动故障时此灯相应点亮，系统启动无误后此灯灭。CB：如果正通过MPI 接口传输数据，则此灯亮。绿灯红灯红灯黄灯H2(右列)显示灯显示灯PR：PLC-运行状态。PS：PLC-停止状态。PF：PLC 故障时，此灯亮。PFO：PLC-强制状态。-：无作用（I 复位期间短暂点亮。）绿灯红灯红灯H37段数码管软件支持输出的测试和诊断信息。启动完成后，正常状态显示“6”表4-1 810D CCU 模块控制和显示元素2NC 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。2024/7/1546（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）2024/7/15473PLC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SINUMERIK 81OD/840D的PLC为SIMATIC S7-300，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4-172024/7/15482024/7/1549图4-15 PLC项目结构图2024/7/1550图4-16 计算机与SINUMERIK 810D/8 40D 连接图图4-17急停有关信号时序图4.4 SIEMENS4.4 SIEMENS数控系统参数配置数控系统参数配置一、参数总述一、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。2024/7/1551二、参数的组成二、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。2024/7/1552三、三、810/820810/820系统机床参数调整系统机床参数调整以810/820系统为例，机床参数包括：1NC数据2PLC数据2024/7/1553四、四、840D/810D系统机床参数的设置系统机床参数的设置1机床数据设定（1）通用机床数据(General MD)MD10000此参数设定机床所有物理轴，如X轴。通道机床数据(Channel Specific MD)MD20000设定通道名CHAN1；MD20050n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；MD20060n设定所有几何轴名；MD20070n设定对于此机床存在的轴的轴序号；MD20080n设定通道内该机床编程用的轴名；2024/7/15542驱动数据设定3参数生效模式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)复位：控制单元上的“RESET”键IMMEDIATELY(so)：值输入以后2024/7/15554.5 SIEMENS4.5 SIEMENS数控系统故障诊断与维修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。2024/7/1556一、一、810810报警系统报警系统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。2024/7/15572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。2024/7/15582024/7/1559报警号报警类型报警清除方式ALM1ALM15ALM40ALM99电源开报警重新开控制器ALM16ALM48V.24（RS232）报警查找“数据输入输出（DATA IN-OUT）”菜单按“数据输入输出（DATA IN-OUT）”的软键按“停止（STOP）”软键ALM100*ALM196*伺服报警（复位报警）（*=轴号）按复位键ALM132*伺服报警（电源开报警）（*=轴号）重新开控制器ALM2000 ALM2999一般报警（复位报警）按复位键ALM3000 ALM3050可删除的报警按应答键ALM6000 ALM6063ALM6100 ALM6163PLC用户报警按应答键ALM7000 ALM7063PLC操作消息这些信息由PLC程序自动复位二、西门子二、西门子840D840D系统报警信息系统报警信息1NC警报：2MMC警报信息3611D警报4PLC警报：2024/7/1560三、三、SIEMENSSIEMENS系统故障实例系统故障实例例例4-14-1：某数控淬火机床，出现ALM2“Over temperature”（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：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。2024/7/1561某配套SIEMENS 810M GA3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：故障分析及处理：SIEMENS 810M GA3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。2024/7/1562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。2024/7/1563例例4-34-3：某配套SIEMENS 810M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：故障分析及处理：SIEMENS 810M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。2024/7/1564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SIEMENS 810M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。2024/7/1565例例4-44-4：配套SIEMENS 802D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：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。2024/7/1566例例4-54-5：某配套SIEMENS 3M的立式加工中心，在使用过程中经常无规律地出现“死机”、系统无法正常起动等故障。机床故障后，进行重新开机，有时即可以正常起动，有时需要等待较长的时间才能起动机床；机床在正常起动后，又可以恢复正常工作。故障分析及处理：故障分析及处理：由于该机床只要在正常起动后，即可以正常工作；且正常工作的时间不定，有时可以连续进行数天，甚至数周的正常加工；有时却只能工作数小时，甚至几十分钟，故障随机性大，无任何规律可寻，此类故障属于比较典型的“软故障”。2024/7/1567根据以上结论，可以基本确定引起机床故障的原因在输入电源部分。对照机床电气原理图检查，系统的直流24V输入使用的是普通的二极管桥式整流电路供电，这样的供电方式在电网干扰较严重的场合，通常难以满足系统对电源的要求。最后，采用了标准的稳压电源取代了系统中的二极管桥式整流电路，机床故障被排除。2024/7/1568例例4-64-6：810T系统数控淬火机床，当按下NC启动按钮时，系统开始自检，但当显示器刚出现基本画面时，数控系统马上掉电自动关机。再按NC启动按钮，出现同样故障现象。故障分析及处理：故障分析及处理：此故障可能是由于810系统24V供电电源的问题或NC系统的问题造成的。2024/7/1569例例4-7：配套SIEMENS 802D系统的数控铣床，开机时出现报警：ALM380500、400015、400000、025201、026102、025202：驱动器显示报警号ALM599。故障分析及处理：故障分析及处理：根据系统诊断说明书，检查以上报警的内容如下：ALM380500：PROFIBUS DP驱动器连接出错；ALM400015：PROFIBUS DP I/O连接出错；ALM400000：PLC停止；ALM025201：驱动器1出错；ALM025202：驱动器1出错，通信无法进行；ALM026102：驱动器不能更新；伺服驱动器ALM599：802D与驱动器之间的循环数据转换中断。2024/7/1570综合以上分析，报警的检查应重点针对I/O单元(PP72/48)进行。经检查，该机床的I/O单元(PP72/48)指示灯“POWER”不亮，表明I/O单元无DC24V。测量外部供电DC24V正常，I/O单元内部全部熔断器都正常，由此初步判定故障原因在DC24V的输入回路或外部DC24V与I/O单元的连接上。进一步检查I/O单元与外部24V的连接，发现I/O单元电源连接端子的接触不良，重新连接后，I/O单元的“POWER”、“READY指示灯亮，系统报警消失，机床恢复正常工作。2024/7/15714.6 SIEMENS4.6 SIEMENS数控系统数据备份及恢复数控系统数据备份及恢复一、一、802D802D系统数据备份和恢复系统数据备份和恢复1数据备份2批量调试（数据恢复）2024/7/1572二、二、810D/840D810D/840D系统数据备份和恢复系统数据备份和恢复1数据备份2系列备份3分区备份4数据的恢复2024/7/15732024/7/1574 图4-1 SIEMENS公司数控系统产品结构2024/7/1575图4-2铣床版MCP正面图2024/7/1576图4-2车床版MCP正面图2024/7/1577图4-3 SINUMERIK810D/840D系统的PLC模块安装示意图2024/7/1578图4-4 SINUMERIK 840D NCU 接口端2024/7/1579图4-5 SINUMERIK 810D CCU3接口2024/7/1580图4-6电源模块接口端2024/7/1581图4-7伺服电动机驱动模块端口2024/7/1582图4-8 SINUMERIK 810D系统连接图2024/7/1583图4-9 SINUMERIK 840D系统连接图2024/7/15844-10 内装型PLC的CNC系统框图2024/7/15854-11独立型PLC的CNC系统框图2024/7/1586图4-12 PLC程序结构图2024/7/15872024/7/1588图4-13 CPU动态扫描过程