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西门子840D数控系统故障解决方案
日期:2012-3-7 18:25:00    阅读:
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。
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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
1611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。
 

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