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西門子數(shù)控系統(tǒng)概述 
一、西門子數(shù)控系統(tǒng)組成 西門子數(shù)控系統(tǒng)主要包括：控制及顯示單元、PLC 輸入/輸出單元（PP）、PROFIBUS 總線單元、伺服驅(qū)動(dòng)單元、伺服電機(jī)等部分。 
二、西門子數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程 
1． SINUMERIK 802S/C 系統(tǒng) SINUMERIK 802S/C 系統(tǒng)專門為低端數(shù)控機(jī)床市場而開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型CNC 控制系統(tǒng)。802S/C 兩個(gè)系統(tǒng)具有同樣的顯示器，操作面板，數(shù)控功能，PLC 編程方法等，所不同的只是SINUMERIK 802S 帶有步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制步進(jìn)電機(jī)，可帶3 個(gè)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)軸及一個(gè)±10V 模擬伺服主軸； SINUMERIK 802C 帶有伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),它采用傳統(tǒng)的模擬伺服±10V 接口,zui多可帶3 個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)軸及一個(gè)伺服主軸。 
2． SINUMERIK 802D 系統(tǒng) 該系統(tǒng)屬于中低檔系統(tǒng)，其特點(diǎn)是：全數(shù)字驅(qū)動(dòng)，中文系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單(通過PROFIBUS 連接系統(tǒng)面板、I/O 模塊和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))，調(diào)試方便。具有免維護(hù)性能的SINUMERIK 802D 核心部件-控制面板單元（PCU）具有CNC、PLC、人機(jī)界面和通訊等功能，集成的PC 硬件可使用戶非常容易地將控制系統(tǒng)安裝在機(jī)床上。 
3．SINUMERIK 840D/810D/840Di 系統(tǒng) 840D/810D 是幾乎同時(shí)推出的，具有非常高的系統(tǒng)*性，顯示/操作面板、機(jī)床操作面板、S7-300PLC、輸入/輸出模塊、PLC 編程語言、數(shù)控系統(tǒng)操作、工件程序編程、參數(shù)設(shè)定、診斷、伺服驅(qū)動(dòng)等許多部件均相同。 SINUMERIK 810D 是840D 的CNC 和驅(qū)動(dòng)控制集成型，SINUMERIK 810D 系統(tǒng)沒有驅(qū)動(dòng)接口， SINUMERIK 810D NC 軟件選件的基本包含了840D 的全部功能。 采用PROFIBUS-DP 現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)西門子840Di 系統(tǒng)，全PC 集成的SINUMERIK 840Di 數(shù)控系統(tǒng)提供了一個(gè)基于PC 的控制概念。 
4．SINUMERIK 840C 系統(tǒng) SINUMERIK 840C 系統(tǒng)一直雄居 ** 數(shù)控系統(tǒng)水平，內(nèi)裝功能強(qiáng)大的PLC 135WB2，可以控制SIMODRIVE 611A/D 模擬式或數(shù)字式交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，適合于高復(fù)雜度的數(shù)控機(jī)床。 
三、西門子交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 
1. SIMODRIVE611A：模擬式伺服，配合1FT5 系列進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)(600V)和1PH7 主軸電機(jī), 可控制主軸，進(jìn)給軸，及普通異步電機(jī)。 
2. SIMODRIVE 611D：數(shù)字式伺服，配合1FT6/1FK6 系列進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電機(jī)和1PH7 主軸電機(jī)，可控制主軸，進(jìn)給軸等，只能配合810D、840D、840C 數(shù)控系統(tǒng)。 
3. SIMODRIVE 611U：通用型伺服，可接收模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)（PROFIBUS）,可以進(jìn)行位置控制、速度控制及轉(zhuǎn)矩控制。配合1FT6/1FK6 和1PH7 電機(jī)，是理想的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)解決方案之一。 
4. SIMODRIVE 611UE：通用E 型伺服，通過PROFIBUS 接連，其余同611U。 
SINUMERIK 802D 數(shù)控系統(tǒng)的部件連接 
一、連接總圖及各個(gè)功能部件功能、接口介紹 數(shù)控單元(PCU)中集成了人機(jī)界面、數(shù)控運(yùn)算和可編程控制系統(tǒng)（PLC）三個(gè)功能軟件。 2 與之配套的有：數(shù)控編程鍵盤、手輪、機(jī)床控制面板、數(shù)字量輸入輸出模塊以及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 
1、802D 基本組件及功能介紹: 
1.系統(tǒng)控制及顯示單元（PCU）:系統(tǒng)單元與顯示單元合為一體,既緊湊又方便連接。 此單元為核心單元有一塊486工控機(jī)作主控CPU,其負(fù)責(zé)數(shù)控運(yùn)算、界面管理、PLC邏輯運(yùn)算等。其顯示單元為一10.4吋真彩液晶顯示屏（OP），與鍵盤輸入單元組成人機(jī)界面。 該單元與系統(tǒng)其他單元間的通訊采用 PROFIBUS 現(xiàn)場總線，另有2個(gè)RS232接口與外界通訊。
2.PLC 輸入/輸出單元（PP）: zui大144點(diǎn)輸入，96點(diǎn)輸出。由 PROFIBUS 完成與PCU 的通訊（2塊）。
3.PROFIBUS 總線單元：由PROFIBUS子模塊、各單元上相應(yīng)的PROFIBUS接口以及 PROFIBUS總線電纜組成。PROFIBUS 總線連接時(shí)要求各接點(diǎn)進(jìn)出方向正確，兩根線不交叉且連接可靠，屏蔽接牢。各接點(diǎn)插頭上的設(shè)置開關(guān)嚴(yán)格遵循終端為“ON”，中間各接點(diǎn)為“OFF” 的原則。 
4.SIMODIVE611U 數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)單元：由電源模塊、功率模塊、611U控制模塊組成。其中電源模塊負(fù)責(zé)將380V交流電轉(zhuǎn)換成600V直流母線電壓。 
5.伺服電機(jī)：通常有1FK6/1FK7/1FT6，主軸電機(jī)：1PH7等。 2、802D 各單元間的連接: SINUMERIK 802D數(shù)控系統(tǒng)是基于PROFIBUS總線的數(shù)控系統(tǒng)。信號(hào)都是通過PROFIBUS傳送的。  
三、供電與接地 
1. 數(shù)控系統(tǒng)供電：1.數(shù)控系統(tǒng)采用24V 直流供電，要選擇好直流穩(wěn)壓電源的容量。 
2.數(shù)控系統(tǒng)中需要直流24V 供電部件有：數(shù)控系統(tǒng)和鍵盤、機(jī)床控制面板、數(shù)字輸入輸出模塊等。 
3.盡可能采用單獨(dú)的24V DC 電源為數(shù)字輸出外部供電。 
4．驅(qū)動(dòng)電源供電 驅(qū)動(dòng)電源模塊將三相交流進(jìn)線電源轉(zhuǎn)化為600V 直流，并通過直流母線為功率模塊供電，電源模塊中沒有制動(dòng)電阻，采用向電網(wǎng)饋電方式制動(dòng)，必須對(duì)其上電與斷電的時(shí)序進(jìn)行控制。為了保證驅(qū)動(dòng)器就緒信號(hào)有效，端子NS1 與NS2 必須短接。 
5．接地.數(shù)控系統(tǒng)的電源共地連接指24V 直流電源的0V 與保護(hù)地PE 連接.
6.需將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力電纜的屏蔽層與驅(qū)動(dòng)器的屏蔽連接架連接，或?qū)⑺欧妱?dòng)機(jī)電纜的屏蔽網(wǎng)與接地體保持良好接觸。 
四、部件連接,按照?qǐng)D紙要求，完成部件連接。 
五、連接操作注意事項(xiàng) 通電前，要認(rèn)真檢查模塊的接線，確保連接正確無誤。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容: 
1.802D的各部件的正確連接 
2.了解PROFIBUS現(xiàn)場總線的連接要點(diǎn) 6 實(shí)訓(xùn)練習(xí) 實(shí)驗(yàn)步驟: a. 
系統(tǒng)連接步驟說明： 
① 系統(tǒng)核心部分PCU 通過連接插座X9，PROFIBUS 電纜6XV1 830-0EH10，與PP72/48、 SIMODRIVE 等設(shè)備連接； 
②系統(tǒng)操作面板OP020 與機(jī)床操作面板MCP 之間有扁平電纜將X111 與X1201；X222 與X1202 相連； 
③PCU 通過X8 與電源相連接； 
④PCU 通過X14/X15/X16 連接手輪； 
⑤PCU 通過X10 與鍵盤連接； 
⑥PP72/48 通過X1 與電源連接； 
⑦PP72/48 通過X333 與機(jī)床信號(hào)； 
⑧電機(jī)通過電纜6FX* 002-5****-1**0 與功率模塊相連接； 
⑨電機(jī)通過電纜6FX* 002-2CA31-1**0 與伺服模塊611UE 相連接； 
⑩611 電源模塊通過直流母線給功率模塊供電； 
b.實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的線路連接； 
c. 通電前的線路檢查 通電前，首先測量各電源電壓是否正常。 ·用萬用表ACV 檔測量AC380V 是否正常：斷開各變壓器次級(jí)，用萬用表ACV 檔測量各次級(jí)電壓是否正常，如正常將電路恢復(fù)。 ·用萬用表DCV 檔測量開關(guān)電源輸出電壓是否正常（DC24V）：斷開DC24V 輸出端，給開關(guān)電源供電，用萬用表DCV 檔測量其電壓，如正常即可進(jìn)行下一步。 ·斷開電源，用萬用表電阻檔測量各電源輸出端對(duì)地是否短路。 ·按圖紙要求將電路恢復(fù)。 
思考題： 
1、802D 系統(tǒng)由那些部分組成？各部分分別起什么作用？ 
2、數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)置可編程控制器起什么作用 
3. PROFIBUS 現(xiàn)場總線的連接要點(diǎn) 
單元三 西門子PLC 應(yīng)用編程 
一、 西門子PLC 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)規(guī)范 
1. PLC 應(yīng)用程序的模塊化和文檔化 
2. PLC 應(yīng)用程序的版本管理 
3. PLC 基本指令說明 1） PLC 編程語言Micro/Win 的基本操作符號(hào) 2） PLC 基本指令說明：位邏輯指令、整數(shù)算術(shù)運(yùn)算指令、比較指令、計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)指令等。 
二、西門子PLC 編程工具介紹 
Programming Tool PLC 802 Version 3.1 軟件的應(yīng)用。 在PLC 編程工具中有許多操作窗口：
1.梯形圖編輯窗口，
2.符號(hào)表窗口，
3.狀態(tài)圖窗口， 
4.交叉引用窗口，
5.診斷窗口等。 
三、西門子PLC 軟件編程 PLC 應(yīng)用程序采用主程序OB1 和子程序SBR 結(jié)構(gòu)。一個(gè)PLC 應(yīng)用程序程序由許多PLC 梯形圖網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。通常將隸屬于同一功能的網(wǎng)絡(luò)集成到一起構(gòu)成一個(gè)PLC 子程序。 其中主程序OB1 起到組織作用，來調(diào)用各種功能的子程序。子程序SBR 來完成各個(gè)功能。并由主程序來調(diào)用。 
1、主程序（MAIN）結(jié)構(gòu)分析 
2、子程序結(jié)構(gòu)分析 四、西門子PLC 程序傳送（下載） PLC 程序的下載與上載通過系統(tǒng)和 PC 機(jī)上的RS232 接口進(jìn)行的（注意：在作PLC 傳輸時(shí)，請(qǐng)一定將系統(tǒng)上STEP7 連接激活，使其變成有效，否則會(huì)傳輸失敗）。 
1、在計(jì)算機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)斷電的情況下，將RS232 電纜與802D PCU 模塊上的串行口（X6）以及計(jì)算機(jī)的COM1 口相連；然后打開計(jì)算機(jī)與802D。 
2、在電腦側(cè)打開PT802 V3.1，并打開需要下載的程序，在Communication 欄內(nèi)，選擇： Interface Com1 Remote address 2 Transmission Rate 38.4 kbps 在802D 側(cè)的PLC 菜單里將“STEP7 連接”激活為有效(其他設(shè)置均為缺省值)。 
3、點(diǎn)擊 “Done load”菜單，下載程序，此間需使PLC 停止運(yùn)行。 當(dāng)計(jì)算機(jī)側(cè)出現(xiàn)“Done load was successful”時(shí)，下載結(jié)束。點(diǎn)擊“RUN”菜單，重新運(yùn)行PLC。 8 單元四 基本控制邏輯的實(shí)現(xiàn) 
一、伺服驅(qū)動(dòng)器使能控制 為了保證數(shù)控系統(tǒng)與伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，其中有許多使能控制信號(hào)，只有當(dāng)所有的使能條件全部滿足后，伺服電機(jī)與伺服主軸才能工作。
二、急停和限位控制 
1.急?？刂疲浩淠康氖窃诰o急情況下，使機(jī)床上所有運(yùn)動(dòng)部件制動(dòng)，并在zui短的時(shí)間內(nèi)停止。 
2.限位控制：限位控制也是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)基本安全功能?？煞譃椋河蚕尬弧④浵尬?，其中硬限位是數(shù)控機(jī)床的外部安全措施，而軟限位則是數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)部安全功能。加工區(qū)域限制屬于另一種形式上的軟限位。 
三、機(jī)床面板基本操作功能控制 
1.進(jìn)給倍率和主軸倍率：在機(jī)床控制面板上的倍率選擇開關(guān)用于進(jìn)給軸或主軸的速度修調(diào)。通常采用編碼式旋轉(zhuǎn)波段開關(guān)作為倍率選擇開關(guān)。其編碼方式有：格林碼或二進(jìn)制碼兩種。 
2.電子手輪：利用電子手輪可在手動(dòng)方式下移動(dòng)坐標(biāo)軸，進(jìn)行工具原點(diǎn)和刀具參數(shù)的設(shè)定，手輪每一刻度稱為1 個(gè)增量，其硬件接口采用RS-422 標(biāo)準(zhǔn)的差分協(xié)議。 
3.進(jìn)給軸的手動(dòng)控制：手動(dòng)移動(dòng)坐標(biāo)軸時(shí)，既可以采用連續(xù)點(diǎn)動(dòng)方式，也可以采用增量點(diǎn)動(dòng)方式。 
4.程序運(yùn)行控制選項(xiàng)：數(shù)控系統(tǒng)均配備了零件程序運(yùn)行的控制選項(xiàng)，這些選項(xiàng)既可通過人機(jī)界面的選擇窗口激活，也可通過機(jī)床控制面板上的選擇鍵激活。 
四、車床刀架控制 
1.電動(dòng)刀架控制原理：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀信號(hào)，刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器動(dòng)作，電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過減速機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)將上刀體上升至一定位置，離合盤起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)到所選擇刀位，發(fā)訊盤發(fā)出刀位信號(hào)，刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器動(dòng)作，電機(jī)反轉(zhuǎn)，完成初定位后上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精確定位，并通過升降機(jī)構(gòu)鎖緊刀架。 
2.電動(dòng)刀架設(shè)定：電動(dòng)刀架可為四或六工位（即刀架上可裝四或六把刀具），機(jī)床數(shù)據(jù)MD14510[20]所設(shè)定的數(shù)據(jù)應(yīng)與刀架工位相吻合。每把刀具都有一固定刀號(hào)，通過霍爾開關(guān)進(jìn)行到位檢測。到位信號(hào)經(jīng)故障設(shè)置引至I/O 演示板下方的接插件上。刀架電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為選刀過程，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)為鎖緊過程，鎖緊時(shí)間由機(jī)床數(shù)據(jù)MD14510[22]決定（一般根據(jù)具體刀架，可設(shè)為1～1.6S 左右）。 
2. 電動(dòng)刀架PLC 控制程序：梯形圖程序參見多媒體課件。 
9 單元五 西門子數(shù)控系統(tǒng)參數(shù) 
一、 機(jī)床參數(shù)的功能 
1.機(jī)床數(shù)據(jù)是數(shù)控系統(tǒng)與機(jī)床以及伺服驅(qū)動(dòng)之間匹配的媒介。 
2.機(jī)床數(shù)據(jù)是數(shù)控系統(tǒng)功能管理和開放的鑰匙。 
3．機(jī)床數(shù)據(jù)是機(jī)床動(dòng)態(tài)特性的調(diào)節(jié)閥門。 
4.機(jī)床數(shù)據(jù)為PLC 邏輯控制提供靈活的方式。 
二、機(jī)床參數(shù)分類與設(shè)定 
1．通用機(jī)床數(shù)據(jù) 
2．軸機(jī)床數(shù)據(jù) 主要是與機(jī)床各運(yùn)行軸相關(guān)的機(jī)械電氣參數(shù)。 1）機(jī)床進(jìn)給軸及相關(guān)機(jī)床數(shù)據(jù)； 2）機(jī)床主軸及相關(guān)機(jī)床數(shù)據(jù)。 
3．PLC 機(jī)床數(shù)據(jù) 與PLC 相關(guān)的機(jī)床數(shù)據(jù)。 
4．伺服驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù) MD880: 電機(jī)轉(zhuǎn)速； 10 MD918: PROFIBUS 地址； MD1005: 電機(jī)編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)； MD1120：電流環(huán)增益； MD1121: 電流環(huán)積分時(shí)間； MD1407/MD1408:速度環(huán)增益； MD1409/MD1410:速度環(huán)積分時(shí)間。 
5．其他機(jī)床數(shù)據(jù) 顯示機(jī)床數(shù)據(jù)。 單元六 西門子數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)保護(hù) SINUMERIC 802D 系統(tǒng)配備了32M 靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM 與16M 高速閃存FLASH ROM 兩種存儲(chǔ)器，靜態(tài)存儲(chǔ)器區(qū)存放工作數(shù)據(jù)（可修改），高速閃存區(qū)存放固定數(shù)據(jù)，通常作為數(shù)據(jù)備份區(qū)，以及存放系統(tǒng)程序。 
一、 西門子802D 數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法 
1.機(jī)內(nèi)存儲(chǔ) 
2.機(jī)外存儲(chǔ) 
3.PC 卡存儲(chǔ) 
二、西門子802D 數(shù)控系統(tǒng)兩種起動(dòng)方法 
1. 冷啟動(dòng): S1 開關(guān)選擇。 
2. 熱啟動(dòng) 操作面板選擇。 
三、西門子802D 數(shù)控系統(tǒng)三種起動(dòng)方法 
1.方式0：正常上電啟動(dòng)。 
2.方式1：缺省值上電啟動(dòng)。 
3.方式2：按存儲(chǔ)數(shù)據(jù)上電啟動(dòng)。 
四、機(jī)床數(shù)據(jù)的保護(hù) 
1.機(jī)內(nèi)存儲(chǔ) 機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)即將靜態(tài)存儲(chǔ)器SRAM 區(qū)已修改過的有用數(shù)據(jù)存放到高速閃存 FLASH ROM 區(qū)保存。通常系統(tǒng)斷電后，SRAM 區(qū)的數(shù)據(jù)由高能電容C 上的電壓進(jìn)行保持，對(duì)于長期不通電的機(jī)床，SRAM 區(qū)的數(shù)據(jù)將丟失。當(dāng)重新上電時(shí)，系統(tǒng)啟動(dòng)過程中自動(dòng)調(diào)用備份數(shù)據(jù)區(qū)上一次存儲(chǔ)的機(jī)床數(shù)據(jù)，若沒有做過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)則在啟動(dòng)過程中自動(dòng)調(diào)用出廠數(shù)據(jù)。機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能是一種不需任何工具的方便快速的數(shù)據(jù)保護(hù)方法。