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西門子數控系統基本構成

一．西門子840D系統的組成 

SINUMERIK840D是由數控及驅動單元（CCU或NCU），MMC，PLC模塊三部分組成，由于在集成系統時，總是將SIMODRIVE611D驅動和數控單元(CCU或NCU)并排放在一起，并用設備總線互相連接，因此在說明時將二者劃歸一處。

1.人機界面     

人機交換界面負責NC數據的輸入和顯示,它由MMC和OP組成： 

    MMC包括：

- OP單元

- MMC

- MCP三部分。

MMC實際上就是一臺計算機，有自己獨立的CPU,還可以帶硬盤，帶軟驅；OP單元正是這臺計算機的顯示器，而西門子MMC的控制軟件也在這臺計算機中。 

a.MMC 

我們zui常用的MMC有兩種：

MMCC100.2

MMC103

其中MMC100.2的CPU為486，不能帶硬盤；而MMC103的CPU為奔騰，可以帶硬盤，一般的，用戶為SINUMERIK810D配MMC100.2，而為SINUMERIK840D配MMC103。

PCU(PC UNIT)是專門為配合西門子的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、 OP15等而開發的MMC模塊，目前有三種PCU模塊——PCU20、PCU50、PCU70, PCU20對應于MMC100.2，不帶硬盤，但可以帶軟驅。PCU50、PCU70對應于MMC103，可以帶硬盤，與MMC不同的是：PCU50的軟件是基于WINDOWS NT的。PCU的軟件被稱作HMI, HMI有分為兩種：嵌入式HMI和高級HMI。一般標準供貨時，PCU20裝載的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70則裝載高級HMI。 

b.OP 

OP單元一般包括一個10.4〞TFT顯示屏和一個NC鍵盤。根據用戶不同的要求，西門子為用戶選配不同的OP單元，如：OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031zui為常用。 

c.MCP 

MCP是專門為數控機床而配置的，它也是OPI上的一個節點，根據應用場合不同，其布局也不同，目前，有車床版MCP和銑床版MCP兩種。對810D和840D，MCP的MPI地址分別為14和6，用MCP后面的S3開關設定。 

對于SINUMERIK840D應用了MPI（Multiple Point Interface）總線技術，傳輸速率為187.5k/秒，OP單元為這個總線構成的網絡中的一個節點。為提高人機交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）總線，它的傳輸速率為1.5M/秒。

2.數控及驅動單元 

a.NCU數控單元 

 SINUMERIK840D的數控單元被稱為NCU（Numenrical Controlunit）單元：*控制單元,負責NC所有的功能,機床的邏輯控制,還有和MMC的通訊 它由一個COM CPU板. 一個PLC CPU板和一個DRIVE板組成. 

根據選用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分為NCU561.2,NCU571.2, NCU572.2,NCU573.2(12軸)，NCU573.2(31軸)等若干種，同樣，NCU單元中也集成SINUMERIK840D數控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相應的數控軟件和PLC控制軟件，并且帶有MPI或Profibus借口，RS232借口，手輪及測量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU單元很薄，所有的驅動模塊均排列在其右側。    

b．數字驅動 

  數字伺服：運動控制的執行部分,由611D伺服驅動和1FT6(1FK6)電機組成    SINUMERIK840D配置的驅動一般都采用SIMODRIVE611D.它包括兩部分：電源模塊+驅動模塊（功率模塊）。 

  電源模塊：主要為NC和給驅動裝置提供控制和動力電源，產生母線電壓，同時監測電源和模塊狀態。根據容量不同，凡小于15KW均不帶饋入裝置，極為U/E電源模塊；凡大于15KW均需帶饋入裝置，記為I/RF電源模塊，通過模塊上的訂貨號或標記可識別。 

  611D數字驅動:是新一代數字控制總線驅動的交流驅動，它分為雙軸模塊和單軸模塊兩種，相應的進給伺服電機可采用1FT6或者1FK6系列，編碼器信號為1Vpp正弦波，可實現全閉環控制。主軸伺服電機為1PH7系列。

c.PLC模塊 

SINUMERIK810D/840D系統的PLC部分使用的是西門子SIMATIC S7-300的軟件及模塊，在同一條導軌上從左到右依次為電源模塊（Power Supply），接口模塊（Interface Module）機信號模塊（Signal Module）。的CPU與NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。

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西門子數控系統的維修方法：
1）電源接通后無基本畫面顯示
（a）電路板03840號板上無監控燈顯示
（b）03840號電路板上監控燈亮
①監控燈閃爍。如果監控燈閃爍頻率為1Hz，則EPROM有故障；如果閃爍頻率為2Hz，則PLC有故障；如以4Hz頻率閃爍，則保持電池報警，表示電壓已不足。
②監控燈左滅右亮。表示操作面板的接口板03731板有故障或CRT有故障。
③監控燈常亮。這種故障，通常的原因有：CPU有故障；EPROM有故障；系統總線（即背板）有故障、電路板上設定有誤、機床數據錯誤、以及電路板（如存儲器板、耦合板、測量板）的硬件有故障。
2）CRT上顯示混亂
（a）保持電池（鋰電池）電壓太低，這時一般能顯示出711號報警。
（b）由于電源板或存儲曾被拔出，從而造成存儲區混亂。這是一種軟故障，只要將CNC內部程序清除并重新輸入即可排除故障。
（c）電源板或存儲器板上的硬件故障造成程序顯示混亂。
（d）如CRT上顯示513號報警，表示存儲器的容量不夠。
3）在自動方式下程序不能啟動
（a）如此時產生351號報警，表示CNC系統啟動之后，未進行機床回基準點的操作。
（b）系統處于自動保持狀態。
（c）禁止循環啟動。檢查PLC與NC間的接口信號Q64.3。
4）進給軸運動故障
（a）進給軸不能運動。造成此故障的原因有：
①操作方式不對；
②從PLC傳至NC的信號不正常；
③位控板有故障（如03350，03325，03315板有故障）。
④發生22號報警，它表示位置環未準備好。
⑤測量系統有故障。如產生108，118，128，138號報警，這是測量傳感器太臟引起的。如產生104，114，124，134報警，則位置環有硬件故障。
⑥運動軸處于軟件限位狀態。只要將機床軸往相反方向運動即可解除。
⑦當發生101，111，121，131號報警時，表示機床處于機械夾緊狀態。
（b）進給軸運動不連續。
（c）進給軸顫動。
①進給驅動單元的速度環和電流環參數沒有進行*佳化或交流電機缺相或測速元件損壞，均可引起進給軸顫動。
②CNC系統的位控板有故障。
③機構磨擦力太大。
④數控機床數據有誤，有關機床數據的正確設定如下。
（d）進給軸失控。
①如有101，111，121，131號報警請對夾緊進行檢查。
②如有102，112，122，132號報警，則說明指令值太高。
③進給驅動單元有故障。
④數控機床數據設定錯誤，造成位置控制環路為正反饋。
⑤CNC裝置輸至驅動單元的指令線極性錯誤。
（e）103～133號報警。這是輪廓監控報警。速度環參數沒有*佳化或者KV系數太大。
（f）105～135號報警。位置漂移太大引起的。移量超過500mv，檢查漂移補償參數N230～N233。
5）主軸故障
如果實際主軸轉速超過所選齒輪的轉速，則產生225號報警；如主軸位置環監控發生故障，則發生224號報警。
6）V·24串行接口報警
（a）20秒內仍未發送或接收到數據時：
①外部設備故障；
②電纜有誤；
③03840板有故障。
（b）穿孔紙帶信息不能輸入，其原因有：
①操作面板上鑰匙開關在關的位置，從而造成紙帶程序不能輸入；
②如果0384號板上的數據保護開關不在釋放位置時，不能輸入數據紙帶；
③如果不能輸入L80～L99和L900～L999號子程序，則多是由于PLC與NC接口信號Q64·3為“1”（循環禁止）引起的。進口泵 閥門
（c）停止位錯誤。
①波特率設定錯誤；
②閱讀機有故障；
③機床數據錯誤。
西門子數控840D案例西門子840D數控系統本身性能穩定，故障率極低。配置西門子840D系統的數控設備調試和維修實踐中，大部分故障源于設備的安裝調試和使用中出現的問題，以下列舉幾個不同類型的維修實例以供參考。
　　例1一臺840D系統的TH5840加工中心，在調試中出現NCU報警，PS和PF紅燈亮，報警號是“12460通道%1程序段%2超出%3的符號數目”和“15175通道%1程序段%2程序%3接口不能建立”，并且出現頻次沒有規律。查閱診斷手冊，提示報警來自“用于循環程序定義擴展的內存不足（PROC-指令）”。經修改并刪除新的加工程序，報警未能消除，調整程序數目等相關機床參數故障依舊，基本排除是程序內存本身的原因。根據報警出現的頻次，且IM361接口模塊的SF燈亮，懷疑故障和信號干擾有關，經檢查IM361連接電纜，發現電纜屏蔽不良，重新做IM361的連接電纜屏蔽層，報警消除。
　　例2一臺840D系統的TH6363臥式加工中心，全閉環控制，在調試中Z軸坐標值顯示漂移，實際上Z軸并沒有移動，報警號是“25050軸%1輪廓監控”。該報警產生的直接原因是NCK對于坐標軸的每個插補點（設置點），根據內部模型計算出實際值，如果計算的實際值與真實的機床實際值之間的差別大于機床數據36400CONTOUR_TOL中給定的值，則程序中止，并發出警報信息。診斷過程是：檢查機床數據36400及32200的設置值正常；將Z軸的伺服、電纜、光柵尺與X軸對調，報警出現在X軸；取消將Z軸全閉環，設置為半閉環，報警消除，判斷是因為全閉環控制引起的報警，檢查Z軸光柵尺的測量頭及光柵尺電纜的連接均正常，但電纜的屏蔽線連接不良，重新做好電纜的屏蔽后，報警消除，機床恢復正常。
　　例3一臺840D系統的TH42160龍門加工中心，具有X、Y、Z三個進給和一個刀庫T四個伺服軸。出現Z軸電機超溫報警，伺服驅動器上報警紅燈亮。診斷過程是：系統監控頁面顯示Z軸電機溫度150℃，而用手觸碰感覺Z軸電機和環境溫度相差不大，說明系統沒有正確檢測到Z軸電機的真實溫度，判斷是Z軸電機溫度傳感器不良或Z軸電機反饋電纜連接問題。將Z軸電機的動力及信號電纜與Y軸做對調，Z軸伺服驅動器上報警燈仍然閃亮，說明Z軸電機及電纜是正常的。將Z軸伺服驅動器與一臺正常工作的同型號TH42160龍門加工中心對調，疑是故障的Z軸伺服驅動器報警紅燈熄滅，可以運行，而對調過來好的Z軸伺服驅動器出現了報警紅燈，說明也不是Z軸伺服驅動器的問題。至此，Z軸伺服驅動器、電機、電纜等硬件均檢查正常，而此故障又和機床參數無關，經觀察，刀庫T軸和Z軸共用一塊雙軸伺服驅動器，故懷疑是刀庫軸的故障而誤造成Z軸的報警顯示。檢查T軸電機連接，發現電纜插頭中滲進很多的冷卻液，進一步把電機的后蓋打開，發現其中也滲進很多的冷卻液，連電機編碼器都被浸泡腐蝕。更換T軸電機后，故障消除，機床恢復正常。此故障案例說明在使用雙軸模塊時，一個軸的故障可能會反映到另一個軸上，造成誤判。
　　例4一臺840D系統的TOM850立式加工中心，機床在回參考點方式下旋動倍率開關時，會突然出現3000號急停報警，同時伴有%1軸回參考點異常報警；在自動方式下運行程序時，調整倍率機床明顯抖動。診斷過程是：通過對故障現象的觀察和分析，故障均是在倍率發生變化時出現，檢查并清洗倍率開關后，故障依然存在。檢查PLC輸入輸出信號狀態，發現倍率開關從一個倍率擋位旋轉到下一個倍率擋位的過渡過程中存在輸入信號全都為零的瞬間狀況，機床瞬時速度信號失而復得，電機頻繁加減速，造成機床抖動。經重新編制倍率控制PLC程序，在倍率開關切換過程中保持上一狀態，機床恢復了正常。因此，建議在使用操作面板倍率開關為格雷碼時，應避免開關調整瞬間產生的誤動作。
　　例5一臺840D系統的TK42200龍門數控鏜銑床，主軸低速運行正常，實際轉速和指令轉速匹配，在大于1000r/min，實際轉速只有700r/min左右，并且指令轉速增加而實際轉速也基本不變化；更換主軸伺服放大器，故障仍然出現，檢查電纜的連接也正常；因工件的加工方式為齒狀排刀在鋼件上開槽，沖擊較大，故懷疑是電機編碼器經*沖擊造成損壞，經更換電機編碼器后，故障消除，機床恢復正常。
　　綜上所述，充分掌握信息、仔細分析對機床調試維修非常重要。系統自診斷功能越強大，給調試維修提供的幫助和參考也越大，但不能*受其束縛，有很多的故障和報警信息并沒有直接的關聯，應根據現場情況仔細觀察，開闊思路，冷靜思考，提高調試維修效率。

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