1、數控機床維修高級應用人才培養叢書數控機床維修高級應用人才培養叢書現代數控機床故障診斷與維修現代數控機床故障診斷與維修2021-12-111第四章 SIEMENS數控系統故障診斷與維修天津工程師范學院天津工程師范學院2021-12-11教學提示：SIEMENS公司是全球生產數控類產品較早、產品市場占有率較大的生產廠家之一，至今已開發、生產了多個系列的控制系統。因此，SIEMENS數控系統也是數控機床上使用較廣、維修過程中遇到較多的系統之一。本章主要介紹SIEMENS數控系統的組成、PLC、參數配置、故障診斷與維修、數據備份及恢復等內容。教學要求：了解SIEMENS數控系統的基本構成和硬件連接、參

2、數配置和報警系統，掌握SIEMENS數控系統的數據備份和恢復，掌握利用輸入/輸出信號狀態進行故障診斷的方法。4.1 4.1 概概 述述 德國SIEMENS公司是生產數控系統的世界著名廠家，從20世紀70年代以來，SIEMENS公司憑借在數控系統及驅動產品方面的專業思考與深厚積累，不斷制造出機床產品的典范之作，為自動化應用提供了日趨完善的技術支持。SINUMERIK系列數控產品，能滿足各種控制領域不同的控制需求，其構成只需很少的部件。它具有高度的模塊化、開放性以及規范化的結構，適于操作、編程和監控。2021-12-113 現在市場上常用的SIEMENS公司數控系統有802系列、810系列、840

3、系列等。SIEMENS公司目前比較普及的數控系統產品結構如圖4-1所示。 除以上典型系統外，SIEMENS公司還有早期生產的SIEMENS 6系統（6T、6M、7T、7M系統）、SIEMENS 3系統（20世紀80年代歐洲的典型系統）、SIEMENS 8系統（8T、8M、8MC 系統）、SIEMENS 850880系統（850T、850M和850880系統）、SIEMENS 840C等。以上系統多見于進口機床，其中SIEMENS 850880系統功能較強，SIEMENS 840C的功能與SIEMENS 840D相同。2021-12-1142021-12-115一一；820為12in單色或彩色顯

4、示，系統電源為交流220V、SIEMENS810/820系統 SIEMENS 810/820是西門子公司20世紀80年代中期開發的CNC、PLC一體型控制系統，它適合于普通車、銑、磨床的控制，系統結構簡單、體積小、可靠性高，在80年代末、90年代初的數控機床上使用較廣。 810與820的區別僅在于顯示器，810為9in單色顯示，系統電源為直流24V，其余硬件、軟件部分完全一致。 810/820最大可控制6軸（其中允許有2個作為主軸控制），3軸聯動。系統由電源、顯示器、CPU板、存儲器（MEM/EPROM/RAM）板、I/O板、接口板、顯示控制板、位控板、機箱等硬件組成。硬件采用了較多的大規模集

5、成電路和專用集成電路，系統的模塊少、整體結構簡單，通常無需進行硬件調整和設定。 系統軟件上，增加了藍圖編程、固定循環、極坐標編程、CL800語言編程等功能，為加工程序的編制提供了方便。 PLC采用STEP5語言編程，指令豐富，通過OB、PB、SB、FB等功能塊為結構化編程提供了良好的環境。 810/820系統還具有“通道”控制功能，可以兩個通道同時工作，為機床設計人員提供了便利。2021-12-116二、SIEMENS 802系列系統 SIEMENS 802系列系統包括802S/Se/Sbase line、802C/Ce/Cbase line、802D等型號，它是西門子公司20世紀90年代末開

6、發的集CNC、PLC于一體的經濟型控制系統。系統性能價格比較高，比較適合于經濟型、普及型車、銑、磨床的控制，近年來在國產經濟型、普及型數控機床上有較大量的使用。SIEMENS 802系列數控系統的共同特點是結構簡單、體積小、可靠性高；此外系統軟件功能也較強。2021-12-117 SIEMENS 802S、802C系列是SIEMENS公司專為簡易數控機床開發的經濟型系統，兩種系統的區別是：802S/Se/Sbase line系列采用步進電動機驅動；802C/Ce/Cbase line系列采用數字式交流伺服驅動系統。SINUMERIK 802C base line 提供傳統的10V 的伺服驅動接

7、口，基本配置的驅動系統為：SIMODRIVE base line，3Nm6Nm和6Nm8Nm雙軸模塊與 11Nm 單軸模塊，驅動帶旋轉變壓器的1FK7伺服電機，當需要進行功率擴展應用時，可以選用SIMODRIVE 611U 伺服驅動系統和帶單極對旋轉變壓器的1FK7 伺服電機；SINUMERIK802S base line提供脈沖及方向信號的步進驅動接口。 SIEMENS 802S、802C系列系統的CNC結構完全相同，可以進行3軸控制/3軸聯動；系統帶有10V的主軸模擬量輸出接口，可以配具有模擬量輸入功能的主軸驅動系統（如：變頻器）。2021-12-118 SIEMENS 802S、802C

8、系列系統可以配OP020獨立操作面板與MCP機床操作面板，顯示器為7in或5.7in單色液晶顯示。集成內置式PLC最大可以控制64點輸入與64點輸出，PLC的I/O模塊與ECU間通過總線連接；系統體積小，結構緊湊，性能價格比高。 802D與802S、802C有較大的不同，在功能上比802S/C系統有了改進與提高，系統采用SIEMENS PCU210模塊，控制軸數為4軸/4軸聯動，可以通過611U伺服驅動器攜帶10V主軸模擬量輸出，以驅動帶模擬量輸入的主軸驅動系統。 系統可以配OP020獨立NC鍵盤、MCP機床操作面板（與802S/C相同），802D采用了10.4in彩色液晶顯示器，比802S/

9、C（5.7in或7in單色液晶顯示）具有更好的操作性能。系統與驅動、I/O模塊間利用PROFIBUS總線進行連接；I/O模塊采用了獨立的輸入、輸出單元（PP72/48 I/O單元），9每一系統最大可以配備兩個PP72/48 I/O單元，點數比802S/C系統大大增加，最大可以到144/96點。 其伺服驅動與802C相同，通常采用SIEMENS611數字式交流伺服驅動系統，驅動器的調試可以直接利用SIMOCOMU軟件完成，調整十分方便。 在軟件上，802D除保留了SIEMENS傳統的編程功能外，主要在以下兩方面進行了改進：一是增加了PLC程序“梯形圖”顯示功能，方便了維修；二是可以使用非SIEM

10、ENS代碼指令進行編程，系統的開放性更強。2021-12-1110三、SIEMENS 810D/840D系統 在數字化控制領域，SINUMERIK 810D第一次將CNC和驅動控制集成在一塊板子上。810系列按功能分有810T、810G、810N；按型號分有810、810、810型。810系列適用于中、低檔的中、小型機床。810型適用于車床和銑床，可控制3軸，聯動2軸。810型適用于車床、銑床和磨床，可控制4軸，聯動3軸。810型適用于車床、銑床、磨床和沖壓類機床，可控制5軸，聯動3軸。810系列數控裝置的主CPU為80186，系統分辨率為l m，內置PLC為128點輸入、64點輸出。該系統具

11、有輪廓監控、主軸監控和接口診斷等功能。2021-12-1111 SIEMENS 810D/840D的系統結構相似，但在性能上有較大的差別。810D采用SIEMENS CCU（Compact Control Unit）模塊，最大控制軸數為6軸，1通道工作；840D采用SIEMENS NCU（Numerical Control Unit）模塊，處理器為PENTIUM（NCU573）或AMDK6-2（NCU572）或486（NCU571）系列，當采用NCU572或573時，CNC的存儲器容量為1GB，最大控制軸數可達31軸，10通道同時工作：采用NCU571時，控制軸數為6軸，2通道同時工作。 81

12、0D/840D可以在WINDOWS環境下運行，系統功能強大，開放性好，軟件十分豐富。系統除具有數字化仿形功能、NURBS插補、樣條插補、多項式插補、3D刀補等先進的功能外，還可以配套ShopMill（銑床、加工中心）或ShopTum、AUTOTURN（數控車床）2021-12-1112圖形對話式操作、編程軟件，直接使用人機對話式編程。系統可以進行2D動態模擬顯示與3D立體圖形模擬顯示。此外，通過配套EASYMASK軟件，還可以通過ASCII編輯器進行用戶屏幕設計，開放性更強。 系統的PLC編程可以采用S7-HiGraph點陣圖形輔助編程工具，進行PLC程序設計。該系列NC還具有所謂的神經網絡功

13、能，通過自學習、自優化系統，自動完成伺服系統的優化調整，使系統的調整時間大大縮短。 由于豐富的軟件替代了一部分硬件功能，因此810D/840D硬件的特點是模塊少，結構簡單，硬件的故障率較低。2021-12-1113 4.2 SIEMENS 4.2 SIEMENS數控系統組成數控系統組成 每一個數控廠家生產的數控系統在產品更新換代工程中，都有一定的繼承性，不僅包括硬件的功能，還包括軟件的特點，如參數設置、接口設置、基本操作界面等。西門子不同系列的數控產品也不例外，其產品具有較高通用性。本書將以810D/840D系統為例來學習西門子數控系統。 一、基本構成 SINUMERIK 810D/840D是

14、由數控及驅動單元CCU（Compact Control Unit）或NCU（Numerical Control Unit）,人機界面MMC(Man Machine Communication)，可編程序控制器PLC的I/0模塊三部分組成。由于在集成系統時，總是將驅動單元SIMODRIVE 611D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。2021-12-11141數控及驅動單元 （1）810D與CCU 數控單元是SINUMERIK 81OD的核心，它被稱為CCU單元，CCU分為CCU1和CCU3，目前我們使用的是CCU 3單元。 CCU單元內部

15、集成了數控核心CPU和SIMATIC PLC的CPU。包括SINUMERIK 810D數控軟件和PLC軟件，帶有MPI接口，手輪及測量接口。更集成了SIMODRIVE 驅動的功率模塊。體現了數控及驅動的完美統一。2021-12-1115 CCU單元有兩軸版和三軸版兩種規格；兩軸版用于帶兩個最大不超過11Nm(9/18A）進給電機的驅動即：211Nm。三軸版用于帶兩個最大不超過9Nm(6/12A）進給電機的驅動和一個9kw(18/36AFDD或24/32AMSD）的主軸即：29Nm+19kw（主軸）。 CCU單元上有6 個反饋接入口，最大可帶6軸，包括1主軸（帶位置環），根據需要可在CCU單元右

16、側擴展SIMODIVE 611D 模塊，使用戶配置有更大的靈活性。 （2）840D與NCU SINUMERIK 840D的數控單元被稱為NCU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。2021-12-1116 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SINUMERIK 840D數控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相應的數控軟件和PLC控

17、制軟件，并且帶有MPI或Profibus接口，RS232接口，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。 （3）數字驅動 數字伺服是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SIMODRIVE 611D。它包括兩部分：電源模塊+驅動模塊（功率模塊）。172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(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)單元，MMC,MCP(Machine Con

18、trol Panel)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。 （1）MMC 我們最常用的MMC有兩種：MMC100.2和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SINUMERIK 810D配MMC100.2，而為SINUMERIK840D配MMC103。18（2）OP OP單元一般包括一個10.4TFT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，

19、OP032，OP032S等，其中OP031最為常用。 對于SINUMERIK 810D/840D應用了多點接口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（即Operator Panel Interface)總線，它的傳輸速率為1.5M秒2021-12-1119（3）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（如圖4-2所示）。對于810D和840D，MCP的MPI地址分別為14

20、和6，用MCP后面的S3開關設定。3PLC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）及信號模塊（Signal Module），示意圖見4-3所示。PLC的CPU與NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。2021-12-1120二、硬件連接二、硬件連接 SINUMERIK 810D/840D系統的硬件連接從兩方面入手：其一，根據各自的接口要求，先將數控與驅動單元，MMC，PLC三部分分別連接正確：電源模塊X161中9

21、，112，48的連接；驅動總線和設備總線；最右邊模塊的終端電阻（數控與驅動單元）；MMC及MCP的+24V電源千萬注意極性；PLC模塊注意電源線的連接；同時注意信號模塊SM的連接。其二，將硬件的三大部分互相連接，連接時應注意：MPI和OPI總線接線一定要正確；CCU或NCU與S7的IM模塊連線。 2021-12-11211數控單元模塊接口 （1）SINUMERIK 840D NCU 接口圖如4-4所示。 X101：操作面板接口端，該端口通過電纜與MMC及機床操作面板連接。 X102：RS485通信接口端，該端口主要是滿足SIEMENS通信協議的要求。 X111：PLC S7-300 I/O接口

22、端，該接口提供了與PLC連接的通道。 X112：RS-232-C通信接口端，實現與外部的通信，如要由數個數控機床構成DNC系統，實現系統的協調控制，則各個數控機床均要通過該端口與主控計算機通信。 2021-12-1122 X121：多路輸人輸出接口端，通過該端口數控系統可與多種外設連接，例如與控制進給運動的手輪、CNC輸人輸出的連接。 X122：PLC編程器PG接口端，通過該端口與西門子PLC編程器PG連接，以此傳輸PG中的PLC程序到NC模塊，或從NC模塊將PLC程序拷貝到PG中，另外還可在線實時監測PLC程序的運行狀態。 X103A、X103B：電動機驅動器611D的輸入輸出擴展端口，通過

23、扁平電纜將驅動總線與各個驅動模塊連接起來，對各個伺服電動機進行控制。 X172：數控系統數據控制總線端口，通過扁平電纜與各相關模塊的系統數據控制總線聯系起來。 X173：數控系統控制程序儲存卡插槽。2021-12-1123（2）SINUMERIK 810D CCU3接口圖如4-5所示， 主要接口端有：X102，X111，X121，X122端口含義與840D相同；X411-X416為測量系統連接端口，與進給軸編碼器、主軸編碼器及光柵尺等相連；X304-X307為軸擴展連接端口；X151為設備總線接口；X130為SIMODRIVE 611D驅動總線接口。2電源模塊和伺服電動機驅動模塊 電源模塊接口

24、端如圖4-6所示，單軸伺服電動機驅動模塊和雙軸伺服電動機驅動模塊見圖4-7。電源模塊和伺服電動機驅動模塊的主要端接口意義參見本書第6.4節。2021-12-11243各模塊連接 SINUMERIK 810D系統連接圖見圖4-8， SINUMERIK 840D系統連接圖見圖4-9。2021-12-11254.3 SIEMENS4.3 SIEMENS數控系統數控系統PLCPLC一一 、PLCPLC在數控機床中的應用在數控機床中的應用 數控系統內部處理的信息大致可分為兩大類：一是控制坐標軸運動的連續數字信息，這種信息主要由CNC系統本身去完成；另一類是控制刀具更換、主軸啟停、換向變速、零件裝卸、切削

25、液的開停和控制面板、機床面板的輸入輸出處理等離散信息，這些信息一般用PLC來實現。PLC在CNC系統中是介于CNC裝置與機床之間的中間環節。它根據輸入的離散信息，在內部進行邏輯運算并完成輸出功能。2021-12-11261數控機床中PLC的分類 通常的PLC是一個獨立的控制裝置，由CPU、存儲器、電源、I/O接口等構成獨立的控制系統。可編程控制器從數控機床應用的角度可分為兩類：一類是CNC的生產廠家將數控裝置（CNC）和PLC綜合起來而設計的“內裝型”PLC。內裝型PLC從屬于CNC裝置，PLC與CNC裝置之間的信號傳送在CNC裝置內部即可實現。PLC與數控機床之間則通過CNC輸入輸出接口電路

26、實現信號傳送，如圖4-10所示。另一類是專業的PLC生產廠家的產品，稱為“獨立型”PLC。獨立型PLC獨立于CNC裝置，具有完備的硬件結構和軟件功能，能夠獨立完成規定的控制任務，性能價格比不如內裝型PLC。采用獨立型PLC的數控系統框圖如圖4-11所示。很多數控系統采用獨立的PLC作為邏輯控制器。2021-12-1127 2CNC、PLC、機床之間的信號 在數控機床上用PLC代替傳統的機床強電順序控制的繼電器邏輯控制，利用邏輯運算實現各種開關量控制。PLC在數控裝置和機床之間進行信號的傳送和處理，即可以把數控裝置對機床的控制信號，通過PLC去控制機床動作；也可把機床的狀態信號送還給數控裝置，便

27、于數控裝置進行機床自動控制。 1）CNC側與MT側的概念 在討論數控機床的PLC時，常以PLC為界把數控機床分為“CNC側”和“MT側”兩大部分。“CNC側”包括CNC系統的硬件軟件以及CNC系統的外部設備。“MT側”則包括機床的機械部分、液壓、氣壓、冷卻、潤滑、排屑等輔助裝置，以及機床操作面板、繼電器線路、機床強電線路等。2021-12-1128MT側順序控制的最終對象的數量隨數控機床的類型、結構、輔助裝置等的不同而有很大的差別。機床結構越復雜，輔助裝置越多，受控對象數量就越多。相比而言柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統（FMS）的受控對象數量多，而數控車床、數控銑床的受控對象數量較少。2

28、）PLC、CNC 、機床間的信息交換 對于不同數控系統，所交換的信息內容、數量各有區別，但基本思路和作用是一樣的。對于不帶 PLC 的數控系統產品，其信息交換主要以開關量為主，并通過CNC與PLC之間的硬件I/O連接來實現。對于內裝PLC的數控系統產品，不僅可通過開關量交換信息，而且可以通過內部寄存器、內部標志位等交換信息，而且在CNC與PLC之間無需硬件I/O連接，數據處理能力強，可靠性高。2021-12-1129 數控系統中PLC的信息交換，是以PLC為中心，在CNC、PLC和機床之間的信息傳遞。PLC與CNC之間交換的信息分兩個方向進行，其中由CNC發給PLC的信息主要包括各種功能代碼

29、M、S、T的信息，手動自動方式信息，各種使能信息等。而由PLC發給CNC的信息主要包括M、S、T功能的應答信息和各坐標軸對應的機床參考點信息等。 同樣，PLC與機床之間交換的信息也分為兩部分。例如機床的啟動停止，主軸正轉反轉停止、機械變速選擇，冷卻液的開關、倍率選擇、各坐標軸點動和刀架、卡盤的夾緊松開等信號，以及上述各部件的限位開關等保護裝置、主軸伺服狀態監視信號和伺服系統運行準備等信號。2021-12-1130 二、SIEMENS PLC輸入/輸出信號狀態的顯示 現代數控機床使用的數控系統基本上都有PLC輸入/輸出信號的狀態顯示的功能，利用顯示功能可直接觀察PLC的輸入/輸出瞬時狀態，這些狀

30、態顯示對診斷數控機床的很多故障是非常有利的。西門子數控系統的PLC狀態變化可以通過數控系統的DIAGNOSIS（診斷）功能進行監視，對于SIEMENS各種常用系統，其輸入/輸出信號的診斷操作步驟如下。2021-12-11311SIEMENS 810/820系統。（1）根據系統CRT上提示，按菜單鍵“DIAGNOSE”，系統顯示診斷頁面；（2）按菜單鍵“PLC-STATUS”，系統顯示PLC狀態診斷頁面；（3）根據需要，通過菜單鍵“KIW”、“QW”、“FW”、“T”、“C”選擇輸入、輸出、內部繼電器、定時器、計數器、數據字的狀態顯示；（4）通過“PAGE”鍵、“CURSOR” (光標移動)鍵，

31、逐頁顯示診斷信號的狀態；2021-12-11322SIEMENS 802S系統。（1）按“診斷”功能鍵，進入診斷頁面，當無“診斷”功能鍵顯示時，可以通過操作面板的“區域轉換”鍵，使“診斷”功能鍵在顯示器上顯示；（2）按診斷頁面的“調試”功能鍵，進入調試頁面；（3）按“PLC狀態”功能鍵，顯示PLC狀態頁面，當頁面無“PLC狀態”功能鍵顯示時，可以通過“菜單擴展”鍵，使“PLC狀態”功能鍵在頁面上顯示；（4）輸入需要檢測的I/O信號地址字節，如：需要檢測I1.0、Q1.0、VB38000000.1時，應輸入信號地址字節IB1、QBl、VB38000000等；（5）按MDI面板上的“輸入”鍵，系統

32、顯示對應字節上的8位信號的狀態。2021-12-11333SIEMENS 802D系統。（1）同時按系統操作面板上的“SHIFT”與“SYSTEM”鍵，進入系統頁面；（2）按“PLC”功能鍵，顯示PLC頁面；（3）按“PLC狀態”功能鍵，顯示PLC狀態頁面，當頁面無“PLC狀態”功能鍵顯示時可以通過“菜單擴展”鍵，使“PLC狀態”功能鍵在頁面上顯示；（4）輸入需要檢測的I/O信號地址字節，如：需要檢測I1.0、Q1.0、VB38000000.1時，應輸入信號地址字節IBl、QBl、VB38000000等；（5）按MDI面板上的“輸入”鍵，系統顯示對應字節上的8位信號的狀態。2021-12-11

33、34 4對于SIEMENS 810D/840D系統，輸入、輸出信號的診斷操作如下： （1）根據系統CRT上提示，按菜單鍵“DIAGNOSE”，系統顯示診斷頁面； （2）按菜單鍵“PLC-STATUS”，系統顯示PLC狀態診斷頁面； （3）根據需要，選擇I、Q、F、T、C、DB，以選擇輸入、輸出、內部繼電器、定時器、計數器、數據字的狀態顯示； （4）通過“PAGE”鍵，逐頁顯示診斷信號的狀態。2021-12-1135三、三、STEP7-300 PLCSTEP7-300 PLC 西門子810系統的集成式PLC使用的是STEP5語言，西門子802系統集成式PLC使用的是S7-200編程語言，而西門子

34、810D/840D系統的集成式PLC則使用S7-300。 STEP7是西門子公司S7-300/400系列PLC的編程軟件。在STEP7軟件中常用的三種基本編程語言有梯形圖（LAD）、語句表（STL）和功能塊圖（FBD）。 1STEP7編程語言的程序結構 STEP7-300的PLC程序的結構由塊組成，包括用戶塊和系統塊，它們在功能、使用方法和結構上各不相同。2021-12-1136 （1）用戶塊 根據邏輯功能的不同，用戶塊分為組織塊（OB）、功能塊（FB）、功能（FC）和數據塊（DB）。其中OB組織塊相當于主程序，FC、FB塊相當于子程序。在編完子程序后，必須在主程序中調用子程序。 組織塊(OB

35、) 組織塊是操作系統和用戶程序之間的接口。起動時，操作系統調用啟動組織塊OB100來初始化一些數據或狀態。OB1是用于循環程序處理的組織塊，操作系統通過循環調用OB1而啟動用戶程序的循環執行，所以可以在OB1中編寫用戶程序以及在OB1調用的塊中編寫用戶程序。2021-12-1137 功能塊(FB) 功能塊是通過數據塊參數而調用的。它們有一個放在數據塊中的變量存儲區，而數據塊是與其功能塊相關聯的，稱為背景數據塊。當然，每一個功能塊可以有不同的數據塊。這些數據塊雖然具有相同的數據結構，但具體數值可以不同。就像C語言中的函數，其形參可以相同，但帶入函數的實參卻可以不同。 功能(FC) 功能沒有指定的

36、數據塊，因而不能存儲信息。功能常常用于編制重復發生且復雜的自動化過程。 數據塊(DB) 數據塊中包含程序所使用的數據。在編制數據塊中，你可以決定數據的類型、格式、次序以及存儲在什么塊中。2021-12-1138 根據使用方式的不同，數據塊分為兩種類型：全局數據塊和背景數據塊。全局數據塊我們稱之為“自由”數據塊，因為它沒有被指派給任何代碼塊。而背景數據塊，作為塊的局部數據，是與被指定的功能塊相關聯的。 注意：各種塊（除組織塊外）的數目和代碼的長度是與CPU不相關的，而組織塊的數目則與CPU的操作系統相關。2021-12-1139 （2）系統塊 系統塊包含在操作系統中，包括：系統功能（SPC）、系

37、統功能塊（SFB）和系統數據塊（SDB）。系統塊中包含重要的系統功能函數，如通信功能、操縱CPU的內部時鐘等。系統功能和系統功能塊可以被調用，但不能被修改。 圖4-12所示為PLC程序結構圖。圖4-13表示了系統啟動過程中CPU動態掃描過程。首先，系統上電，開始運行初始化程序OB100，之后進入可編程的工作周期：進行過程映像輸入，運行主程序，之后進行過程映像輸出。2021-12-1140 3新建塊 在管理器中可以方便地新建一個塊，在管理器的左窗口點擊Block圖標，再按下鼠標右鍵，將彈出菜單，或在管理器的右窗口中，不選中任何對象，按下鼠標右鍵，也將彈出同樣的菜單，在彈出的菜單，可新建FB、FC

38、、OB等塊。 4程序編輯器 LAD/STL/FBD編輯器是編寫和修改程序的工具，它也是在線監控的窗口之一。雙擊一個BLOCK，將啟動編輯器。 在編輯器中將“/”后的字符認為是注釋語句而不加以編譯，故在調試程序時，若要某一語句不執行，可以采用這種辦法。2021-12-1141 5程序的下載 調試完的程序只有下載到PLC的CPU才能被運行。點擊下載圖標“Download”程序將下載至機床中。 6程序的在線監控 在LAD/STL/FBD編輯器中，先打開要監控的程序段，然后點擊監控圖標“Monitor（on/off）”，管理器將與PLC的CPU通訊，并在編輯器里顯示出程序執行的邏輯或狀態值。 。202

39、1-12-1142 7交叉表 若要查找某一使用數據在程序中的使用情況，可使用交叉表快速的查找。在SIMATIC管理器下，下拉菜單OptionReference DataFilter and Display，或在LAD/STL/FBD編輯器中下拉菜單OptionReference DataFilter and Display，啟動交叉表過濾器。 過濾器的復選框是所要查找的數據區域，其后的輸入框是數據的地址。Data Type則是查找的數據類型，位、字節、字、雙字或所有類型。如查找Bit Memory區域，所有與0地址有關的數據，如M0.1-M0.7，MB0，MW0，MD0等。2021-12-11

40、43四、四、SIUMERIK 810D/840DSIUMERIK 810D/840D的的PLCPLC調試調試 1開機和啟動 首先，應認識NCU 正面與啟動控制有關的元素：一個七段顯示器，一個復位按鈕S1，兩列狀態顯示燈及兩個啟動開關S3和S4；其次必須理解狀態顯示燈的含義和啟動開關的設定意義。 了解了上述內容，并確認S3和S4均設定為“0”，則此時就可以開機啟動了。經過大約幾十秒鐘，當七段顯示器顯示“6”時，表明NCK 上電正常；此時“+5V”和“SF”燈亮，表明系統正常；但驅動尚未使能。而PLC運行狀態“PR”燈亮，表明PLC運行正常。狀態顯示燈的含義和啟動開關的設定意義見表4-1所示202

41、1-12-11442021-12-1145元素類型含義備注復位S1按鈕引起一個硬件復位，控制系統和驅動復位后重新引導啟動。S3旋轉開關NCK啟動開關位置0：正常運行位置1：NCK 總清位置2：NCK 從內存卡軟件升級位置37：預留S4旋轉開關PLC模式選擇開關位置0：PLC運行位置1：PLC運行-P位置2：PLC停止位置3：模塊復位H1(左列)顯示燈顯示燈+5V：電源電壓在容差范圍內時亮。NF：如果NCK 或PLC 監控被觸發，則此燈亮。SF：驅動故障時此燈相應點亮，系統啟動無誤后此燈滅。CB：如果正通過MPI 接口傳輸數據，則此燈亮。綠燈紅燈紅燈黃燈H2(右列)顯示燈顯示燈PR：PLC-運行

42、狀態。PS：PLC-停止狀態。PF：PLC 故障時，此燈亮。PFO：PLC-強制狀態。-：無作用（I 復位期間短暫點亮。）綠燈紅燈紅燈H37段數碼管軟件支持輸出的測試和診斷信息。啟動完成后，正常狀態顯示“6”表4-1 810D CCU 模塊控制和顯示元素 2NC 和PLC 總清 1）NC總清 NC總清操作步驟如下： 將NC啟動開關S3置為“1”； 啟動NC，如NC已啟動，可按一下復位按鈕S1； 待NC啟動成功，七段顯示器顯示“6”，將S3置為“0”；NC總清執行完成。 NC總清后，SRAM內存中的內容被全部清掉，所有機器數據被預置為缺省值。2021-12-1146 （2）PLC總清 PLC總清

43、操作步驟如下： 將PLC啟動開關S4置為“2”，PS燈會亮；。 S4置為“3”并保持約3秒直等到PS燈再次亮； 在3秒之內，快速地執行下述操作S4置為:“2”“3”“2”，PS燈先閃，后又亮，PF燈亮。（有時PF燈不亮） 等PS和PF燈亮了，S4置為“0”，PS和PF燈滅，而PR燈亮。 PLC總清執行完成。PLC總清后，PLC程序可通過STEP7軟件下傳至系統。如PLC總清后屏幕上有報警可作一次NCK復位（熱啟動）2021-12-1147 3PLC調試 1）S7程序項目的結構 在STEP7安裝好后，為了調試PLC，我們通常要新建一個項目（Project)，其結構如圖4-15所示。 （2）PLC

44、啟動 SINUMERIK 81OD/840D的PLC為SIMATIC S7-300，基本模塊有64K內存配置，并可擴展至96KB，PLC程序又可劃分為基本程序和用戶程序，其組成結構見圖4-13。 (3) PLC基本程序 4）若干重要信號，圖4-172021-12-11482021-12-1149圖4-15 PLC項目結構圖2021-12-1150圖4-16 計算機與SINUMERIK 810D / 8 40D 連接圖圖4-17急停有關信號時序圖4.4 SIEMENS4.4 SIEMENS數控系統參數配置數控系統參數配置 一、參數總述一、參數總述 機床參數的設定依據主要有兩方面，一是系統生產廠家

45、根據機床生產廠家所需要的CNC功能，對系統的基本功能進行的設定；二是機床生產廠按各機床的實際工作情況，對標準數控系統進行的設定與調整。 與系統功能有關的機床參數直接決定了系統的配置和功能，設定錯誤可能會導致系統功能的喪失；與機床調整有關的機床參數設定錯誤，可能會影響機床的主要參數與動、靜態性能、定位精度等。因此，保證機床參數的正確設定對機床的正常工作至關重要。2021-12-1151二、參數的組成二、參數的組成 CNC參數一般為系統功能的設定、伺服系統的調整、機床的主要性能指標的設定、主軸主要性能指標的設定等，它是數控機床最重要的參數。 PLC參數一般為PLC模塊的規格、定時器時間、計數器計數

46、值、機床PLC程序用的設定參數等，它通常由機床生產廠家根據機床的實際控制要求進行設定。PLC用戶參數也可以是機床生產廠家根據機床的功能要求而設置的參數，用于機床某些輔助部件動作的生效或取消，以提高PLC程序的通用化程度。2021-12-1152三、三、810/820810/820系統機床參數調整系統機床參數調整 以810/820系統為例，機床參數包括： 1NC數據 2PLC數據2021-12-1153四、四、840D/810D系統機床參數的設置系統機床參數的設置 1機床數據設定 （1）通用機床數據 (General MD) MD10000此參數設定機床所有物理軸，如X軸。 通道機床數據 (Ch

47、annel Specific MD) MD20000設定通道名CHAN1； MD20050n設定機床所用幾何軸序號，幾何軸為組成笛卡爾坐標系的軸； MD20060n設定所有幾何軸名； MD20070n設定對于此機床存在的軸的軸序號； MD20080n設定通道內該機床編程用的軸名；2021-12-1154 2驅動數據設定 3參數生效模式 POWER ON (po)重新上電：NCU模塊面板上的“RESET”鍵 NEW_CONF(cf)新配置：MMC上的軟件“Activate MD” RESET(re)復位：控制單元上的“RESET”鍵 IMMEDIATELY(so)：值輸入以后2021-12-11

48、554.5 SIEMENS4.5 SIEMENS數控系統故障診斷與維修數控系統故障診斷與維修 本章將以810系統為例講述CNC報警故障診斷與維修。西門子810系統報警故障診斷方法，其思路和方法同樣適用于西門子其他數控系統，如820、850、880、840等。雖然它們之間的硬件、軟件結構有所不同，但基本原理是相同的，報警內容也是類似的。2021-12-1156一、一、810810報警系統報警系統 1西門子810系統自診斷功能 與所有的現代化數控系統一樣，西門子810系統也具備很強的自診斷系統，自診斷處理功能通過數控系統的CPU模塊，對整個系統及其輸入輸出信號進行全面監控，并實時識別控制系統及機床

49、出現的故障以及用戶應用程序中的錯誤，在顯示器上顯示相應的故障號和故障信息，不但能有效地避免機床的誤操作或者帶病運行，更能有效地為維修機床提供依據。2021-12-11572報警分類 810系統報警可以分為7類（5類NC報警，2類PLC報警）。 （1）NC報警分為： 電源開報警； RS232（V.24）報警； 伺服報警（復位報警）； 一般報警（復位報警）； 可刪除的報警。 （2）PLC報警分為： PLC錯誤信息； PLC操作信息。 西門子810系統報警分類與清除方式一覽表見表4-3。2021-12-11582021-12-1159報警號報警類型報警清除方式ALM1ALM15ALM40ALM99電

50、源開報警重新開控制器ALM16ALM48V.24（RS232）報警查找“數據輸入輸出（DATA IN-OUT）”菜單按“數據輸入輸出（DATA IN-OUT）”的軟鍵按“停止（STOP）”軟鍵ALM100*ALM196*伺服報警（復位報警）（*=軸號）按復位鍵ALM132*伺服報警（電源開報警）（*=軸號）重新開控制器ALM2000 ALM2999一般報警（復位報警）按復位鍵ALM3000 ALM3050可刪除的報警按應答鍵ALM6000 ALM6063ALM6100 ALM6163PLC用戶報警按應答鍵ALM7000 ALM7063PLC操作消息這些信息由PLC程序自動復位二、西門子二、西門

51、子840D840D系統報警信息系統報警信息 1NC警報： 2MMC警報信息 3611D警報 4PLC警報：2021-12-1160三、三、SIEMENSSIEMENS系統故障實例系統故障實例 例例4-14-1：某數控淬火機床，出現ALM2“Over temperature”（超溫報警）機床工作時出現ALM2報警，系統停止工作。 故障分析及處理：故障分析及處理：這臺機床的數控系統是西門子810的GA2版本，根據報警手冊說明，2號報警是系統超溫報警，指示系統溫度過高。對系統進行檢查，發現風扇不轉，對風扇進行檢查，沒有發現問題，只是風扇電源插頭接觸不好。將電源插頭重新插接，并采取緊固措施，重新開機，

52、系統正常工作。2021-12-1161 某配套SIEMENS 810M GA3的立式加工中心，開機后顯示“ALM2000”機床無法正常起動。 故障分析及處理：故障分析及處理：SIEMENS 810M GA3系統出現ALM2000(急停)的原因是CNC的“急停” 信號生效。在本系統中，“急停” 信號是PLC至CNC的內部信號，地址為Q78.1(德文版為A78.1)。通過CNC的“診斷”頁面檢查發現Q78.1為“0”，引起了系統急停。2021-12-1162 進一步檢查機床的PLC程序，Q78.1為“0”的原因是由于系統I/O模塊中的“外部急停”輸入信號為“0”引起的。對照機床電氣原理圖，該輸入信

53、號由各進給軸的“超極限”行程開關的常閉觸點串聯而成。 經測量，機床上的Y方向“超極限”開關觸點斷開，導致了“超極限”保護動作，實際工作臺亦處于“超極限”狀態。 鑒于機床Y軸無制動器，可以比較方便地進行機械手動操作，維修時在機床不通電的情況下，通過手動旋轉Y軸的絲杠，將Y軸退出“超極限”保護，再開機后機床恢復正常工作。2021-12-1163 例例4-34-3：某配套SIEMENS 810M的龍門加工中心，手動移動X軸時，系統出現ALMll20報警。 故障分析及處理：故障分析及處理：SIEMENS 810M出現ALMll20報警的含義是“停止時夾緊允差超過”。根據該系統的特點，以上報警的實質是停

54、止時的位置跟隨誤差超出了參數MD2120設定的允許誤差范圍。2021-12-1164 由于機床工作臺運動正常，故障原因應與系統參數設定有關，檢查系統與報警有關的參數，發現該機床的系統參數NC-MDl56=0。 在SIEMENS 810M系統中，該參數為“位置跟隨誤差消除時間”設定，當此值設定為“0”時，系統在編程的理論值到達后，即開始檢測跟隨誤差，由于此時位置環尚未完成閉環調節，因此會引起上述報警。 通過設定NC-MDl56為500ms后，故障消除，機床恢復正常。2021-12-1165 例例4-44-4：配套SIEMENS 802D系統的數控銑床，開機時出現報警：ALM380500，驅動器顯

55、示報警號ALM504。 故障分析及處理：故障分析及處理：驅動器ALM504報警的含義是：編碼器的電壓太低，編碼器反饋監控失效。經檢查，開機時伺服驅動器可以顯示“RUN”，表明伺服驅動系統可以通過自診斷，驅動器的硬件應無故障。經觀察發現，每次報警都是在伺服驅動系統“使能”信號加入的瞬間出現，由此可以初步判定，報警是由于伺服電動機加入電樞電壓瞬間的干擾引起的。 重新連接伺服驅動的電動機編碼器反饋線，進行正確的接地連接后，故障清除，機床恢復正常。2021-12-1166 例例4-54-5：某配套SIEMENS 3M的立式加工中心，在使用過程中經常無規律地出現“死機”、系統無法正常起動等故障。機床故障

56、后，進行重新開機，有時即可以正常起動，有時需要等待較長的時間才能起動機床；機床在正常起動后，又可以恢復正常工作。 故障分析及處理：故障分析及處理：由于該機床只要在正常起動后，即可以正常工作；且正常工作的時間不定，有時可以連續進行數天，甚至數周的正常加工；有時卻只能工作數小時，甚至幾十分鐘，故障隨機性大，無任何規律可尋，此類故障屬于比較典型的“軟故障”。2021-12-1167 根據以上結論，可以基本確定引起機床故障的原因在輸入電源部分。對照機床電氣原理圖檢查，系統的直流24V輸入使用的是普通的二極管橋式整流電路供電，這樣的供電方式在電網干擾較嚴重的場合，通常難以滿足系統對電源的要求。最后，采用了標準的穩壓電源取代了系統中的二極管橋式整流電路