西门子840D联动数控机床电气系统

毕业设计任务书目录摘要 (3)前言 (3)一．西门子840D系统介绍 (3)1.1人机界面 (4)1.2数控及驱动单元 (5)1.3 PLC模块 (6)二．硬件的接口 (6)840D系统的接口 (6)三. 数控机床电气原理说明 (8)四．840D系统操作 (10)五．系统的连接与调试 (12)5.1硬件的连接 (12)5.2 调试 (13)六、PLC程序 (16)6.1 硬件组态 (17)6.2 编程 (17)6.3 块 (18)七、常见维修故障分析 (20)八、常用维修方法 (22)设计总结 (24)参考文献 (25)致谢 (25)摘要我们突出的产品SINUMERIK 840D，它在复杂的系统平台上，通过系统设定而适于各种控制技术。

840D与SINUMERIK_611数字驱动系统和SIMATIC?7可编程控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。

相对于前几代系统，SINUMERIK 840D具有以下几个特点：数字化驱动、轴控规模大、可以实现五轴联动、操作系统视窗化、软件内容丰富功能强大、具有远程诊断功能、保护功能健全、硬件高度集成化、模块化设计、内装大容量的PLC系统。

前言SINUMERIK 840D是西门子公司20世纪90年代推出的高性能数控系统。

它保持西门子前两代系统SINUMERIK 880和840C的三CPU结构：人机通信CPU （MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。

三部分在功能上既相互分工，又互为支持。

在物理结构上，NC-CPU和PLC-CPU合为一体，合成在NCU（Numerical Control Unit）中，但在逻辑功能上相互独立。

它把所有 CNC、PLC 和通讯任务综合在单个 NCU 模块中，在安装到 NCU 盒以后，再把强大的 NCU 多处理器模块插入到SIMODRIVE 611D数字驱动系统中去，直接放置在 I/RF 电源模块右侧，与611D驱动系统构成一个整体。

一．西门子840D系统介绍数字控制（NC,Numerical Control，简称数控）技术是用数字化信息进行控制的自动控制技术，采用数控技术的控制系统称为数控系统，装备了数控系统的机床即为数控机床。

数控机床电气控制系统由数控装置（CNC, Computer Numerical Control）、主轴驱动系统、进给伺服系统、检测反馈系统、机床强电控制系统、编程装置等几部分组成。

数控机床电气控制系统的组成如图1-1所示图1-1 数控机床电气控制系统组成1.1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.OPOP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.MCPMCP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。

1.2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。

1.3 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。

最多8个SM 模块最多四级图1.2 PLC 模块电源模块（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 。

PS IM S M S M …. S MX101 操作面板接口（OPI）X102PROFIBUS接口X112预留接口（NCU与NCU通讯）X111 SIMATIC接口（IM361）X122 PC MPI接口(MPI)X121 I/O接口（电缆分配盒）H1/H2 错误和状态灯H3 7段显示S1/S2 复位／NMI按钮S3 NCK启动开关S4 PLC启动开关X130A SIMODRIVE 611D接口X130B 数字模块I/O扩展接口（仅限于NCU573）X172 设备总线接口X173 PCMCIA插槽（X173）图2.1 840D系统接口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。

三.数控机床电气原理说明图3.1 数控机床的电源线路图3.1中变压器TC2原边接三相AC380V，副边三组绕组分别提供AC220V、AC24V、AC110V电压，AC220V给开关电源供电，AC24V给工作灯供电，AC110V 给电柜风扇供电，断路器QF6～QF10用来对线路进行过载及短路保护。

图3.2 数控机床的动力线路图3.2中交流接触器KM1和KM2用来控制主轴电动机M1的正反转，断路器QF2作为主轴电动机的过载及短路保护;交流接触器KM4和KM5用来控制刀架电动机M3的正反转，断路器QF4作为刀架电动机的过载及短路保护;交流接触器KM3用来控制冷却电动机M2的起动和停止，断路器QF3作为冷却电动机的过载及短路保护。

灭弧器RC1～RC3用来保护交流接触器的主触点，防止当主触点断开时，在动、静触点间产生强烈电弧，烧坏主触点。

断路器QF1用来对整个动力线路进行过载及短路保护图3.3数控机床床的交流控制线路图3.3中交流接触器KM1线圈和KM2一对常闭辅助触点串接，交流接触器KM2线圈和KM1一对常闭辅助触点串接，从而实现主轴电动机正反向接触器间的互锁控制;交流接触器KM4线圈和KM5一对常闭辅助触点串接，交流接触器KM5线圈和KM4一对常闭辅助触点串接，从而实现刀架电动机正反向接触器间的互锁控制;交流接触器KM3线圈用来控制KM3的主触点吸合。

继电器KA2～KA6触点由可编程控制器或数控装置I/O接口控制，用来控制交流接触器KM1～KM5的线圈得电或断电。

四．840D系统操作SINUMERIK840D/810D或SINUMERIK FM-NC是机床的CNC控制系统，可以通过CNC控制系统的操作面板执行下列基本功能：·开发和修改零件程序·执行零件程序·手动控制·读入/读出零件程序和数据·编辑程序数据·报警显示和取消报警·编辑机床数据·在一个MMC或几个MMC之间或一个NC或几个NC之间建立通信链接（M:N,m-MMC装置和n-NCK/PLC装置）用户接口包括：·显示元件，如监测器，LED等；·操作元件，如键，开关，手伦等。