图解SINUMERIK810D/840D系统调试与维修技巧

出版时间：2013-1  出版社：王洪波 电子工业出版社 (2013-01出版)  作者：王洪波  页数：416  

前言

　　《数控机床电气维修技术——SINUMERIK 810D/840D系统》于2007年出版，为数控机床电气维修人员进行系统调试与维修提供了一份参考资料，特别是帮助刚接触该系统的电气维修人员能较快地进入角色。该书得到了大部分读者的认可，同时提出了不少宝贵意见，许多读者及培训机构要求再版。由于SINUMERIK 810D/840D系统应用较广，功能强大，只有掌握好系统应用，深入研究其功能，才能做好系统调试维修工作，充分发挥出系统的价值。为较大程度地满足广大调试维修人员的需要，从实用性出发，在《数控机床电气维修技术——SINUMERIK 810D/840D系统》的基础上进行了较大幅度的改编，删除了与系统调试维修关系不大的章节，增加和细化了部分基础知识。在其内容和形式上也都做了较大改动，特别是采用图解方式进行介绍，使该书易学、易懂、易用，为从事数控系统调试维修的工程技术人员提供参考，特别是能给刚接触SINUMERIK 810D/840D数控系统的调试维修人员起到抛砖引玉的作用。　　本书全面系统地介绍了SINUMERIK 810D/840D系统有关调试维修的知识，以实用性为主要考虑因素，尽量不涉及较为复杂的工作原理。全书共分15章，第1章介绍了810D/840D数控系统的接口与连接；第2章介绍了操作部件、连接部件及其接口；第3章介绍了611D驱动系统的组成、电源模块及驱动模块的应用；第4章介绍了电流环、速度环及位置环的参数设置及其优化方法；第5章介绍了驱动电机的特点及应用、旋转编码器和光栅尺的原理及应用；第6章介绍了机床数据设置与参考点调整方法；第7章介绍了机床轴的设置方法；第8章介绍了机床数据备份与回装方法；第9章介绍了轴及驱动的有关监控信号或状态、常见报警信息及解决方法；第10章介绍了反向间隙、螺距误差、温度、垂度、前馈及摩擦补偿等；第11章介绍了数控PLC程序结构及数据接口；第12章介绍了S7-300 PLC的常用梯形图编程指令；第13章介绍了SIMATIC管理器编辑STEP7程序方法；第14章介绍了S7-300 PLC硬件组成及其软硬件诊断方法；第15章重点介绍了系统使能、急停控制、硬件限位、刀架控制、主轴控制、冷却控制、液压控制等典型PLC程序的设计方法。　　本书编者为四川材料与工艺研究所高级工程师，长期从事数控设备的电气维修工作，对数控机床的电气维修积累了一定的经验。本书就是在对多年数控机床电气维修工作进行总结的基础上，参阅了SINUMERIK 810D/840D系统的相关资料，经过整理形成的。在编写本书的过程中，主要参考了西门子SINUMERIK 810D/840D数控系统的安装、调试、功能、诊断、操作、编程等资料，部分内容还参照了国内数控机床维修的相关书刊，特向原书作者表示谢意；同时，还得到了四川材料与工艺研究所有关人员的帮助和支持，在此表示感谢。　　由于SINUMERIK 810D/840D数控系统技术针对性较强，加之编者理论水平和工作实践经验有限，书中疏漏及错误之处在所难免，诚恳期待广大读者提出宝贵意见。　　编者　　2012年7月

内容概要

　　《图解SINUMERIK 810D/840D系统调试与维修技巧》围绕广泛应用的SINUMERIK810D/840D数控系统，采用图解方式，介绍了该系统的接口与连接、操作部件及其接口、611D驱动系统、驱动优化、驱动电机与测量部件、机床轴配置、数据备份与回装、系统监控与报警、机床数据设置与调整、误差补偿、PLC程序结构及数据接口、PLC常用编程指令、SIMATIC管理器、PLC组成及状态诊断，以及机床典型PLC控制等方面的知识，有助于读者学习该数控系统的调试与维修。

书籍目录

第1章SINUMERIK810D/840D数控系统（1） 1.1概述（1） 1.2810D数控系统（4） 1.2.1系统特点（4） 1.2.2系统配置（5） 1.3810D系统接口及连接（6） 1.3.1CCU模块接口（6） 1.3.2CCU模块控制开关（11） 1.3.3CCU模块LED显示（12） 1.3.4810D系统连接（13） 1.4840D数控系统（15） 1.4.1系统特点（15） 1.4.2系统配置（16） 1.5840D系统接口及连接（17） 1.5.1NCU模块接口（17） 1.5.2NCU模块控制开关（19） 1.5.3NCU模块LED显示（20） 1.5.4840D系统连接（21） 1.5.5电池风扇组件（22） 1.6系统软硬件故障（22） 1.6.1系统硬件故障（23） 1.6.2系统软件故障（24） 1.7机床工作电压（24） 第2章操作部件及其接口（26） 2.1机床操作面板及其接口（26） 2.1.1操作面板OP031（26） 2.1.2操作面板OP010C（27） 2.2操作面板控制单元（28） 2.2.1控制单元MMC100.2（28） 2.2.2控制单元MMC103（30） 2.2.3控制单元PCU20（31） 2.2.4控制单元PCU50（33） 2.3机床控制面板（35） 2.4手持单元（38） 2.4.1B—MPI型手持单元（38） 2.4.2MINI型手持单元（39） 2.5操作部件标准接口（40） 2.6连接部件（44） 2.6.1电缆分配盒（44） 2.6.2分线盒（45） 2.7MPI总线地址及连接规则（47） 2.7.1MPI总线地址分配（47） 2.7.2MPI总线连接规则（48） 2.8操作部件的连接（49） 2.8.1B—MPI型手持单元连接（49） 2.8.2MINI型手持单元连接（50） 2.8.3机床操作面板连接（51） 2.9操作方式故障（52） 2.9.1手动操作方式故障（52） 2.9.2自动工作方式故障（53） 2.9.3典型故障示例（53） 第3章SIMODRIVE611D驱动系统（55） 3.1驱动系统概述（55） 3.2驱动系统的前端部件（57） 3.2.1电抗器（57） 3.2.2电源滤波器（57） 3.2.3前端部件及系统接线连接（58） 3.3驱动系统专用模块（60） 3.3.1电容模块（60） 3.3.2脉冲电阻模块（61） 3.3.3监控模块（61） 3.3.4过压限制模块（62） 3.4电源模块（63） 3.4.1电源模块工作原理（64） 3.4.2电源模块接口端子（66） 3.4.3电源模块的连接（69） 3.4.4电源模块S1开关设置（70） 3.4.5电源模块故障监测功能（72） 3.5驱动模块（75） 3.5.1驱动模块接口（75） 3.5.2驱动模块的连接（78） 3.5.3驱动模块的监控与保护（81） 3.6驱动系统故障诊断与检测（82） 3.6.1驱动系统常见故障（82） 3.6.2驱动系统故障维修示例（83） 第4章驱动系统设置与优化（86） 4.1基础知识（86） 4.1.1驱动系统优化的基本概念（86） 4.1.2驱动系统的闭环控制（87） 4.1.3时域中的阶跃响应（89） 4.1.4频域中的波特图（90） 4.2驱动数据设置（92） 4.2.1电流环数据设置（92） 4.2.2速度环数据设置（96） 4.2.3位置环数据设置（98） 4.3驱动系统自动优化（99） 4.3.1设定自动优化参数（99） 4.3.2自动优化操作（101） 4.4调节器在时域中的优化（102） 4.4.1速度调节器（103） 4.4.2位置调节器（105） 4.5调节器在频域中的优化（108） 4.5.1电流调节器（108） 4.5.2速度调节器（109） 4.5.3位置调节器（111） 第5章驱动电机与测量部件（113） 5.1电机工作制（113） 5.2进给伺服电机（115） 5.2.1进给伺服电机的特性（115） 5.2.2进给伺服电机的工作原理（117） 5.2.3直线进给伺服电机（118） 5.3常用进给伺服电机（120） 5.3.1西门子进给伺服电机（120） 5.3.2进给伺服电机接口（122） 5.3.3进给伺服电机连接方式（124） 5.4主轴电机（125） 5.5旋转型光电编码器（128） 5.5.1旋转型光电编码器及其组成（128） 5.5.2旋转型光电编码器工作原理（129） 5.5.3旋转型光电编码器整形与细分（130） 5.5.4西门子旋转型光电编码器（131） 5.5.5光电编码器的安装与调整（133） 5.5.6旋转型光电编码器的维护与保养（136） 5.6光栅尺（136） 5.6.1光栅尺工作原理（137） 5.6.2常用光栅尺（138） 5.6.3光栅尺的维护与保养（138） 5.7故障维修示例（139） 第6章机床数据设置与参考点调整（142） 6.1机床数据（142） 6.1.1机床数据分类（142） 6.1.2机床数据格式（143） 6.1.3机床数据类型（144） 6.1.4机床数据属性（144） 6.2机床数据保护级及显示过滤器（145） 6.2.1机床数据保护级（145） 6.2.2机床数据显示过滤器（146） 6.2.3机床数据的生效方式（147） 6.3机床数据的调整（148） 6.3.1机床数据的检索（148） 6.3.2机床数据的调整方法（149） 6.3.3机床数据文件功能（150） 6.3.4机床数据修改注意事项（150） 6.4常用机床数据（151） 6.4.1操作面板机床数据（151） 6.4.2通用机床数据（152） 6.4.3通道机床数据（153） 6.4.4轴类机床数据（154） 6.4.5机床设定数据（158） 6.5参考点调整（160） 6.5.1参考点机床数据（161） 6.5.2增量式旋转测量系统返参考点（162） 6.5.3带距离编码的线性测量系统返参考点（165） 6.5.4绝对式测量系统参考点调整（167） 6.5.5参考点常见故障（168） 6.5.6参考点典型故障维修示例（169） 第7章机床轴配置（171） 7.1机床轴的配置方法（171） 7.1.1机床轴的定义（171） 7.1.2轴配置规则（172） 7.1.3轴驱动配置（174） 7.2设定值与实际值配置（177） 7.3轴的调整（179） 7.3.1主轴调整（179） 7.3.2进给轴调整（183） 7.3.3轴屏蔽（184） 7.3.4控制环的切换（184） 7.4测量系统配置（185） 7.4.1测量系统配置方法（185） 7.4.2增量式测量系统参数化配置（186） 7.4.3绝对式测量系统参数化配置（189） 第8章机床数据备份与回装（190） 8.1数据文件（190） 8.1.1数据备份必要性（190） 8.1.2数据文件的类型（191） 8.1.3数据文件的格式（191） 8.2数据备份形式及内容（192） 8.2.1系列数据备份（193） 8.2.2分区数据备份（194） 8.2.3数据备份目标（194） 8.3常用通信软件（195） 8.3.1PCIN通信软件（195） 8.3.2WINPCIN通信软件（197） 8.3.3RS232C电缆（198） 8.4系统上的通信接口设置（199） 8.4.1MMC100.2/PCU20上的RS232C接口设置（199） 8.4.2MMC102/MMC103/PCU50上的RS232C接口设置（201） 8.4.3机床操作面板与PC通信连接（201） 8.5数据备份（202） 8.5.1MMC100.2/PCU20数据备份（202） 8.5.2MMC102/MMC103/PCU50数据备份（204） 8.5.3数据备份到硬盘（205） 8.6数据的回装（206） 8.6.1NC总清和PLC总清（206） 8.6.2通过RS232C回装系列备份数据（207） 8.6.3从硬盘上回装系列备份数据（207） 8.6.4分区备份数据的回装（208） 第9章系统监控与报警（209） 9.1轴监控（209） 9.1.1轴控制信息（210） 9.1.2轴状态信息（212） 9.2驱动监控（212） 9.2.1驱动控制信息（213） 9.2.2驱动状态信息（213） 9.3误差监控（215） 9.3.1轮廓监控（216） 9.3.2位置监控（217） 9.3.3速度监控（218） 9.3.4编码器监控（220） 9.3.5夹紧监控（220） 9.3.6系统监控故障示例（220） 9.4工作区域监控（222） 9.4.1软限位（222） 9.4.2工作区域限制（223） 9.5诊断操作区域（223） 9.6常见自诊断报警及处理方法（225） 9.6.1NCK一般故障报警（226） 9.6.2NCK通道及轴报警（228） 9.6.3驱动系统报警（231） 9.7电池报警（234） 9.7.1810D后备电池更换（234） 9.7.2840D后备电池更换（235） 9.7.3MMC后备电池更换（236） 第10章误差补偿（237） 10.1反向间隙误差补偿（237） 10.2螺距误差补偿（239） 10.3温度补偿（242） 10.4垂度补偿（246） 10.5跟随误差补偿（249） 10.5.1速度前馈控制（249） 10.5.2转矩前馈控制（250） 10.6摩擦补偿（252） 10.6.1圆度测试（252） 10.6.2摩擦补偿方法（254） 第11章数控PLC程序结构及数据接口（258） 11.1数控PLC程序（258） 11.1.1PLC程序组成（258） 11.1.2PLC程序结构（259） 11.2组织块OB（260） 11.3系统功能块SFB及系统功能SFC（262） 11.4功能块FB和功能FC（263） 11.4.1功能块FB（263） 11.4.2功能FC（269） 11.5共享数据块DB（273） 11.6PLC与NCK接口信号（274） 11.7常用接口信号（277） 11.7.1机床控制面板（MCP）信号（277） 11.7.2PLC信息（280） 11.7.3NCK/MMC信号（282） 11.7.4方式组信号（283） 11.7.5操作面板信号（284） 11.7.6NCK通道信号（286） 11.7.7进给轴／主轴信号（289） 第12章常用S7—300编程指令（293） 12.1PLC编程基础（293） 12.1.1编程语言（293） 12.1.2数据类型（295） 12.1.3存储器组成（296） 12.2基本逻辑指令（298） 12.2.1触点和线圈（298） 12.2.2位指令（298） 12.2.3逻辑运算指令（300） 12.3定时器（302） 12.4计数器（305） 12.5运算指令（308） 12.5.1算术运算指令（308） 12.5.2比较指令（309） 12.5.3整数与BCD码转换指令（309） 12.5.4移位指令（310） 12.6逻辑控制和传送指令（311） 12.6.1逻辑控制指令（311） 12.6.2传送指令（313） 12.7NC设置编程应用（314） 12.8常用语句指令表集（317） 第13章SIMATIC管理器（323） 13.1概述（323） 13.1.1SIMATIC管理器简介（323） 13.1.2项目结构（324） 13.1.3项目设计流程（324） 13.2机床PLC项目设计（325） 13.2.1创建一个项目（325） 13.2.2硬件组态（325） 13.2.3创建STEP7程序（328） 13.3PLC梯形图编辑（330） 13.3.1标题和注释（330） 13.3.2放置梯形图元素（330） 13.3.3编辑程序段及修改梯形图元素（331） 13.3.4符号表与变量表（332） 13.4PLC程序的上传与下载（334） 13.4.1计算机与系统的连接（335） 13.4.2设置PG/PC接口（336） 13.4.3在线与离线状态（337） 13.4.4PLC程序的上传（337） 13.4.5PLC程序的下载（339） 13.5S7—PLCSIM仿真（340） 13.5.1PLCSIM功能（341） 13.5.2模拟仿真实现方法（342） 第14章PLC组成及其软硬件状态诊断（345） 14.1概述（345） 14.1.1S7—300PLC特点（345） 14.1.2S7—300PLC组成（346） 14.1.3PLC工作过程（347） 14.2PS、CPU及IM模块（348） 14.2.1电源模块PS（348） 14.2.2CPU模块（349） 14.2.3接口模块IM（351） 14.3数字量I/O模块（352） 14.3.1数字量输入模块（352） 14.3.2数字量输出模块（354） 14.3.3数字量输入／输出模块（355） 14.4单I/O模块EFP（356） 14.5数控PLC及其作用（359） 14.5.1数控PLC的特点（359） 14.5.2数控PLC的作用（361） 14.6数控系统PLC状态诊断（362） 14.7PLC系统硬件诊断（364） 14.8PLC程序在线诊断（366） 14.8.1PLC程序在线故障诊断（367） 14.8.2PLC程序在线诊断方法（367） 14.8.3利用交叉表查找变量（368） 14.8.4在线监控变量（371） 14.8.5PLC强制启动（373） 第15章机床典型PLC控制（374） 15.1驱动系统使能控制（374） 15.1.1使能控制原理（374） 15.1.2驱动使能常见故障（377） 15.2急停控制（377） 15.3机床的限位（379） 15.4转塔刀架控制（381） 15.4.1转塔刀架的工作原理（381） 15.4.2转塔刀架的程序控制（383） 15.4.3转塔刀架的维修（387） 15.5主轴控制（388） 15.5.1主轴速度控制（389） 15.5.2主轴的换挡控制（390） 15.5.3主轴常见故障（393） 15.6刀具冷却控制（395） 15.6.1刀具冷却控制原理（395） 15.6.2刀具冷却系统常见故障（396） 15.7润滑控制（396） 15.7.1润滑控制原理（396） 15.7.2润滑系统常见故障（398） 15.8液压系统的控制（399） 15.8.1液压控制原理（399） 15.8.2液压系统常见故障（400） 参考文献（402）

章节摘录

版权页：   插图：   数控机床的电气控制系统对电源也没有什么特殊要求，一般都能适应我国电网，允许电压波动范围+10％～—15％。如果供电系统电源波动幅度大（有时远远超过10％），而且质量差，则交流电源上往往叠加有一些高频杂波信号，最好的办法是为数控机床采取专线供电，或增设稳压装置，也可在电源的输入端加装变压器、电抗器及滤波器等，这些措施都能改善供电质量和减少电网干扰。幅度较大的瞬间干扰信号，会破坏数控系统的程序或参数，降低系统的可靠性，影响机床的正常运行。 如果给机床供电的电网电压不稳定，电压过高或过低，超出了数控系统允许的电网电压波动范围，即额定值的+10％～—15％，可能导致数控系统不能稳定工作，甚至会造成重要电子部件损坏。因此，要经常注意电网电压的波动，即使在给数控系统配置了交流稳压装置的情况下，也要时常检查交流稳压装置的输入／输出电压，防止因稳压装置的故障引发数控系统故障。数控机床中使用的电源电压有3种，即交流主回路电源电压、交流控制回路电压及直流控制回路电压。 1.交流主回路电源电压 交流主回路电源电压是指三相进线电源电压，一般作为系统电源模块、中间变压器电源，还作为辅助电机的工作电源，如液压电机、刀架电机、润滑电机等。根据国家标准，交流主回路的输入电压为三相交流380V。数控机床主回路输入电压的变化范围为（15％～+10％）380V；输入频率范围为50Hza+1Hz。当机床的输入电源电压不能满足上述要求时，必须采取一定的稳压措施，如增加稳压电源，防止电源电压过高或过低，或者是电压波动太大而影响数控系统工作，严重时还会造成系统的损坏。 2.交流控制回路电压 交流控制回路的电压一般为单相交流220V。有的数控机床使用电源变压器把380V变成220V作为控制回路的电源，有的直接引入220V电源，前者的稳定性和可靠性优于后者，也是数控机床常采用的方法。数控机床允许交流控制回路的电压变化范围为（—15％～+10％）220V；输入频率范围为50Hz±Hz。一般说来，如果主回路电源电压能满足要求，则控制回路的电源电压也能满足要求，除非强电箱电源变压器出现故障。 3.直流控制回路电压 直流控制回路电压一般作为中间继电器和PLC的I／O信号控制，也可作为系统工作电源，如操作部件的工作电源。直流控制回路电压为24V DC，允许的电压波动范围为24V DC±10％。

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