数控连接与调试实训说明书.doc

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1、苏 州 市 职 业 大 学实训报告 名称 数控系统的连接与调试实训 2013年6月24日至2013年6月28日共1周学院(部) 机电工程学院 班 级 11数控（2） 姓 名 学院(部)负责人 系 主 任 指 导 老 师 目录1. NC加工中心综合（DS-RMD-A）实训台简介.2 1.1实验台的组成. 2 1.2MVC280数控机床的组成.4 1.3移动电柜.42.SINUMERIK 828D 系统与外围设备连接.5 2.1 SINUMERIK 828D系统介绍.5 2.2 SINUMERIK 828D 系统硬件接口.6 2.3 SINUMERIK 828D 系统与外围设备连接.73. 伺服驱

2、动系统的连接.9 3.1伺服驱动系统组成.9 3.2伺服放大系统的连接.114.主轴驱动系统的连接.11 4.1主轴驱动系统的组成.11 4.2主轴驱动系统的连接.125.I/O模块与外围电路的连接. 13 5.1 I/O模块介绍.13 5.2 I/O模块与外围电路的连接.19小结.19参考文献.191.NNC-R3AD-E加工中心综合实验实训台简介SINUMERIK 802D加工中心调试维修实训台由3部分组成：实验台，MVC280数控机床，移动电柜。1.1 实验台的组成： 实验台由8块模块组成。见图一图一 实验台 各版块名称如下：1） 驱动器演示板2） 电器版块3） 数控装置版块4） 故障设

3、置板5） 输入输出演示板6） 主轴版块7） 电源版块8） 电气柜1.2 MVC280数控机床的组成： MVC 280数控机床，配置了精密滚珠丝杠，BT30刀柄碟簧夹紧、串联气缸松刀装置，西门子的802Dsl数控系统和伺服驱动及电机，用超同步BKSC-41P5 GS交流伺服主轴驱动器控制主轴。其主要用于学习西门子802Ds1数控铣床的编程、操作与金属铝件的切削加工。通过对MCV820的使用，使用者可以对西门子802Ds1数控系统的使用、调试及维修有清晰直观的认识。数控机床的组成见图二和图三图二 机床部分部件1.3移动电柜： 电气柜里面有着不同的电缆，有强电和弱电等。电气柜的设计一定要按照调试手册

4、上的电气柜的设计要求去设计，不得有一丝差错。它的整体图如下：图三 移动电柜2.SRNUMER802D系统与外围设备连接2.1 SRNUMER802D系统介绍 通过本次实训的学习，了解SINUMERIK 802Dsl的技术特点及常用术语和功能结构。 数控系统（CNC）一般由三大部分HMI人机界面部分、NCK数控核心部分、和NCK数控核心部分组成，HMI人机界面部分主要负责数控系统的屏幕显示及数控键盘的控制；NCK数控核心部分主要负责数控系统的整体协调控制，位置和插补的控制；PLC可编程控制器部分主要负责数控系统的所有逻辑运算控制。三部分之间又是相互紧密联系的。SINUMERIK 802Dsl（以

5、下简称802Dsl）是一款结构紧凑的控制系统，它将数控系统中的所有模块(CNC，PLC和HMI)都集成在同一控制单元中。创新性的系统规划与驱动设计，配以10.4英寸TFT彩色液晶显示屏，具有更大的视野，更宽的应用；简单快速的系统调试，节省时间，提高效率； 使用CF卡与USB接口，可以进行快速的程序执行与数据读写； 提供循环与轮廓辅助编程，使编程更加清楚便捷；更宽的电源容差，-15% / +20%，为持续的稳定工作提供充分保障；简约的系统空间，操作面板内集成CNC，PLC及HMI等各种数控部件；方便的智能化系统连接，电机自动识别；内置以太网与高速输入输出接口，轻松扩展；PLC梯图显示，可进行在线

6、系统调试与诊断；无硬盘，无电池，无风扇，采用长寿显示屏光源，无需日常维护。802Dsl可以连接多达六轴数字驱动，为您提供更高的生产效率和更大的灵活性。802Dsl强大而丰富的功能，使得它成为各种车削、铣削、钻削、磨削以及冲压应用的理想选择。802Dsl有value,plus,pro 3种型号。本实台验采用value型。具有以下特点：1）20段预读缓冲区2） 程序压缩器（样条函数）3） 内置3MB动态存储器4） 控制轴数4个（包括三个进给轴，一个主轴）5） 系统内置521KB零件程序存储器6） 3轴联动插补7） 10.4TFT彩色液晶显示器8） 高容量CF卡，U盘，支持RS232/以太网口(调试

7、)9） 外置CF卡可用来运行海量程序10） 用于对刀和设定工件测量功D能11） 支持DIN标准和ISO编程语言12） 2D零件模拟13） PLC梯形图显示2.2 SRNUMER802D系统硬件接口PCU:PCU的前面板是10.4英寸TFT LCD,CF卡插槽，系统和横排、竖排系统软件。后面板有一系列接口。 图2-1 PCU接口 X4 3 芯端子式插座（插头上已标明 24V，0V 和 PE） X1 和 X2 高速驱动接口 X5 以太网插座 X6 PROFIBUS 总线接口（9 芯孔式 D 型插座） X8 RS232 接口（9 芯针式 D 型插座） X9 PS/2 键盘接口 X10 USB 外设接

8、口 X20 数字 I/O 高速输入输出接口（12 芯端子插头）键盘: NC键盘是在机床的操作面板上，其如下图所示。键盘上的每个键位都有含义和功能。图2-3 NC键盘2.3 SRNUMER802D系统与外围设备连接 外围设备主要包括伺服、主轴、I/O等设备。连接图见图2-4,实训小组成员按此连接图连接SRNUMER802D系统与外围设备3.伺服驱动系统的连接SINAMICS S120 是西门子公司新的一代驱动系统。S120 驱动系统采用了最先进的硬件技术、软件技术以及通讯技术。采用高速驱动接口，配套的1FK7 永磁同步伺服电机具有电子铭牌，系统可以自动识别所配置的驱动系统。具有更高的控制精度和动

9、态控制特性，更高的可靠性。和802D sl 配套使用的Sinamics S120 产品包括：书本型驱动器和用于单轴的AC/AC 模块式驱动器。3.1伺服驱动系统的组成： (1) 驱动器：本机床采用的是书本型驱动器，其结构形式为电源模块和电机模块分开，一个电源模块将3 相交流电整流成540V 或600V 的直流电，将电机模块(一个或多个)都连接到该直流母线上（802D sl pro 和plus 采用该类型驱动器）图3.1(1) 驱动器 单轴AC/AC 模块式驱动器，其结构形式为电源模块和电机模块集成在一起。（802D sl value 采用该类型驱动器） 工作原理：伺服驱动器均采用数字信号处理器

10、（DSP）作为控制核心，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。 ALM 具有D

11、RIVE CLiQ 接口，由802D sl X1 接口引出的驱动控制电缆DRIVE CLIQ 连接到ALM 的X200 接口，由ALM 的X201 连接到相邻的电机模块的X200，然后由此电机模块的X201 连接至下一相邻电机模块的X200，按此规律连接所有电机模块。 (2) 电机： 伺服电机(1FK7系列带DRIVE同步伺服电机）1FK7100-5AF71-1DG53000RPM,IncEncoder,IP65 工作原理：伺服电机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电

12、压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。 图3.1(2) 电机 (3) 编码器： 伺服驱动中的编码器，它是进给电机驱动的检测反馈装置，有24V直流电的连接。 工作原理：编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，检测反馈进给轴的运动。 图3.1(3) 编码器 3.2伺服放大系统的连接(1) 主要连接部件如下 1. 电源模块 2. 双轴电机驱动模块 3. 单轴电机驱动模

13、块 4. 编码器反馈装置 5. 交流同步伺服电机 连接图见图3-2,实训小组成员按此连接图连接伺服放大系统4 主轴驱动系统的连接4.1 主轴驱动系统的组成（1） SRNUMER802D系统使用超同步BKSC-41P5 GS交流伺服主轴驱动器，图4.1（1） 交流伺服主轴驱动器 工作原理： S系列伺服驱动器的核心是采用32位CPU，实现对电机全数字控制。它是交流感应电机的伺服驱动器，可对普通交流感应电机和变频电机的位置、转速、加速度和输出转矩方便地进行控制，使交流感应电机具有和同步电机、直流电机一样的调速特性。 主轴驱动模块的连接:交流伺服驱动器通过T0接口连接PC机；通过T1和MCPA接口连接

14、PCU;通过T4和X520接口连接SMC30;通过T5接口连接主轴电动机和编码器；通过T3接口连接I/O板。 主轴电动机 SRNUMER802D系统的主轴电动机CTB系列的，它的型号是BKSC-41P5GS-E。 基本原理: 伺服电机主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定

15、位，可以达到0.001mm。 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。 （2）

16、编码器反馈装置： 伺服驱动中的编码器反馈装置SMC30，它的型号是6SL3055-OAAOO-5CA2。它是主轴电机驱动的检测反馈装置、电源模块有24V直流电的连接。其工作原理：编码器是一种将旋转位移转换成一串数字脉冲信号的旋转式传感器，这些脉冲能用来控制角位移，检测反馈主轴的运动。图4.1（2）编码器反馈装置4.2 主轴驱动系统的连接连接图见图4-2,实训小组成员按此连接图连接主轴驱动系统5. I/O模块与外围电路的连接5.1 I/O模块介绍5.1.1机床控制面板 机床操作面板用于机床操作的选择，主轴准停，轴移动方向选择，进给和主轴倍率修调等操作。现已6FC5303-0AF30-1AA0 用

17、于 MCPA 配套为例。802Dsl机床控制面板MCP按键布局（如图1）图1 机床操作面板表2机床控制面板MCP按键机床面板与模拟量接口（MCPA接口）X1 接 MCP 的 X1201X2 接 MCP 的 X1202X1021 端子 1 接+24V(必需)X1021 端子 10 接 0V（必需）X701 第 1 脚：主轴模拟量输出（56）X701 第 6 脚：主轴模拟量输出参考地（14）X701 第 5 脚：主轴使能 RF1(65)X701 第 9 脚：主轴使能 RF2(9)X701 第 4 脚：单极性主轴方向 1（参考地：X1021 的端子 10）X701 第 3 脚：单极性主轴方向 2（参

18、考地：X1021 的端子 10）主轴模拟量输出极性设定：轴参数 MD30134 =0：模拟电压输出 10V ；使能：X701.5 和 X701.9 导通1：模拟电压输出 0-10V ；使能：X701.4； 方向：X701.32：模拟电压输出 0-10V ；方向正：X701.3 方向负：X701.45.1.2 输入输出模块 PP72/48 输入输出模块 PP72/48 模块可提供 72 个数字输入和 48 个数字输出。每个模块具有三个独立的 50 芯插槽，每个插槽中包括了24位数字量输入和16位数字量输出（输出的驱动能力为0.25安培，同时系数为1）。图(1) 拨码开关图2 PP72/48结构图

19、 X1 24VDC电源 3芯端子式插头（插头上已表明24V, 0V和PE）X1 PROFIBUS 9芯孔式D型插头X111，X2222，X333 50芯扁平电缆插头（用于数字量输入与输出，可与端子转换器连接）S1 PROFIBUS地址开关四个发光二极管 PP72/48的状态显示 第一个PP72/48模块（总线地址：9）输入输出信号的逻辑地址和接口端子号的对应关系：表(1) 第二个PP72/48模块（总线地址：8）输入输出信号的逻辑地址和接口端子号的对应关系：表（2） 第三个PP72/48模块（总线地址：7）输入输出信号的逻辑地址和接口端子号的对应关系：表（3） *PP72/48输入信号的+24

20、V DC电源可以分为内部和外部，系统的连接如下：图3 PP72/48输入信号 5.1.3 PP72/48与SINUMERIK802D系统的连接 (1) SINUMERIK802D是通过PROFIBUS和DRIVE CLiQ总线与外围设备进行通讯。PROFIBUS电缆根据其电柜的布局连接，其插头应按如下连接。PCU为PROFIBUS的主设备，每个PROFIBUS从设备（如PP72/48）都有自己的总线地址，因此从设备在PROFIBUS总线上的排列次序是任意的。连接图见图5-1,实训小组成员按此连接图连接PP72/48与SINUMERIK802D系统5.2 I/O模块与外围电路的连接 I/O模块与

21、外围电路的连接有很多，如回参考点、快速移动、机床锁住、空运行、单段、跳步、排屑、主轴正反转、冷却、照明、吹气、自动手动换刀、限位开关、急停等。连接图见图5-2,实训小组成员按此连接图连接I/O模块与外围电路802D数控系统连接总图整个系统的连接模块有下面几个：1. 主轴伺服驱动器2. PCU3. PP72/484. I/O5. SMC-306. 伺服驱动器连接图见图6,实训小组成员按此连接图连接802D数控系统小 结为期一周的实训即将结束，在这段时间里我学习了很多，刚开始的一段时间里，对一些工作感到无从下手，出现的问题也很多，茫然不知所措。通过老师耐心的教导，和同学间合作探讨，克服了一个个障碍。上升到了更深刻的理性认识。在学校总以为自己学的不错 ，一旦接触到实际，才发现自己欠缺的还很多，实践比想象中的要细致得多复杂得多，这时才真正领悟到“活到老学到老”的含义。实际的工作能力是书本上没有办法教授给我们的，必须要通过实际工作来积累与强化。实践是检验学校里的学习成果的最好的试金石。将所学知识转化为工作能力，这样才真正做到了学有所用。参考文献1 802D简明调试手册2 校内教材 实训指导书