模塊一數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及連接

1、“十二五十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材職業(yè)教育國家規(guī)劃教材經(jīng)全國職業(yè)教育教材審定委員會審定經(jīng)全國職業(yè)教育教材審定委員會審定主編楊中力、溫丹麗數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修 (第三版)模塊一 數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及連接 工作任務(wù) 本任務(wù)通過對FANUC 0ID數(shù)控系統(tǒng)與各外部設(shè)備（輸入電源、放大器，I/O 等）之間的總體連接、放大器（i系列電源模塊，主軸模塊，伺服模塊， 系列放大器，SVPM）之間的連接以及和電源，電機(jī)等的連接的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，進(jìn)一步深刻理解數(shù)控系統(tǒng)的原理,掌握數(shù)控系統(tǒng)各部件的作用和構(gòu)成,能夠完成典型數(shù)控系統(tǒng)的硬件連接。 任務(wù)目標(biāo) 1.知識目標(biāo) （1）學(xué)習(xí)數(shù)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識。（2）掌握FANUC

2、0iD數(shù)控系統(tǒng)各部件的作用、組成。（3）了解數(shù)控系統(tǒng)各部件的作用及接口連接。任務(wù)目標(biāo) 2.2.能力目標(biāo)能力目標(biāo)（1）能夠進(jìn)行系統(tǒng)硬件名稱、型號確認(rèn)。（2）能夠進(jìn)行系統(tǒng)接口識別及連接。（3）查閱相關(guān)資料能夠讀懂?dāng)?shù)控系統(tǒng)連接圖任務(wù)目標(biāo) 3.3.素質(zhì)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)（1）在數(shù)控系統(tǒng)硬件連接過程中能嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和安全操作規(guī)程，有紀(jì)律觀念和團(tuán)隊意識。（2）具有自主分析問題和解決問題的能力。（3）具備環(huán)境保護(hù)和文明生產(chǎn)的基本素質(zhì)。相關(guān)知識 一、常見數(shù)控系統(tǒng) 1.FANUC數(shù)控系統(tǒng)簡介日本FANUC公司是專門從事數(shù)控裝置及工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)的著名廠家，也是世界上最有影響的專業(yè)廠家之一，該公司自20世紀(jì)5

3、0年代末開始生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)以來，已開發(fā)出40多種數(shù)控系統(tǒng)，目前其主推產(chǎn)品為FANUC -0i系列、FANUC -16/18/21系列、FANUC -30/31/32系列。 相關(guān)知識 FANUC-0iD系列 ：是具有高可靠性、高性價比的納米CNC，其中fanuc-0i-MD是加工中心用CNC，最多控制8個軸（包括主軸）；fanuc-0i-TD是車床用CNC，1路徑最多控制8個軸，2路徑最多控制11個軸；fanuc-0i-PD是沖床用CNC，最多控制7個軸。fanuc-0i mate是個型號的簡化版 ，控制軸總數(shù)量減少。相關(guān)知識圖1-1FANUC 0i-D系統(tǒng)配置圖相關(guān)知識2.SIEMENS2.SI

4、EMENS數(shù)控系統(tǒng)簡介數(shù)控系統(tǒng)簡介SIEMENS公司是生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的著名廠家，SIEMENS公司數(shù)控系統(tǒng)的名稱為SINUMERIK。目前其主流產(chǎn)品為SIN810D、SIN840D、SIN802D、SIN828D系列。SINUMERIK 802D sl是一種將數(shù)控系統(tǒng)（NC，PLC，HMI）集成在一起的數(shù)控系統(tǒng)。配備全數(shù)控鍵盤（垂直型或水平型）。PLC的 I/O可通過 PROFIBUS DP系統(tǒng)進(jìn)行操作。數(shù)控系統(tǒng)與驅(qū)動系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可通過 DRIVE -CLiQ與數(shù)字式驅(qū)動裝置連接。該系統(tǒng)根據(jù)功能由低到高又分為三個版本，分別是：VALUE型、PLUS型和PRO型。SINUMERIK 80

5、2D sl控制系統(tǒng)配置 MCP 802D sl機(jī)床控制面板，當(dāng)MCPA模塊結(jié)合 SINUMERIK 802D sl一起使用時，能夠提供一個10 V接口，用于一個模擬主軸的控制。 相關(guān)知識（二）FANUC-0ID系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)1.FANUC 0i-D1.FANUC 0i-D系統(tǒng)硬件概述系統(tǒng)硬件概述FANUC 0i-D系統(tǒng)高度集成，見圖1-1FANUC 0i-D系統(tǒng)配置圖，數(shù)控系統(tǒng)、PMC、顯示器、MDI面板一體式。它通過FSSB總線實(shí)現(xiàn)伺服的控制，通過I/O Link實(shí)現(xiàn)對輸入輸出模塊的管理；可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字主軸和模擬主軸的控制，還可以通過網(wǎng)絡(luò)接口、RS-232接口、USB接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。數(shù)控系統(tǒng)

6、主板主要提供以下功能：系統(tǒng)電源；主CPU；系統(tǒng)軟件、宏程序梯形圖及參數(shù)的存儲； PMC控制；I/O Link控制；伺服及主軸控制；MDI及顯示控制等。 相關(guān)知識2.CNC系統(tǒng)綜合連線相關(guān)知識圖1-2綜合連線圖及系統(tǒng)框圖相關(guān)知識（1）電源接口，見圖1-3電源接口連接圖，數(shù)控系統(tǒng)需要外部提供+24V直流電源，電源電壓必須滿足輸入電壓+2410%，允許的輸入瞬間中斷持續(xù)時間10ms（輸入幅值下降100%），20ms（輸入幅值下降50%）。圖1-3電源接口連接圖相關(guān)知識（2）主軸單元接口，數(shù)控系統(tǒng)可連接兩類主軸單元，如圖1-4所示連接FANUC串行主軸單元或使用模擬指令信號接口連接變頻器。串行主軸接口

7、的信號如圖1-5所示，模擬主軸接口連接如圖1-6所示。系統(tǒng)配置串行主軸接口和模擬指令輸出接口。根據(jù)系統(tǒng)類型最多可連接兩個主軸：串行主軸+模擬輸出接口，或雙串行主軸。對于不同的硬件接口連接，要調(diào)整相應(yīng)系統(tǒng)參數(shù)才能激活接口。 相關(guān)知識 圖1-4 系統(tǒng)與主軸單元的連接圖相關(guān)知識 圖1-5 系統(tǒng)與串行主軸的連接相關(guān)知識 圖1-6 系統(tǒng)與模擬主軸的接口連接相關(guān)知識（3）伺服單元接口，系統(tǒng)的伺服卡FSSB通過光纜與伺服模塊聯(lián)系起來，通過光纜傳遞指令信號和接收位置反饋信號?？刂频妮S需要通過設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)來激活，其連接形式如圖1-7所示。圖中CB10A、CB10B 為光纜接口，各模塊之間光纜是CB10A為輸出

8、口，CB10B為輸入口。相關(guān)知識 圖1-7 數(shù)字伺服電路連接圖 相關(guān)知識（4）數(shù)控系統(tǒng)JD5 1A接口，該接口是連接到I/O模塊（I/O LinK），以便于I/O信號與數(shù)控系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。按照從JD51A到JD1B的順序連接，即從數(shù)控系統(tǒng)的JD51A出來，到I/O Link的JD1B為止，下一個I/O設(shè)備也是從前一個I/O Link的JD1A到下一個I/O Link的JD1B，如果不是按照這種順序，則會出現(xiàn)通訊錯誤而檢測不到I/O設(shè)備。相關(guān)知識（5）存儲卡插槽（系統(tǒng)的正面），用于連接存儲卡，可對參數(shù)、程序及梯形圖等數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入/輸出操作，也可以進(jìn)行DNC加工。（6）RS232接口是與電腦通訊的連

9、接口，共有兩個，一般接左邊一個，右邊為備用接口，如果不與電腦連接，則不用接此線（推薦使用存儲卡代替232口，傳輸速度及安全性都比串口優(yōu)越）。任務(wù)實(shí)施 一、CNC系統(tǒng)伺服系統(tǒng)連接以0iD 配i 放大器為例的連接，對不帶主軸的i 伺服放大器系列，放大器是單軸型或雙軸型，沒有電源模塊。分SVU1-4/20，SVU40/80 和兩軸SVU2-20/20 三種規(guī)格。主要區(qū)別是電源和電機(jī)動力線的連接，見表1-1。連接電纜時一定要看清楚插座邊上的標(biāo)注。系統(tǒng)與伺服的連接見圖1-8。任務(wù)實(shí)施 表1-1i 伺服放大器插座一覽表任務(wù)實(shí)施 1.24V 控制電源由上面的CX19B 引入，和下面的MCC/ESP（CX3/

10、CX4）注意一定不要接錯接反，否則會燒壞電源板。2.各放大器之間通訊線從前一個單元的CX19A輸出 到下一個單元的CX19B，如果連接錯誤，則會出現(xiàn)模塊異常報警。任務(wù)實(shí)施 圖1-8系統(tǒng)與伺服的連接任務(wù)實(shí)施 二、CNC系統(tǒng)與主軸的連接 選擇變頻器作為主軸控制，而不使用FANUC 的主軸放大器，可以選擇模擬主軸接口。系統(tǒng)向外部提供0-10V 模擬電壓，接線比較簡單，注意極性不要接錯，否則變頻器不能調(diào)速。除了速度命令的連接外，還需要通過PMC控制正反轉(zhuǎn)信號。任務(wù)實(shí)施 三、CNC系統(tǒng)I/O Link連接1、0V 公共型：機(jī)床側(cè)的輸入點(diǎn)內(nèi)部24V（B01）通過各輸入點(diǎn)（開關(guān)量）引入，不要接入任何其它24

11、V 電源。2、公共端可選擇型：根據(jù)需要，公共端（COM4）可以接0V，也可以接24V，上述表示公共端接0V 的例子，與上述的1）效果一樣。COM4 一定要正確連接，否則，則出現(xiàn)一組狀態(tài)同時發(fā)生變化等異常現(xiàn)象。3、輸出信號接法：輸出信號需要一個外部24V 電源，電源的+24V 端連接I/O 板的DOCOM。0V 端連接I/O 輸出點(diǎn)的繼電器負(fù)端。不要直接連接輸出點(diǎn)。 技能拓展 一、手輪的連接1 1、i-D i-D 僅用如下I/O I/O 單元A A，不再連接其它模塊時，見圖1-9。可設(shè)置如下：從X0 X0 開始 用鍵盤輸入：0.0.1.OC02I0.0.1.OC02I ；從Y0 Y0 開始 用鍵

12、盤輸入：0.0.1./80.0.1./8技能拓展 圖1-9 I/O 單元A連接手輪技能拓展 2 2、用標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床面板時，除了機(jī)床的面板，一般機(jī)床側(cè)還有0i 用I/O 單元A 或其他I/O 板以及手輪，見圖1-10。手輪可接在I/O LINK 總線上任一I/O 模塊上的JA3 JA3 上，但是在模塊分配上要注意連接手輪的模塊分配字節(jié)的大小。技能拓展 圖1-10 包含機(jī)床面板和I/O單元式連接手輪技能拓展 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床操作面板是一個96/64輸入/輸出點(diǎn)的I/O 模塊，其背面帶有兩個可連接手輪的接口，分別為JA3 和JA58。不同之處是：JA3 為一可同時連接三個手輪的手輪接口，如圖1-11 所示。而J

13、A58 是僅有一個手輪接入信號，其余的信號用于通用的I/O 點(diǎn)。 通常使用懸掛式手輪時，手輪接于此口。技能拓展 圖1-11手輪插座接線的定義技能拓展 二、SINUMERIC802Dsl的硬件結(jié)構(gòu)及連接1、系統(tǒng)的特點(diǎn)及主要功能 （1）基于控制面板的結(jié)構(gòu)設(shè)計：數(shù)控系統(tǒng)與顯示單元集成在一起，配置10.4TFT彩色液晶顯示器。 （2）采用SINAMICS S120驅(qū)動器，系統(tǒng)通過 DRIVE -CLiQ連接的SINAMICS S120驅(qū)動器（SINAMICS S120是西門子公司提供的智能化驅(qū)動系統(tǒng)；DRIVE -CLiQ指帶IQ連接的驅(qū)動組件，其電纜和接口類似于網(wǎng)線，數(shù)控系統(tǒng)、伺服驅(qū)動及伺服電機(jī)三者

14、之間就是通過這種連接）。 （3） CNC程序和數(shù)據(jù)主存儲器（緩存），最大可到3MB，還可使用閃存卡（CF卡）擴(kuò)展。 （4）控制軸數(shù)6個（包括4個進(jìn)給軸、1個主軸和1個PLC軸），四軸聯(lián)動插補(bǔ)。技能拓展 （5）運(yùn)行模式包括：點(diǎn)動/JOG、手輪、MDA、自動、示教、REPOS（重新定位）。 （6）通訊及連接：提供串行接口RS -232C，以太網(wǎng)連接，通過 PROFIBUS -DP連接PLC I/O、CF接口。 （7）操作軟件的語言可在17種語言間切換。 （8）PLC類型及編程：內(nèi)置SIMATIC S7 -200，梯形圖存儲最大6000步，可提供最大數(shù)字輸入216點(diǎn)，可提供最大數(shù)字輸出144點(diǎn)，40

15、個定時器，32個計數(shù)器。 （9）診斷功能：提供報警與提示信息、報警及信息履歷、梯形圖的動態(tài)顯示、遠(yuǎn)程診斷。 技能拓展 2.系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及各部分功能介紹 控制系統(tǒng) SINUMERIK 802D sl的組件包括：操作面板 CNC（PCU）；機(jī)床控制面板；MCPA模塊（硬件選件）；外設(shè)模塊 PP72/48；驅(qū)動設(shè)備，如圖1 -12所示為SINU-MERIK 802D sl系統(tǒng)互聯(lián)圖。 技能拓展 圖1 -12 SINUMERIK 802D sl系統(tǒng)互聯(lián)圖技能拓展 （1）操作面板 CNC（PCU -Panel Control Unit） 操作面板是將 NC、PLC、HMI集成在一起的數(shù)控單元，配有 C

16、NC全鍵盤（縱向或橫向）。PCU提供一個電源接口（24V DC）、一個CF卡接口、一個Ethernet接口、NC全鍵盤接口、RS -232 COM接口、PROFIBUS -DP接口、DRIVE -CLiQ接口、手輪接口等，如圖1-13所示為PCU單元外觀圖。 技能拓展 圖1 -13PCU單元外觀圖技能拓展 （2）機(jī)床控制面板 機(jī)床控制面板包括機(jī)床運(yùn)行所需的按鍵和開關(guān)，機(jī)床控制面板有兩種型號： 1）機(jī)床控制面板 MCP，通過外設(shè)模塊 PP72/48連接； 2）機(jī)床控制面板 MCP 802D sl，通過 MCPA模塊連接。 （3）MCPA模塊（硬件選件） MCPA模塊為 SINUMERIK 802

17、D sl的補(bǔ)充/擴(kuò)展組件。它配備了以下的端口： 1）用于連接模擬主軸的 10 V（X701）模擬輸出端口；2）用于連接外部機(jī)床控制面板（X1，X2）的接口； 3）用于連接作為快速輸入/輸出的 1字節(jié)輸入和輸出端的端口。 技能拓展 （4）外設(shè)模塊 PP72/48 外設(shè)模塊 PP72/48是一個用于連接基于PROFIBUS -DP的自動化系統(tǒng)中的數(shù)字輸入/輸出端。該組件具有以下端口和顯示：1）PROFIBUS -DP接口（最大 12MB/s）。2）72個數(shù)字輸入端和 48個數(shù)字輸出端。3）狀態(tài)顯示，由 4個診斷 LED構(gòu)成，分別是POWER（綠）電源、READY（紅）PP72/48未就緒指示、EX

18、CHANGE（綠）通訊正常、OVTEMP（紅）過熱報警。 若要為組件和數(shù)字輸出端供電，需要一個外部電源（+24V DC）。 技能拓展 （5）驅(qū)動設(shè)備SINAMICS S120 SINAMICS S120是西門子公司新一代伺服驅(qū)動系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK 802D sl和驅(qū)動SINAMICS S120之間的通訊由通訊系統(tǒng)“DRIVE -CLiQ”（Drive Component Link with IQ：帶 IQ的驅(qū)動組件連接）實(shí)現(xiàn)，通過這種通訊系統(tǒng)自動識別電機(jī)及編碼器的電子銘牌功能，可將電機(jī)編碼器信號、溫度信號以及電子裝置銘牌數(shù)據(jù)，例如，唯一的識別代碼、額定數(shù)據(jù)（電壓，電流，轉(zhuǎn)矩）直接

19、傳送給數(shù)控系統(tǒng)，使機(jī)床調(diào)試更簡便。 技能拓展 3 3、SINAMICS S120SINAMICS S120的結(jié)構(gòu)及連接的結(jié)構(gòu)及連接 SINAMICS S120驅(qū)動又分為模塊型驅(qū)動器和書本型驅(qū)動器兩大類。模塊型驅(qū)動器屬于交流 -交流的功率模塊，一個模塊型驅(qū)動器控制一個軸，包括一個功率模塊PM340和一個控制器CUA31（適用于SINUMERIK 802D sl value和 plus版本）；書本型驅(qū)動器包括電源模塊和電機(jī)模塊，電源模塊又分為調(diào)節(jié)型電源模塊ALM（Active Line Module）和非調(diào)節(jié)型電源模塊SLM（Smart Line Module），電機(jī)模塊又分為單軸模塊和雙軸模塊。模塊型驅(qū)動器PM340+ CUA31的結(jié)構(gòu)和連接：PM340型驅(qū)動器產(chǎn)品功率范圍覆蓋0.1290 kW，結(jié)構(gòu)外形差別大，如圖1 -14所示是PM340+ CUA31的外形圖。 技能拓展 圖1 -14 PM340+ CUA31的外形圖技能拓展 圖1-15所示是PM340連接示例，采用電源為3 AC 380 V -480 V，從圖中看，該模塊在內(nèi)部完成電源交-直-交的變換，實(shí)現(xiàn)對交流伺服電機(jī)的動力輸出。外部控制電路很簡單，提供了控制單元的接口；外接主電路連接熔斷器進(jìn)行保護(hù)，電源電抗器對電