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1、“十二五十二五”职业教育国家教育国家规划教材划教材经全国全国职业教育教材教育教材审定委定委员会会审定定主编杨中力、温丹丽数控机床故障诊断与维修 (第三版)模块一 数控系统硬件结构及连接 工作任务 本任务通过对FANUC 0ID数控系统与各外部设备（输入电源、放大器，I/O 等）之间的总体连接、放大器（i系列电源模块，主轴模块，伺服模块，系列放大器，SVPM）之间的连接以及和电源，电机等的连接的学习与实践，进一步深刻理解数控系统的原理,掌握数控系统各部件的作用和构成,能够完成典型数控系统的硬件连接。任务目标 1.知识目标（1）学习数控系统的基础知识。（2）掌握FANUC 0iD数控系统各部件的作
2、用、组成。（3）了解数控系统各部件的作用及接口连接。任务目标 2.2.能力目标能力目标（1）能够进行系统硬件名称、型号确认。（2）能够进行系统接口识别及连接。（3）查阅相关资料能够读懂数控系统连接图任务目标 3.3.素质目标素质目标（1）在数控系统硬件连接过程中能严格执行相关技术标准规范和安全操作规程，有纪律观念和团队意识。（2）具有自主分析问题和解决问题的能力。（3）具备环境保护和文明生产的基本素质。相关知识 一、常见数控系统 1.FANUC数控系统简介日本FANUC公司是专门从事数控装置及工业机器人生产的著名厂家，也是世界上最有影响的专业厂家之一，该公司自20世纪50年代末开始生产数控系统
3、以来，已开发出40多种数控系统，目前其主推产品为FANUC-0i系列、FANUC-16/18/21系列、FANUC-30/31/32系列。相关知识 FANUC-0iD系列：是具有高可靠性、高性价比的纳米CNC，其中fanuc-0i-MD是加工中心用CNC，最多控制8个轴（包括主轴）；fanuc-0i-TD是车床用CNC，1路径最多控制8个轴，2路径最多控制11个轴；fanuc-0i-PD是冲床用CNC，最多控制7个轴。fanuc-0i mate是个型号的简化版，控制轴总数量减少。相关知识图1-1FANUC0i-D系统配置图相关知识2.SIEMENS2.SIEMENS数控系统简介数控系统简介SI
4、EMENS公司是生产数控系统的著名厂家，SIEMENS公司数控系统的名称为SINUMERIK。目前其主流产品为SIN810D、SIN840D、SIN802D、SIN828D系列。SINUMERIK 802D sl是一种将数控系统（NC，PLC，HMI）集成在一起的数控系统。配备全数控键盘（垂直型或水平型）。PLC的 I/O可通过 PROFIBUS DP系统进行操作。数控系统与驱动系统的模块结构相结合，可通过 DRIVE-CLiQ与数字式驱动装置连接。该系统根据功能由低到高又分为三个版本，分别是：VALUE型、PLUS型和PRO型。SINUMERIK 802D sl控制系统配置 MCP 802D
5、 sl机床控制面板，当MCPA模块结合 SINUMERIK 802D sl一起使用时，能够提供一个10 V接口，用于一个模拟主轴的控制。相关知识（二）FANUC-0ID系统的硬件结构1.FANUC 0i-D1.FANUC 0i-D系统硬件概述系统硬件概述FANUC 0i-D系统高度集成，见图1-1FANUC 0i-D系统配置图，数控系统、PMC、显示器、MDI面板一体式。它通过FSSB总线实现伺服的控制，通过I/O Link实现对输入输出模块的管理；可以实现数字主轴和模拟主轴的控制，还可以通过网络接口、RS-232接口、USB接口进行数据交换。数控系统主板主要提供以下功能：系统电源；主CPU；
6、系统软件、宏程序梯形图及参数的存储；PMC控制；I/O Link控制；伺服及主轴控制；MDI及显示控制等。相关知识2.CNC系统综合连线相关知识图1-2综合连线图及系统框图相关知识（1）电源接口，见图1-3电源接口连接图，数控系统需要外部提供+24V直流电源，电源电压必须满足输入电压+2410%，允许的输入瞬间中断持续时间10ms（输入幅值下降100%），20ms（输入幅值下降50%）。图1-3电源接口连接图相关知识（2）主轴单元接口，数控系统可连接两类主轴单元，如图1-4所示连接FANUC串行主轴单元或使用模拟指令信号接口连接变频器。串行主轴接口的信号如图1-5所示，模拟主轴接口连接如图1-
7、6所示。系统配置串行主轴接口和模拟指令输出接口。根据系统类型最多可连接两个主轴：串行主轴+模拟输出接口，或双串行主轴。对于不同的硬件接口连接，要调整相应系统参数才能激活接口。相关知识图1-4系统与主轴单元的连接图相关知识图1-5系统与串行主轴的连接相关知识图1-6系统与模拟主轴的接口连接相关知识（3）伺服单元接口，系统的伺服卡FSSB通过光缆与伺服模块联系起来，通过光缆传递指令信号和接收位置反馈信号。控制的轴需要通过设置相应的参数来激活，其连接形式如图1-7所示。图中CB10A、CB10B为光缆接口，各模块之间光缆是CB10A为输出口，CB10B为输入口。相关知识图1-7数字伺服电路连接图相关
8、知识（4）数控系统JD51A接口，该接口是连接到I/O模块（I/O LinK），以便于I/O信号与数控系统交换数据。按照从JD51A到JD1B的顺序连接，即从数控系统的JD51A出来，到I/O Link的JD1B为止，下一个I/O设备也是从前一个I/O Link的JD1A到下一个I/O Link的JD1B，如果不是按照这种顺序，则会出现通讯错误而检测不到I/O设备。相关知识（5）存储卡插槽（系统的正面），用于连接存储卡，可对参数、程序及梯形图等数据进行输入/输出操作，也可以进行DNC加工。（6）RS232接口是与电脑通讯的连接口，共有两个，一般接左边一个，右边为备用接口，如果不与电脑连接，则不
9、用接此线（推荐使用存储卡代替232口，传输速度及安全性都比串口优越）。任务实施 一、CNC系统伺服系统连接以0iD 配i 放大器为例的连接，对不带主轴的i 伺服放大器系列，放大器是单轴型或双轴型，没有电源模块。分SVU1-4/20，SVU40/80 和两轴SVU2-20/20 三种规格。主要区别是电源和电机动力线的连接，见表1-1。连接电缆时一定要看清楚插座边上的标注。系统与伺服的连接见图1-8。任务实施 表1-1i伺服放大器插座一览表任务实施 1.24V 控制电源由上面的CX19B 引入，和下面的MCC/ESP（CX3/CX4）注意一定不要接错接反，否则会烧坏电源板。2.各放大器之间通讯线从
10、前一个单元的CX19A输出 到下一个单元的CX19B，如果连接错误，则会出现模块异常报警。任务实施 图1-8系统与伺服的连接任务实施 二、CNC系统与主轴的连接 选择变频器作为主轴控制，而不使用FANUC 的主轴放大器，可以选择模拟主轴接口。系统向外部提供0-10V 模拟电压，接线比较简单，注意极性不要接错，否则变频器不能调速。除了速度命令的连接外，还需要通过PMC控制正反转信号。任务实施 三、CNC系统I/O Link连接1、0V 公共型：机床侧的输入点内部24V（B01）通过各输入点（开关量）引入，不要接入任何其它24V 电源。2、公共端可选择型：根据需要，公共端（COM4）可以接0V，也
11、可以接24V，上述表示公共端接0V 的例子，与上述的1）效果一样。COM4 一定要正确连接，否则，则出现一组状态同时发生变化等异常现象。3、输出信号接法：输出信号需要一个外部24V 电源，电源的+24V 端连接I/O 板的DOCOM。0V 端连接I/O 输出点的继电器负端。不要直接连接输出点。技能拓展 一、手轮的连接1 1、i-D i-D 仅用如下I/O I/O 单元A A，不再连接其它模块时，见图1-9。可设置如下：从X0 X0 开始 用键盘输入：0.0.1.OC02I0.0.1.OC02I；从Y0 Y0 开始 用键盘输入：0.0.1./80.0.1./8技能拓展 图1-9I/O单元A连接手
12、轮技能拓展 2 2、用标准机床面板时，除了机床的面板，一般机床侧还有0i 用I/O 单元A 或其他I/O 板以及手轮，见图1-10。手轮可接在I/O LINK 总线上任一I/O 模块上的JA3 JA3 上，但是在模块分配上要注意连接手轮的模块分配字节的大小。技能拓展 图1-10包含机床面板和I/O单元式连接手轮技能拓展 标准机床操作面板是一个96/64输入/输出点的I/O 模块，其背面带有两个可连接手轮的接口，分别为JA3 和JA58。不同之处是：JA3 为一可同时连接三个手轮的手轮接口，如图1-11 所示。而JA58 是仅有一个手轮接入信号，其余的信号用于通用的I/O 点。通常使用悬挂式手轮
13、时，手轮接于此口。技能拓展 图1-11手轮插座接线的定义技能拓展 二、SINUMERIC802Dsl的硬件结构及连接1、系统的特点及主要功能 （1）基于控制面板的结构设计：数控系统与显示单元集成在一起，配置10.4TFT彩色液晶显示器。（2）采用SINAMICS S120驱动器，系统通过 DRIVE-CLiQ连接的SINAMICS S120驱动器（SINAMICS S120是西门子公司提供的智能化驱动系统；DRIVE-CLiQ指带IQ连接的驱动组件，其电缆和接口类似于网线，数控系统、伺服驱动及伺服电机三者之间就是通过这种连接）。（3）CNC程序和数据主存储器（缓存），最大可到3MB，还可使用闪
14、存卡（CF卡）扩展。（4）控制轴数6个（包括4个进给轴、1个主轴和1个PLC轴），四轴联动插补。技能拓展（5）运行模式包括：点动/JOG、手轮、MDA、自动、示教、REPOS（重新定位）。（6）通讯及连接：提供串行接口RS-232C，以太网连接，通过 PROFIBUS-DP连接PLC I/O、CF接口。（7）操作软件的语言可在17种语言间切换。（8）PLC类型及编程：内置SIMATIC S7-200，梯形图存储最大6000步，可提供最大数字输入216点，可提供最大数字输出144点，40个定时器，32个计数器。（9）诊断功能：提供报警与提示信息、报警及信息履历、梯形图的动态显示、远程诊断。技能拓
15、展 2.系统的硬件结构及各部分功能介绍 控制系统 SINUMERIK 802D sl的组件包括：操作面板 CNC（PCU）；机床控制面板；MCPA模块（硬件选件）；外设模块 PP72/48；驱动设备，如图1-12所示为SINU-MERIK 802D sl系统互联图。技能拓展 图1-12SINUMERIK802Dsl系统互联图技能拓展（1）操作面板 CNC（PCU-Panel Control Unit）操作面板是将 NC、PLC、HMI集成在一起的数控单元，配有 CNC全键盘（纵向或横向）。PCU提供一个电源接口（24V DC）、一个CF卡接口、一个Ethernet接口、NC全键盘接口、RS-2
16、32 COM接口、PROFIBUS-DP接口、DRIVE-CLiQ接口、手轮接口等，如图1-13所示为PCU单元外观图。技能拓展 图1-13PCU单元外观图技能拓展（2）机床控制面板 机床控制面板包括机床运行所需的按键和开关，机床控制面板有两种型号：1）机床控制面板 MCP，通过外设模块 PP72/48连接；2）机床控制面板 MCP 802D sl，通过 MCPA模块连接。（3）MCPA模块（硬件选件）MCPA模块为 SINUMERIK 802D sl的补充/扩展组件。它配备了以下的端口：1）用于连接模拟主轴的 10 V（X701）模拟输出端口；2）用于连接外部机床控制面板（X1，X2）的接口
17、；3）用于连接作为快速输入/输出的 1字节输入和输出端的端口。技能拓展（4）外设模块 PP72/48 外设模块 PP72/48是一个用于连接基于PROFIBUS-DP的自动化系统中的数字输入/输出端。该组件具有以下端口和显示：1）PROFIBUS-DP接口（最大 12MB/s）。2）72个数字输入端和 48个数字输出端。3）状态显示，由 4个诊断 LED构成，分别是POWER（绿）电源、READY（红）PP72/48未就绪指示、EXCHANGE（绿）通讯正常、OVTEMP（红）过热报警。若要为组件和数字输出端供电，需要一个外部电源（+24V DC）。技能拓展（5）驱动设备SINAMICS S1
18、20 SINAMICS S120是西门子公司新一代伺服驱动系统，数控系统SINUMERIK 802D sl和驱动SINAMICS S120之间的通讯由通讯系统“DRIVE-CLiQ”（Drive Component Link with IQ：带 IQ的驱动组件连接）实现，通过这种通讯系统自动识别电机及编码器的电子铭牌功能，可将电机编码器信号、温度信号以及电子装置铭牌数据，例如，唯一的识别代码、额定数据（电压，电流，转矩）直接传送给数控系统，使机床调试更简便。技能拓展 3 3、SINAMICS S120SINAMICS S120的结构及连接的结构及连接 SINAMICS S120驱动又分为模块型
19、驱动器和书本型驱动器两大类。模块型驱动器属于交流-交流的功率模块，一个模块型驱动器控制一个轴，包括一个功率模块PM340和一个控制器CUA31（适用于SINUMERIK 802D sl value和 plus版本）；书本型驱动器包括电源模块和电机模块，电源模块又分为调节型电源模块ALM（Active Line Module）和非调节型电源模块SLM（Smart Line Module），电机模块又分为单轴模块和双轴模块。模块型驱动器PM340+CUA31的结构和连接：PM340型驱动器产品功率范围覆盖0.1290 kW，结构外形差别大，如图1-14所示是PM340+CUA31的外形图。技能拓展
20、 图1-14PM340+CUA31的外形图技能拓展 图1-15所示是PM340连接示例，采用电源为3 AC 380 V-480 V，从图中看，该模块在内部完成电源交-直-交的变换，实现对交流伺服电机的动力输出。外部控制电路很简单，提供了控制单元的接口；外接主电路连接熔断器进行保护，电源电抗器对电源进行滤波。技能拓展 图1-15PM340连接示例技能拓展 CUA31可作为PM340的控制器，安装在PM340模块的外部，它们之间通过接口连接。CUA31上有电源接口X224、信号接口X210和DRIVE-CLiQ接口。电源接口X224接入外部电源提供的24V DC电源，信号接口X210包括温度报警和
21、使能信号，CUA31的连接示例如图1-16所示，DRIVE-CLiQ的连接方式可参见图1-12。技能拓展 图1-16CUA31的连接示例技能拓展 调节型电源模块ALM（Active Line Module）母线电压为直流600V，具有DRIVE-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，如图1-17所示为调节型电源模块的连接。技能拓展 图1-17调节型电源模块的连接图技能拓展 非调节型电源模块SLM（Smart Line Module）母线电压与进线的交流电压有关，SLM没有DRIVE-CLiQ接口，由802D sl X1接口引出的驱动控制电缆DRIVE-CLiQ直接连接到第一个电机模块的X200接口，由电机模块的X201连接到下一个相邻电机模块的X200，按此规律连接所有电机模块。如图1-18所示为非调节型电源模块的连接。技能拓展 图1-18非调节型电源模块的连接THANKYOU