图解西门子840Dsl / 840D数控系统维修调试与PLC故障诊断五日通

在制造业中，数控机床是至关重要的设备，西门子作为数控系统制造商的代表者，其各个系列数控产品在数控机床中都得到广泛的应用。同时，数控系统作为数控机床的核心部分，这方面的人才培养是发展先进制造业、提高产业竞争力的必然要求。以上海为中心的长三角地区，汽车、航空及其配套产业的发展势头迅速，很多企业拥有很多台数控机床，这些数控机床承担着企业近80%的制造任务。数控机床数量大，高性能的数控机床在企业中扮演重要角色，因此，数控机床的应用技术对制造业至关重要。
随着西门子数控系统的广泛应用，广大的工程技术人员对其应用要求也越来越迫切，远远不满足于系统的操作、简单的编程。对于机床设计、调试和维修人员来说，如何选择配件、配置和调整系统，如何让设备发挥出最优的性能，以及如何让系统的调试时间和故障停机时间最小化，甚至如何扩展用户的功能，等等，都是广大工程技术人员关注的焦点，也符合读者想成为西门子数控技术高级应用工程师的需求。
本书以西门子SINUMERIK 840D sl/840D数控系统为基础，从机床应用的角度出发，详细介绍西门子SINUMERIK 840D sl/840D有关维修和调整方面的知识，包括硬件连接、软件编程调试、驱动配置、机床参数配置、系统优化以及故障诊断等各种应用技术。同时介绍PLC在西门子数控系统中的应用技巧以及接口信号的应用。本书主要针对SINUMERIK 840D sl/840D数控系统的应用调试，从工程使用的角度出发，给读者一个通道，读者学习完本书，就可以实现对840D sl/840D数控系统进行硬件系统功能配置、安装调试以及故障诊断，能够最快地形成一个对西门子数控系统应用技术的完整的知识结构，有利于在应用840D sl/840D数控技术以及在调试过程中举一反三。
在本书的编写过程中，力图做到面向现场维护调试人员、工程技术人员，注重实践，以典型应用讲解西门子SINUMERIK系列数控系统的应用调试以及故障诊断知识，做到结合实际数控机床的设计开发、工程实践以及技术培训经验编写，做到理论精简、通俗、叙述到位，直接根据工程实际需求组织编写，删繁就简，实用性强。
泰之（上海）自动化科技有限公司作为一家西门子数控硬件维修、现场服务以及技术培训的专业服务型公司，为本书的编写提供了大量硬件维修调试的技术文档、现场故障诊断分析报告以及数控功能调试的实验装置。同时，泰之（上海）自动化科技有限公司定期举办《SIEMENS数控机床电气系统维修调试与PLC故障诊断技术培训》培训课程，在该培训课程中，全面调查并总结各期学员在西门子数控系统技术应用及调试过程中的切实需求，使得本书能够更加贴近西门子数控技术应用工程师的需求，让读者能够通过学习本书提高自身在实际机床调试、现场维修与故障诊断等方面的能力。
由于笔者的水平有限，书中难免存在一些不足之处，希望广大读者能够批评指正，不胜感激。

编著者

本书围绕西门子SINUMERIK 840D sl/840D数控系统，从机床应用的角度出发，详细介绍了西门子SINUMERIK 840D sl/840D有关维修和调整方面的知识。本书按照学习者对于西门子840D sl/840D数控系统机床认识和调试的进程，按照五天的学习时间进行讲解，内容涵盖系统硬件连接、驱动配置、机床参数配置、PLC编程调试、系统优化以及故障诊断等各种应用技能。本书主要针对SINUMERIK 840D sl/840D数控系统的应用调试，图文并茂，侧重实际，实用性强。
本书是针对西门子数控技术的一本非常实用的职业技能培训教材，可作为SINUMERIK 840D sl/840D数控机床的设计、调试和维修工程师的查阅资料，及专业技术人员学习和掌握西门子数控系统的进阶手册，也可作为高校及职业院校数控、机电、自动化、智能制造等专业的参考书。

第1天 840Dsl/840D数控系统调试软件工具及系统组件
1.1软件安装环境及注意事项1
1.1.1软件安装环境1
1.1.2软件安装注意事项2
1.2SINUMERIK 840D sl/840D学习流程与调试软件4
1.2.1学习流程4
1.2.2STEP 7软件5
1.2.3SINUMERIK 840D sl/840D工具盘5
1.2.4Start up Tool调试工具7
1.2.5Doc on CD资料光盘9
1.2.6Linux操作系统访问工具10
1.2.7远程控制软件VNC Viewer11
1.2.8其它工具软件12
1.3联机工具与设置13
1.3.1840D sl联机工具与设置13
1.3.2840D联机工具与设置14
1.4840D sl系统组件14
1.4.1840D sl的NCU14
1.4.2840D sl的NCK/PLC总清18
1.4.3NX模块19
1.4.4OP/TP操作面板19
1.4.5机床控制面板22
1.4.6面板控制单元PCU24
1.4.7瘦客户端单元TCU26
1.4.8手持操作单元26
1.5840D系统组件30
1.5.1840D数控单元NCU30
1.5.2面板控制单元PCU5033
1.5.3PCU2035
1.5.4机床控制面板MCP36
1.5.5手持单元HHU36
1.5.6840D系统网络及故障排查38
1.6总结39
第1天练习40

第2天 西门子伺服驱动及数据管理
2.1Drive-CLiQ网络41
2.1.1Drive-CLiQ网络连接规则41
2.1.2Drive-CLiQ电缆45
2.2SINAMICS S120驱动的基本原理46
2.2.1驱动装置的PWM调制原理46
2.2.2二极管整流电路49
2.2.3晶闸管整流电路49
2.2.4PWM整流电路50
2.2.5直流中间电路50
2.2.6开关电源电路51
2.2.7逆变电路51
2.2.8伺服控制回路52
2.3电源供电系统及外围部件53
2.3.1电源供电系统53
2.3.2电源滤波器与电抗器54
2.4电源模块57
2.4.1调节型电源模块59
2.4.2智能型电源模块61
2.5电机模块64
2.6直流母线组件68
2.6.1制动模块69
2.6.2电容模块71
2.6.3控制电源模块71
2.7测量系统连接组件73
2.7.1SMC模块73
2.7.2SME模块73
2.8端子扩展模块74
2.8.1TM15端子模块74
2.8.2TM31模块74
2.8.3TM41模块74
2.9SINAMICS S120的电机系统78
2.9.1典型工作制78
2.9.2进给电机的特性79
2.9.3SINAMICS S120驱动系统常用的进给电机81
2.9.4主轴电机88
2.9.5力矩电机93
2.9.6直线电机97
2.10西门子611D驱动系统101
2.10.1611D驱动系统概述101
2.10.2整流电抗器103
2.10.3电源滤波器104
2.10.4电容模块105
2.10.5脉冲电阻模块106
2.10.6监控模块106
2.10.7过电压限制模块107
2.10.8电源模块功能108
2.10.9电源模块的接口功能112
2.10.10电源模块的动作时序115
2.10.11电源模块监控功能117
2.10.12驱动模块119
2.10.13功率单元的检测方法121
2.10.14轴模块的监控功能123
2.11840D sl/840D数据管理125
2.11.1数据结构125
2.11.2数控系统的权限127
2.11.3HMI Advance数据备份与恢复128
2.11.4HMI Operate数据备份与恢复130
2.11.5PCU50.3/PCU50.5网络连接与镜像操作131
2.11.6连接网络驱动盘135
2.12总结136
第2天练习136

第3天 西门子840D sl/840D数控系统的基本启动
3.1PLC基本启动137
3.1.1PLC基本程序137
3.1.2PLC硬件组态140
3.1.3PLC基本程序146
3.1.4理解FB1接口参数148
3.2PLC基本程序块的应用151
3.2.1FB2的应用151
3.2.2FB3的应用155
3.2.3FB4/FC9应用158
3.2.4FB5的应用161
3.2.5FB7的应用162
3.2.6PLC轴的控制FC18163
3.2.7FC21的应用165
3.2.8PLC机床数据的应用166
3.2.9HT2控制167
3.3840D sl /840D机床数据的概述168
3.3.1机床数据生效方式168
3.3.2机床数据操作168
3.3.3机床数据分类170
3.4轴的声明与定义171
3.4.1坐标系与轴的概念171
3.4.2840D sl/840D定义轴174
3.5840D sl驱动配置177
3.5.1S120驱动启动基本流程177
3.5.2S120驱动固件升级与配置177
3.6授权与保护180
3.6.1授权分配180
3.6.2循环保护180
3.7总结181
第3天练习181

第4天 西门子840D sl/840D数控系统的功能调整及补偿优化
4.1840D sl/840D的基本参数设置与监控功能182
4.1.1给定值与设定值182
4.1.2测量系统设定183
4.1.3测量系统监控184
4.1.4速度监控185
4.1.5极限监控186
4.1.6误差监控187
4.2参考点调整189
4.2.1参考点调整概要189
4.2.2增量式编码器参考点调整190
4.2.3绝对值编码器参考点调整192
4.2.4带距离编码的测量系统回参考点193
4.2.5参考点调整常见故障处理196
4.3主轴运行198
4.3.1主轴运行模式198
4.3.2齿轮级与主轴换挡199
4.3.3主轴测量系统调整202
4.4840D sl/840D误差补偿203
4.4.1螺距误差补偿203
4.4.2反向间隙补偿205
4.4.3垂度补偿206
4.4.4温度补偿208
4.5840D sl/840D驱动优化基础209
4.5.1基本概念209
4.5.2机械建模分析212
4.5.3频率响应的测量点214
4.6840D sl/840D驱动优化说明219
4.6.1速度环的优化说明219
4.6.2位置环的优化说明221
4.6.3自动伺服优化222
4.6.4速度控制环优化224
4.6.5位置环优化225
4.6.6圆度测试测量226
4.6.7过象限误差补偿226
4.7总结227
第4天练习227

第5天 840D sl/840D数控系统的接口信号与故障诊断
5.1接口信号基本概念228
5.2常用接口信号的应用230
5.2.1MCP地址的定义230
5.2.2PLC信息/报警（DB 2）231
5.2.3PLC用户信息/报警查找的方法233
5.2.4NC接口信号DB10实现快速IO的应用236
5.2.5模式组信号（DB 11）的应用237
5.2.6操作面板接口信号（DB 19）238
5.2.7轴/主轴PLC使能239
5.2.8辅助功能M代码的实现241
5.2.9急停控制244
5.3编写用户PLC报警文本244
5.4故障诊断的准备工作246
5.4.1数控机床维修的思路246
5.4.2故障排除的原则247
5.4.3区分硬件与软件故障248
5.5资料与报警查阅249
5.5.1DOC on CD介绍249
5.5.2报警查阅250
5.6840D sl/840D的PLC故障诊断工具252
5.6.1PLC状态诊断252
5.6.2STEP7重新布线252
5.6.3STEP7变量表255
5.6.4STEP7参考数据257
5.6.5STEP7程序块监控259
5.6.6程序块的比较260
5.6.7地址定位262
5.7PLC系统故障诊断264
5.7.1通过CPU诊断缓冲区诊断故障264
5.7.2通过硬件诊断查找故障267
5.7.3组织块OB在PLC系统故障中的作用267
5.8HMI数控诊断工具269
5.8.1NC/PLC 跟踪功能270
5.8.2轴诊断信息271
5.8.3驱动服务信息273
5.8.4驱动系统诊断信息273
5.8.5驱动系统模块更换举例276
5.9总结282
第5天练习282

参考文献284

附录285
附录A新技术拓展之虚拟调试285
附录B西门子数控系统840D sl仿真软件SinuTrain287