A2484 第8天.docx
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A2484第8天
A2484Service&InstallationCourseforSINUMERIK840D_810D备课笔记
The8thDay
P.M.Troubleshooting
第13章诊断功能
810D/840D系统采用模块化结构，模块间通过总线连接，故障率较低，如果一旦出现故障，在现场只能用备件来替换，因此电气维修工作的重点不是在具体的模块电路上，而是在故障性质的诊断上。
这里主要介绍PLC状态、操作方式故障、系统软硬件故障以及驱动系统故障。
13.1PLC状态诊断
要进行故障诊断功能，必须要取得相应的权限，从“Start-up”中输入密码，取得权限。
日期和时间是报警显示的一部分，可以在“PLC”菜单下设定日期和时钟。
按软键“Accept”激活新的输入从而使MMC系统的日期/时钟调整为新的PLC系统日期/时钟。
由于数控机床及其辅助系统的工作都与PLC控制有关，而且数控系统的某些功能也是由PLC设置的，通过NC与PLC的接口或机床与PLC的接口可以监测到信号的状态。
当机床发生故障时，如果与PLC接口信号有关，应首先根据故障现象检查PLC的状态。
例如，某数控车床的硬件限位开关故障，就应该根据电气图纸找出该限位开关对应的PLC输入接口，再利用系统的诊断功能，检查PLC对应接口的状态，就可以知道故障是发生在系统内部还是在限位开关上。
在“Start-up”操作区域的“PLC”软键下，或在“diagnosis”菜单下，可以找到PLC状态功能（其表格大小被限制在68个条目）利用SK“PLCstatus”，可以监视和改变接口信号的状态。
PLC的诊断功能可以显示多种接口信号状态，包括：
机床控制面板信号、机床外部开关输入信号、驱动使能信号、报警处理信号、NCK与PLC数据接口信号（DB数据块）、位存储器/定时器/计数器状态。
在进行PLC接口信号状态检查时，要检查的信号称为操作数“OPERAND”，输入操作数，并按“输入确认键”，就可以在“值”VALUE中显示该操作数的状态，可以选择不同数据类型的格式（B/H/D/F）。
SKFilefunction生成的表格可以保存在硬盘上。
也可以从已备份的清单中选择所要的文件将其读到表格中。
表格被存储于目录“Diagnosis\PLC-operand-mask“.，最后一次的操作界面可在”Diagnosis\PLCdata\status“目录下找到。
也可以利用STEP7软件在线监控PLC的控制程序运行，利用PLC在线监控功能，观察用户PLC程序中信号的通断，可以方便地检查出故障发生的原因。
也能够观察到各个开关动作顺序，判断这些动作顺序是否与实际情况相符合。
13.2操作方式故障
810D/840D系统常见的操作方式故障是指在执行手动方式或自动方式过程中出现的故障，最常见的是手动操作方式不能执行或自动操作方式不能执行。
（1）手动操作方式故障
序号
原因
检查与处理
1
操作方式选择不正确
检查机床控制面板按键的接口信号I0.3及信号的逻辑条件，检查信号连接。
2
手动操作方式没有生效
根据PLC程序和PLC接口信号I0.3，诊断DB11.DBX6.2，确认JOG方式已经被选择。
3
电源模块未工作
检查脉冲使能信号端子63和控制使能信号端子64，确定是线路问题还是系统问题，然后采取相应的措施。
4
驱动模块未工作
确认驱动连接是否正确，系统有无报警，663端子脉冲使能信号是否正确，驱动准备是否就绪（DB10.DBX108.6），驱动总线连接是否无误。
5
轴“脉冲使能”信号没有生效
检查内部脉冲信号：
DB31.DBX21.7~DB61.DBX21.7
6
轴“控制使能”信号没有生效
检查内部脉冲信号：
DB31.DBX2.1~DB61.DBX2.1
7
进给速度为0
检查进给倍率调整开关的位置，根据PLC程序检查信号的逻辑条件，检查内部接口信号：
DB31.DBB0~DB61.DBB0
8
轴运动方向信号没有生效
检查PLC到NCK进给方向信号：
DB31.DBX4.6~DB61.DBX4.6,DB31.DBX4.7~DB61.DBX4.7
9
CNC参数设定错误
检查与进给速度、位置、控制轴设置有关的机床数据，调整机床数据
10
复位信号有效
检查机床控制面板PLC接口信号I3.7，检查数据接口信号：
通道状态DB21.DBX35.7
11
系统处在急停状态
根据电气图检查急停按钮及PLC接口信号：
急停有效DB10.DBX106.1,急停DB10.DBX56.1,急停响应DB10.DBX56.2
（2）自动操作方式故障
序号
原因
检查与处理
1
自动操作方式没有生效
检查PLC接口信号I0.0，诊断DB11.DBX6.0，确认AUTO方式已经被选择。
2
程序选择有错
重新选择程序
3
零件程序有错
修改程序
4
NC启动信号没有输入
检查接口信号I2.1和数据接口DB21.DBX7.1
5
NC停止信号仍然生效
检查接口信号I2.0和数据接口DB21.DBX7.3
6
控制使能信号没有输入
检查接口信号I2.3,I2.5,Q1.6,Q2.0
7
CNC“读入使能”信号没有输入
检查数据接口：
进给使能DB21.DBX6.1,读入使能DB21.DBX6.0
8
未返回参考点
返回参考点操作
9
空运行无效
在“程序控制”中是否选择了“空运行”功能，空运行进给速度设置为0，检查机床数据SD42100，或在操作面板上设置空运行进给速度，检查DB21.DBX0.6，空运行是否生效。
10
程序测试功能不能执行
在“程序控制”中是否选择了“程序测试”功能，接口信号：
DB21.DBX1.7是否生效
13.3系统软硬件故障
（1）硬件故障
模块故障：
810D/840D系统高度集成化，一旦模块出现故障，用户很难自行维修，需要把故障定位到具体模块，然后交给西门子公司解决。
连接电缆：
机床数控系统个模块之间是通过专用的电缆连接的，当系统发生故障时，应该首先检查连接电缆，包括信号控制电缆和模块间的驱动总线和设备总线。
电源电压：
系统对电源电压的额定值和变化范围都有严格要求，工作电压的波动超出一定范围，将会导致系统故障的发生。
系统故障发生后，检查完电缆，接着就必须检查电源电压，包括380V的主电源电压、单相220V电压、电源模块输出的直流母线电压、控制电路的直流电源电压（24V、5V、+/-15V）。
工作状态显示异常：
数控系统的面板显示器、状态指示灯、数码管，都能够把大部分故障显示出来，可以查询系统诊断手册分析故障原因。
（2）软件故障
操作不当引起的软件故障：
操作不当删除或更改了控制系统软件或机床数据，恢复备份的软件或机床数据。
干扰信号引起的软件故障：
检查系统接地，排除干扰源。
后备电池电压过低：
这将导致机床数据或PLC程序丢失，使系统不能正常工作。
零件程序错误或软件进入死循环，此时需要修改零件程序或重新启动系统。
13.4驱动系统故障
在数控机床电气故障中，由于驱动系统是执行指令的最终环节，驱动系统的故障也占比较大的比例。
（1）进给轴/主轴不执行指令
检查电源模块、驱动模块的端子使能信号；
检查数据接口使能信号；
检查NCK/PLC接口信号：
进给倍率调整开关：
DB31.DBB0~DB61.DBB0;
主轴转速调整开关：
DB31.DBB19~DB61.DBB19;
进给轴/主轴禁止使能：
DB31.DBX1.3~DB61.DBX1.3;
进给轴/主轴停止：
DB31.DBX4.3~DB61.DBX4.3;
移动键禁止使能：
DB31.DBX4.4~DB61.DBX4.4;
硬件限位开关限位：
DB31.DBX12.0~DB61.DBX12.0/DB31.DBX12.1~DB61.DBX12.1。
（2）驱动信号检测
在驱动系统的闭环控制模块，提供了3个8位D/A转换通道，用于监测驱动系统的工作数据。
3个通道对应于X34和X35的3个测量端子DAC1、DAC2和DAC3，把示波器接在这些测量端子上，在程序执行期间，实时测量驱动系统内部的控制信号变化，这种变化以0~5V电压的形式显示出来。
系统的默认设置DAC1为电流设定值，DAC2为速度设定值，DAC3为速度实际值。
在“Startup”->“Drive/Servo”->“DACConfig”进入DAC设置屏幕。
第14章DocOnCD介绍
DOConCDSINUMERIK2006，包含了最终用户文档、机床制造商文档、驱动、电机、传感器、控制器等各种文档信息。
（1）840Dsl/840D/840Di/810DUser
主要包含的是面对机床最终用户的各种文档：
简明操作指南，各种部件比如HMI、HT的操作指南，诊断手册，编程手册等。
（2）840Dsl/840D/840Di/810DManufacturer/Service
主要包含的是面对机床制造商或机床服务工程师的各种文档：
NCU/CCU的配置，系统手册，部件操作手册，安装调试手册，功能手册等。
（3）Jobshop
主要包括机床车铣加工方面的文档。
（4）驱动/电机/传感器
包括SINAMICSS120,SIMODRIVE611驱动，SIMODRIVE传感器，同步/异步电机，直线电机，力矩电机。
（5）SIMATIC
SIMATIC的定位功能模块FM353,FM354,FM357-2。
（6）Info/Training
产品信息，数控加工培训文档。
P.M.FunctionDescription
第15章功能介绍
15.1返参考点控制
参考点是确定机床坐标原点的基准，而且还是轴的软限位和各种误差补偿生效的条件。
如果采用带绝对值编码器的伺服电机，机床的坐标原点是在机床调试时设定的。
但是由于成本原因，大多数数控机床都采用带增量型编码器的伺服电机。
编码器采用光电原理将角位置进行编码，在编码器输出的位置编码信息中，还有一个零脉冲信号，编码器每转产生一个零脉冲。
当伺服电机安装到机床床身时，伺服电机的位置确定，编码器零脉冲的角位置也就确定了。
由于编码器每转产生一个零脉冲，在坐标轴的整个行程内有很多零脉冲，这些零脉冲之间的距离是相等的，而且每个零脉冲在机床坐标系统的位置是绝对确定的。
为了确定坐标轴的原点，可以利用某一个零脉冲的位置作为基准，这个基准就是坐标轴的参考点。
为了确定参考点的位置，通常在数控机床的坐标轴上配置一个参考点行程开关。
数控机床在开机后，首先要寻找参考点行程开关，在找到参考点行程开关之后，在寻找与参考点行程开关距离最近的一个零脉冲作为该坐标的参考点，根据参考点就可以确定机床的原点了。
所以利用编码器的零脉冲可以准确地定位机床坐标原点。
采用增量式编码器时，必须进行返回参考点的操作，数控系统才能够找到参考点，从而确定机床各轴的原点。
所以在数控机床上电之后第一个必要执行的操作就是返回机床各轴的参考点。
MD34110:
REFP_CYCLE_NR特定的通道回参考点，定义返回参考点的顺序（按一个键自动返回参考点，定义了返回参考点顺序，则可以保证会参考点过程中不会碰撞）。
1至n特定通道回参考点的各轴的起动顺序
0本机床轴不能由特定通道回参考点功能起动
-1“NC起动”可以不必要求本轴回参考点
MD34200:
ENC_REFP_MODE[n]参考点模式
0绝对值编码器
1带零脉冲的增量编码器
3带距离编码的长度测量系统
5用接近开关取代参考点撞块
MD34000:
REFP_CAM_IS_ACTIVE
1有参考点撞块
0无参考点撞块（利用零脉冲回参考点）
MD20700:
REFP_NC_START_LOCK
0“NC起动”可不必要求各轴回参考点
MD11300:
JOG_INC_MODE_LEVELTRIGGRD
1JOG-INC和回参考点功能以点动方式进行
0JOG-INC和回参考点功能以连续方式进行
特定的轴回参考点：
特定的轴回参考点由各机床轴的接口信号“移动键正/负”（DB31,...DBX4.7/4.6）来起动。
若要求几个机床轴按一定顺序回参考点可以有如下可能性：
由操作者决定其起动顺序
由PLC程序决定各轴起动顺序
特定的通道回参考点：
特定的通道回参考点由接口信号“激活回参考点”（DB21,...DBX1.0）。
控制器通过接口信号“回参考点有效”（DB21，.DBX33.0）确认成功的起动。
利用此功能本通道内的所有机床轴都可以回参考点。
通过MD34110:
REFP_CYCLE_NR（通道特定回参考点的轴顺序）可确各机床的回参考点的顺序。
当所有输入到REFP_CYCLE_NR的轴到达参考点时，接口信号“所有要求的轴到达参考点”（DB21...30，DBX36.2）被置位。
轴特定的回参考点与通道特定的回参考点互不排斥。
（1）增量式旋转测量系统反参考点
增量式旋转测量系统多采用增量式脉冲编码器作为位置或速度反馈元件，为了具体确定参考点的位置，需要给每个坐标轴安装一个参考点减速挡块。
数控机床在开机执行返参考点操作时，首先寻找参考点减速挡块，在找到参考点减速挡块后，再寻找离减速挡块最近的一个零点脉冲信号（零点标记）作为该坐标的参考点基准，由系统自动完成返参考点。
数控系统返参考点操作，一般分为3步完成，首先使坐标轴移动寻找参考点减速挡块，再寻找与其同步的零点脉冲信号，最后运动到参考点。
阶段1：
在机床控制面板上选择返参考点功能，当按下轴移动键后，如果坐标轴位于减速挡块的前面，坐标轴自动地按机床数据MD34020REFP_VELO_SEARCH_CAM（参考点接近速度）设定的返参考点速度向机床数据MD34010REFP_CAM_DIR_IS_MINUS（向负方向回参考点）设定的方向移动，通常为坐标轴的正方向，寻找参考点减速挡块。
如果坐标轴位于减速挡块之上，将不需要执行寻找参考点减速挡块的过程。
当找到参考点减速挡块之后，坐标轴在减速信号控制下减速，并移动一小段距离后停止，这段距离与设置的返参考点速度和最大加速度有关。
参考点减速挡块的长度，一定要确保大于坐标轴减速移动的这段距离否则坐标轴减速停止点就可能不在减速挡块上，发生20001号报警，即没有参考点减速挡块信号。
因此在设计参考点碰块时，应考虑到搜索参考点开关的速度，并且根据该坐标轴的加速度计算减速所需要的距离。
触点开关接触到减速挡块，便通过“参考点接近延迟”接口信号DB31.DBX12.7~DB61.DBX12.7告诉系统，已经找到参考点减速挡块，第一步工作结束。
在寻找参考点减速挡块的过程中，进给倍率调整开关及进给启动/禁止使能按键有效。
如果坐标轴移动距离大于MD34030设置的距离，仍然没有找到参考点减速挡块，就产生20000号报警，参考点挡块没有找到，同时“参考点接近延迟”接口信号复位。
阶段2：
执行完第一步而没有报警，此时坐标轴位于减速挡块之上，接着执行第二步，寻找零点脉冲信号。
寻找零点脉冲信号的控制方式取决于机床数据MD34050的设置，MD34050设置为0，寻找零点脉冲信号以参考点减速挡块信号的下降沿为基准；MD34050设置为1，寻找零点脉冲信号以参考点减速挡块信号的上升沿为基准。
当找到参考点减速挡块，坐标轴减速至静止，然后数控系统控制该轴按照搜索零脉冲的速度MD34040，向相反方向退离参考点行程开关，一旦脱开参考点减速挡块（坐标轴还没有停止），即参考点减速挡块信号的下降沿出现，“参考点接近延迟”接口信号复位，数控系统就开始搜索第一个零脉冲（以MD34040速度寻找第一个零脉冲），系统与脉冲编码器的第一个零点脉冲信号同步。
。
利用撞块信号的下降沿同步MD34050=0
机床的加速至MD34040:
REFP_VELO_SEARCH_MARKER中的速度，方向与阶段1相反。
当轴离开挡块，控制器利用第1个零脉实现同步。
利用撞块信号的上升沿同步MD34050=1
坐标轴会从静止状态加速到返参考点速度MD34020，向MD34010规定的相反方向移动，当离开参考点减速挡块时，“参考点接近延迟”接口信号复位，坐标轴减速停止，然后再加速到寻找零点脉冲的速度MD34040，向相反方向移动，当再次触到参考点减速挡块时，即参考点减速挡块信号上升沿出现，“参考点接近延迟”接口信号使能，系统与脉冲编码器的第一个零点脉冲信号同步。
无论哪种情况，只要找到了第一个零点脉冲信号，第二步结束。
在寻找零点脉冲信号的过程中，进给倍率调整开关无效，机床操作面板上的NC启动/停止按键也无效，但进给启动/停止使能键有效，如果轴停止，将会发生20005号报警，返参考点中止。
离开参考点减速挡块之后，坐标轴移动的距离大于MD34060设置的距离时，仍没有找到零点脉冲信号，就会产生20002号报警，零点脉冲没有找到，同时“参考点接近延迟”接口信号复位。
阶段3：
返参考点过程的第三步是坐标轴移动到参考点，这主要是考虑到坐标轴的速度和机床工作台的惯性。
在成功寻找到零点脉冲信号，而且没有报警，才能执行第三步，阶段3是自动开始的。
由于在寻找到零点脉冲后，坐标轴加速到机床数据MD34070REFP_VELO_POS设定的返参考点定位速度，移动到参考点停止。
从零点脉冲上升沿到参考点的移动距离由机床数据MD34080REFP_MOVE_DIST和MD34090REFP_MOVE_DIST_CORR决定，这段距离就是两数据之和。
在坐标轴达到参考点后，通过“参考点值”接口信号DB31.DBX2.4~DB61.DBX2.4、DB31.DBX2.5~DB61.DBX2.5、DB31.DBX2.6~DB61.DBX2.6、DB31.DBX2.7~DB61.DBX2.7的选择，把机床数据MD34100中设定值赋给参考点，此时，参考点/同步接口信号DB31.DBX60.4~DB61.DBX60.4、DB31.DBX60.5~DB61.DBX60.5使能，位置测量系统与控制系统同步有效，整个返参考点过程结束，机床可以正常工作了。
在实际应用中，参考点减速挡块通常设置在轴的一端，为了设计方便，一般在靠近坐标轴硬限位挡块的位置，要求参考点减速挡块与硬限位挡块之间的轴向距离小于或等于零，以保证在任何时候机床的轴标轴都不能停留在参考点挡块和硬限位挡块之间。
返回参考点属于手动方式下的一个功能。
数控系统有两种返回参考点的方式MD11300:
JOG_INC_MODE_LEVELTRIGGRD，决定在回参考点的阶段中方向键是否要保持按住不放，分为保持操作方式和触发操作方式。
保持操作方式能够保证操作安全，触发操作方式比较简单。
采用何种方法返回参考点，寻找减速挡块的速度、寻找零点脉冲的速度、接近参考点的速度以及参考点的坐标位置都可以在机床数据里面设置。
MD34000定义了参考点挡块是否激活，设置为0时不激活，设置为1时激活。
在实验室培训设备上模拟时可以先设置为0，不激活；然后设置为1激活，并且用一个外部开关来模拟参考点挡块。
MD34010定义了返回参考点的方向，设置为0时正向返回参考点，设置为1时负向返回参考点。
数控机床坐标轴的正向通常是远离工件的方向，返回参考点默认设置为正方向。
MD34020定义了寻找参考点减速挡块的速度，执行返参考点操作，系统首先以此参数设定的速度寻找参考点减速挡块，当寻找到参考点减速挡块后，坐标轴迅速制动停止。
设定速度值时，应考虑机床的动态特性，不能设置过快或过慢。
MD34030定义了寻找参考点减速挡块的最大距离，这是为了监控寻找参考点减速挡块的过程。
只要寻找参考点减速挡块的实际距离超过了设定值，返参考点的过程将自动停止，并产生20000号报警，参考点挡块没有找到。
MD34040定义了寻找零点脉冲信号的速度，坐标轴以此速度离开参考点减速挡块，寻找测量系统第一个零点脉冲信号。
设定的这个速度值要低于寻找参考点减速挡块的速度值。
MD34050定义了参考点减速挡块信号上升沿/下降沿的同步方向，设置为0检测参考点减速挡块信号的下降沿，一旦离开参考点减速挡块，接口信号DB31.DBX12.7~DB61.DBX12.7复位，系统与第一个零点脉冲信号同步。
设置为1检测参考点减速挡块信号的上升沿，一旦离开参考点减速挡块，接口信号DB31.DBX12.7~DB61.DBX12.7使能，系统与第一个零点脉冲信号同步。
MD34060定义了寻找零点脉冲的最大距离，它是为了监控寻找零点脉冲的过程，如果坐标移动量超过这个距离，仍然没有找到零点脉冲，返参考点过程将自动停止，并产生20004号报警，参考标记错误。
MD34070定义了参考点定位速度，当系统监测到零点脉冲信号后，以此定位速度移动一段距离后停止，返参考点过程结束。
MD34080设置参考点移动距离，在找到零点脉冲后以参考点定位速度移动的距离由这个参数确定。
如果设置为负值，表明是正向定位参考点，如果设置为正值，则是负向定位参考点。
MD34090设置了参考点精调的移动距离。
此时以参考点定位速度移动的距离由MD34080+MD34090两个参数确定。
MD34100定义了参考点位置，在坐标轴成功返回参考点之后，坐标轴的位置就是参考点相对于机床坐标原点的位置，从参考点到机床原点的距离，设置在机床数据MD34100中，若设置为0，则参考点的位置就是机床原点的位置。
在810D/840D系统中，返参考点的PLC程序设计比较简单，利用机床控制面板上的返参考点键，激活返参考点操作，一旦机床PLC接口信号DB21.DBX1.0置位，表明坐标轴已经处在手动返参考点工作方式，坐标轴自动地向参考点方向移动，寻找参考点减速挡块。
当遇到参考点减速挡块后，接口信号DB31.DBX12.7~DB61.DBX12.7置位，向系统发出指令，自动完成返参考点过程。
可以通过PLCStatus检查系统返参考点过程中各个接口信号的状态。
X轴，设置MD34110=0，MD34000=0设置没有撞块，MD34010=0，MCP上负向键，MD34030=10000，最大距离，MD34050=0检测接口信号跳变的方向1->0跳变，MD34080=100，MD34090=0.5，MD34100=19.0回参考点的位置坐标显示值，MD34100的其它下标用于分段回参考点设置。
此时X轴可以回参考点。
Y轴，设置MD34110=1，MD34000=1设置有撞块，MD34010=1，MCP上负向键，MD34030=600，最大距离，MD34050=0/1检测接口信号跳变的方向1->0跳变或0->1跳变，MD34080=0.2，MD34090=0.2，MD34100=36.0回参考点的位置坐标显示值，MD34100的其它下标用于分段回参考点设置。
用一个外部开关模拟撞块，回参考点，在OB1中编写如下程序段下装：
AI36.0
=DB32.DBX12.7
此时Y轴可以回参考点。
此时最多走600，如果没有监测到接口信号，则回参考点失败，如果参考点撞块太短，也可以模拟。
通道回参考点的话可以用如下程序段：
AI36.2
=DB21.DBX1.0
（2）带位移编码标记的线性测量系统返参考点
810D/840D系统采用的带位移编码标记的线性测量系统，是HEIDHAIN光栅尺，这种线性测量系统返回参考点不需要参考点减速挡块，利
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