1.840D sl系统连接概览
西门子840D sl系统主要包括系统网络、驱动系统网络、PLC IO网络,并通过NCU和NX模块进行系统连接。
840D sl系统连接图
系统网络:以太网连接,包括PCU、MCP、OP、HT2、handwheel等部件;
驱动系统网络:DRIVE-CLIK网络连接,包括SINAMICS S120驱动系统部件;
PLC IO网络:分为PROFIBUS网络和PROFINET网络;
2.SINUMERIK 840D sl NCU 和NX 模块
2.1 NCU模块简介
2.2 NCU模块接口图
NCU接口
其中包括:
X100-X105 DRIVE-CLiQ 接口
X122/X132/X142 输入/输出I/O接口
X124 24V电源输入
X150,P1,P2 Profinet I/O接口
X120 P1 以太网(系统网络)
X126 Profibus-DP1
X136 Profibus-DP2/MPI
X125/X135 USB接口
X127 以太网(服务接口)
X109 CF 卡插槽
X130 以太网(工厂网络)
X190 双风扇/电池模块
X141 T0,T1,T2,M测量端子
2.3 NX模块简介
NCU内置的驱动控制器最大控制6个轴,当系统控制的轴数超过6个轴时,通过连接NX模块扩展驱动的控制轴数量,目前有NX10.3(最多控制3个轴)和NX15.3(最多控制6个轴)2种驱动控制器模块,NX1x.3的NX模块可用于NCU7x0.3;NX模块含有4个DRIVE-CLiQ接口X100-X103,模块上的X122数字输入/输出接口以及X124电源接口,其端子定义与NCU同名端子一样;所有NX模块上的DRIVE-CLiQ接口X100必须直接连接到NCU上。
2.4 NCU720.3与NX15.3拓扑连接示意图
拓扑示例图
2.5 NCU附件
3.PLC输入/输出接口模块
840D sl包含2个Profinet网络接口X150 P1、P2,支持Profinet接口的远程IO模块。
840D sl内含2个PROFIBUS接口X126和X136。支持S7-300的所有PROFIBUS I/O接口模块,PP72/48、ET200M、ET200S、ET200Pro等接口模块。
X126:Profibus接口
X136:DP/MPI接口(默认为DP接口。PLC硬件配置中可设成MPI,连接MPI设备,如:B-MPI带显示屏的手持单元)
注意:不能连接IM-300接口模块,如IM361等。
4. 机床操作部件
机床的操作部件包含MCP、PCU、TCU、OP、HT2、Mini 手轮......……
以太网接口部件连接到NCU的X120接口。
Porfibus接口部件连接到NCU的X126或X136接口。
4.1 机床控制面板MCP
控制面板MCP
4.2 OP操作面板,以OP 015A为例
OP 015A
4.3 SINUMERIK 840D sl 可以选择PCU50.3,PCU50.5或者TCU,TCU不带硬盘,显示使用NC内部的HMI软件
(1)PCU
PCU
(2)TCU
4.4 手轮
4.5 机床操作部件连接图
三种典型配置操作网络接线图:
(1)NCU MCP TCU OP
(2)NCU MCP PCU OP
(3)NCU MCP PCU TCU OP
5.驱动系统和伺服电机
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DRIVE-CLiQ驱动接口,驱动系统各部件具有电子铭牌,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态控制特性、更高的可靠性。
840D sl配套使用的SINAMICS S120 产品包括:装机装柜型、书本型驱动器和用于单轴的AC/AC 模块式驱动器。
(1)装机装柜型驱动用于输出功率大于120kW的场合,电源模块与电机模块分开;
(2)SINAMICS S120 Combi驱动器集成一个非调节型电源模块(Smart Line Module缩写为SLM)和3个轴或4个轴的驱动;
(3)SINAMICS S120书本型驱动器由独立的电源模块和电机模块共同组成,电源模块全部采用馈能制动方式,其配置分为调节型电源模块(Active Line Module缩写为ALM) 和非调节型电源模块(SmartLine Module缩写为SLM),ALM需要配置电源接口模块(Active Interface Module缩写为AIM),电机模块(Motor Module缩写为MM)控制电机旋转;
(4)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
5.1 书本型AC/DC供电模块和DC/AC电机模块
(1)调节型电源模块ALM,电机模块MM上指示灯的含义:
(2)非调节型电源模块SLM上指示灯的含义:
5.2 Sinamic S120书本型驱动器的连接
书本型驱动器由进线电源模块和电机模块组成。进线电源模块的作用是将380V三相交流电源变为直流电源,为电机模块供电,进线电源模块分为调节型和非调节型两种,调节型的母线电压为直流600V,书本型非调节型电源模块的母线电压是进线电压的1.35倍,不论是调节型的进线电源模块,还是非调节型的进线电源模块均采用馈电制动方式–制动的能量馈回电网。
(1)调节型进线电源模块(Active Line Module 缩写为ALM)
ALM 具有DRIVE-CLiQ接口,由840D sl X100接口引出的驱动控制电缆DRIVE-CLiQ连接到ALM的X200接口。
注意:功率大的电机模块应与电源模块相邻放置。
(2)非调节型进线电源模块(Smart Line Module 缩写为SLM)
只有5、10kw的SLM 没有DRIVE-CLiQ接口,含DRIVE-CLiQ接口的SLM,连接方法同ALM,由840D slX100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连接到下一个相邻的电机模块的X200,按此规律连接所有电机模块。
注意:功率大的电机模块应与电源模块相邻放置。
5.3 供电模块和电机模块排列方式
(1)集中式和分布式排列
(2)供电模块允许母线双侧供电
(3)电机模块的排列顺序
右侧排列:功率从大到小按从左往右依次排列;
左右两侧排列:右侧,功率从大到小按从左往右依次排列;左侧,功率从大到小按从右往左依次排列。
5.4 编码器接口模块
编码器接口模块用于将常规的信号转换成DRIVE-CLiQ接口信号,如电机的1Vpp信号、EnDat信号......
(1)简介
(2)编码器接口模块接收频率与旋转编码器转速的计算
以海德汉RON 786C(36000线)为例。
RON786C为1Vpp增量型编码器,使用SMC20编码器接口模块。因SMC20最大接收频率为500 kHz,所以编码器最大允许转速计算如下。若转速高于计算值,编码器出现硬件报警。
V=500000/36000*60=833.33rpm
(3)外观
注:SMC30不支持系统安全集成功能。SMC40无温度测量接口。
5.5 S120系统辅助模块
驱动系统扩展功能模块,扩展S120驱动系统接口
(1)简介
(2)外观
5.6 驱动系统和伺服电机24V功耗
SINAMICS S120 书本型驱动器的电源模块、电机模块均需要外部24V直流供电。
24V直流供电部件的功耗及电流列表如下:
控制部件功耗
驱动不见功耗
5.7 S120 DRIVE-CLiQ连接规则
(1)1个CU只能控制1个ALM,当系统含有多个ALM时,需增加NX板;
(2)NCU内置的驱动控制器CU最多控制6个驱动;
(3)NX10.3最大控制3个轴,NX15.3最大控制6个轴;
(4)驱动的第二编码器(全闭环)只能连接到控制该驱动的CU控制器的驱动网络上;
(5)每个驱动控制器最大控制12个编码器(包含电机编码器);
5.8 连接示例
配置:NCU720.3 NX15.3 1*供电模块ALM 6*驱动模块MM 7直接编码器 1*DMC20 4*SMC20 2*SME120
6.电气设计的重要事项
6.1 供电
(1) 24VDC电源的容量确定
840D sl的NCU、PCU50.5、TCU和输入输出模块,以及各驱动部件均需要24V直流供电;
PP72/48和SM321的输出信号也需要24VDC供电,所需的电流要根据输出点的个数以及输出信号的同时系数来确定:输出信号所需的电流 = 输出点数 * 单个输出最大电流 * 同时系数(A);
在确定系统的配置,以及输入输出的负载情况后,确定24V直流电源的输出能力;
为提高系统的可靠性,可使用两个独立的24V直流电源,一个用于840D sl的PCU50.3、TCU、NCU以及PLC和输入信号的公共端,而另一电源为驱动部件和PLC的输出信号供电,两个24VDC电源的“0”V应连通。
(2) 驱动器供电
三相交流电源通过主电源开关、滤波器(选件)、AIM(包含电抗器和滤波器)连接到进线电源模块上,AIM为必配部件。
6.2 电气柜设计的基本要求
电气柜应具有IP54防护等级;
各部件应安装在没有涂漆的镀锌板上;
为保证良好的散热,系统及驱动部件上下两端应留有至少80mm的空间;
驱动器,变频器和其他强电电气应尽可能与弱电部件(如NCU、PP72/48)等分开安装,在安装位置上应保证大于200mm的间距;
电源电缆(主电源和主电源到驱动器或变频器的电缆)、电机电缆,特别是变频器到主轴电机的电缆应与信号电缆分开走线,且在电气柜中的长度尽可能短;变频器到主轴电机的电缆最好采用屏蔽电缆,且需两端接地;
共地可以保证系统稳定可靠运行,但前提条件是具有良好的“地”。
6.3 接地
中性线不能作为保护地使用;
PE接地只能集中在一点接地,接地线截面积必须≥10mm²,接地线严格禁止出现环绕。
MB---------带参考地的屏蔽信号电缆;
M-----------电机;
G------------编码器;
PA-----------等电位连接导体;
SL------------保护导体;
系统不能采用浮地连接,必须采用共地连接,共地连接可以保证系统稳定可靠运行。接地必须符合相应国标要求。
7.系统通电前检查
7.1 常规检查
(1) 确保所使用的电缆符合西门子提供的接线图中的要求;
(2) 确保信号电缆屏蔽两端都与机架或机壳连通;
对于外部设备(如打印机,程编器等),标准的单端屏蔽的电缆也可以用。但一旦控制系统进行正常运行,则应不接这些外部设备为宜;如一定要接入,则连接电缆应两端屏蔽;
(3) 信号线与动力线尽可能分开远一些;
(4) 从NC或PLC 出发的或到NC或PLC的线缆应使用SIEMENS提供的电缆;
(5) 信号线不要太靠近外部强的电磁场(如电机和变压器);
(6) HC/HV脉冲回路电缆必须完全与其它所有电缆分开敷设;
(7) 如果信号线无法与其它电缆分开,则应走屏蔽穿线管(金属);
(8) 下列距离应尽可能小,电缆线过长易受干扰;
(9) 处理带静电模块时,应保证其正常接地;
(10) 如避免不了接触电子模块,则请不要触摸模块上组件的针脚或其它导电部位;
(11) 触摸组件必须保证人体通过防静电装置(腕带或胶鞋)与大地连接;
(12) 模块应被放置在导电表面上(防静电包装材料如导电橡胶等);
(13) 模块不应靠近VDU,监视器或电视机(离屏幕勿近于10cm);
(14) 模块不要与可充电的电绝缘材料接触(如塑料与纤维织物);
(15) 测量的前提条件:测量仪器接地,绝缘仪器上的测量头预先放过电;
7.2 具体检查
(1) 检查24VDC回路有无短路;
(2) 如果使用多个24VDC电源,检查多个电源的“0”V是否连通;
(3) 检查驱动器进线电源模块和电机模块的24V直流电源跨接桥是否可靠连接;
(4) 检查驱动器进线电源模块和电机模块的直流母线是否可靠连接(直流母线上的所有螺钉必须牢固旋紧);
(5) 检查DRIVE-CLiQ电缆是否正确连接;
(6) 检查PROFIBUS电缆是否正确连接,终端电阻的设定是否正确。
,