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西门子数控系统基本构成

一．西门子840D系统的组成

SINUMERIK840D是由数控及驱动单元（CCU或NCU），MMC，PLC模块三部分组成，由于在集成系统时，是将SIMODRIVE611D驱动和数控单元(CCU或NCU)并排放在一起，并用设备总线互相连接，因此在说明时将二者划归一处。

1.人机界面 
人机交换界面负责NC数据的输入和显示,它由MMC和OP组成： 
MMC包括：
- OP单元
- MMC
- MCP三部分。
MMC实际上就是一台计算机，有自己独立的CPU,还可以带硬盘，带软驱；OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子MMC的控制软件也在这台计算机中。 
a.MMC 
我们常用的MMC有两种：
MMCC100.2
MMC103
其中MMC100.2的CPU为486，不能带硬盘；而MMC103的CPU为奔腾，可以带硬盘，一般的，用户为SINUMERIK810D配MMC100.2，而为SINUMERIK840D配MMC103。
PCU(PC 
UNIT)是专门为配合西门子新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、 
OP15等而开发的MMC模块，目前有三种PCU模块——PCU20、PCU50、PCU70, 
PCU20对应于MMC100.2，不带硬盘，但可以带软驱。PCU50、PCU70对应于MMC103，可以带硬盘，与MMC不同的是：PCU50的软件是基于WINOOWS
 NT的。PCU的软件被称作HMI, HMI有分为两种：嵌入式HMI和高级HMI。一般标准供货时，PCU20装载的是嵌入式 
HMI,而PCU50和PCU70则装载高级HMI。 
b.OP 
OP单元一般包括一个10.4″TFT显示屏和一个NC键盘。根据用户不同的要求，西门子为用户选配不同的OP单元，如：OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031为常用。 
c.MCP 
MCP是专门为数控机床而配置的，它也是OPI上的一个节点，根据应用场合不同，其布局也不同，目前，有车床版MCP和铣床版MCP两种。对810D和840D，MCP的MPI地址分别为14和6，用MCP后面的S3开关设定。 
对于SINUMERIK840D应用了MPI（Multiple Point 
Interface）总线技术，传输速率为187.5k/秒，OP单元为这个总线构成的网络中的一个节点。为提高人机交互的效率，又有OPI（Operator 
PanelInterface）总线，它的传输速率为1.5M/秒。
2.数控及驱动单元 
a.NCU数控单元 
SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical 
Controlunit）单元：中央控制单元,负责NC所有的功能,机床的逻辑控制,还有和MMC的通讯 它由一个COM CPU板. 一个PLC 
CPU板和一个DRIVE板组成. 
根据选用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分为NCU561.2,NCU571.2, 
NCU572.2,NCU573.2(12轴)，NCU573.2(31轴)等若干种，同样，NCU单元中也集成SINUMERIK840D数控CPU和SIMATIC 
PLC 
CPU芯片，包括相应的数控软件和PLC控制软件，并且带有MPI或Profibus借口，RS232借口，手轮及测量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧。 
b．数字驱动 
数字伺服：运动控制的执行部分,由611D伺服驱动和1FT6(1FK6)电机组成 
SINUMERIK840D配置的驱动一般都采用SIMODRIVE611D.它包括两部分：电源模块+驱动模块（功率模块）。 
电源模块：主要为NC和给驱动装置提供控制和动力电源，产生母线电压，同时监测电源和模块状态。根据容量不同，凡小于15KW均不带馈入装置，极为U/E电源模块；凡大于15KW均需带馈入装置，记为I/RF电源模块，通过模块上的订货号或标记可识别。 
611D数字驱动:是新一代数字控制总线驱动的交流驱动，它分为双轴模块和单轴模块两种，相应的进给伺服电机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制。主轴伺服电机为1PH7系列。
c.PLC模块 
SINUMERIK810D/840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATIC 
S7-300的软件及模块，在同一条导轨上从左到右依次为电源模块（Power Supply），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal 
Module）。的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。
电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+24V和+5V。 
接口模块（IM）是用于级之间互连的。 
信号模块（SM）使用与机床PLC输入/输出的模块，有输入型和输出型两种。
二．硬件的接口
1.840D系统的接口 

840D系统的MMC，HHU，MCP都通过一根MPI电缆挂在NCU上面，MPI是西门子PLC的一个多点通讯协议，因而该协议具有开放性，而OPI是840D系统针对NC部分的部件的一个特殊的通讯协议，是MPI的一个特例，不具有开放性，它比传统的MPI通讯速度要快，MPI的通讯速度是187.5K波特率，而OPI是1.5M。 
NCU上面除了一个OPI端口外，还有一个MPI，一个Profibus接口，Profibus接口可以接所有的具有Profibus通讯能力的设备。Profibus的通讯电缆和MPI的电缆一样，都是一根双芯的屏蔽电缆。
在MPI，OPI和Profibus的通讯电缆两端都要接终端电阻，阻值是220欧，所有如果要检测电缆的好坏情况，可以在NCU端打开插座的封盖，量A，B两线间的电阻，正常情况下应该为110欧。 
2．611系列驱动的组成与接口 
611系列的驱动分成模拟611A，数字611D和通用型611U。都是模块化结构，主要有以下几个模块组成： 
a.电源模块：电源模块是提供驱动和数控系统的电源，包括维持系统正常工作的弱电和供给功率模块用的600V直流电压。根据直流电压控制方式，它又分为开环控制的UE模块和闭环控制的I/R模块，UE模块没有电源的回馈系统，其直流电压正常时为570V左右，而当制动能量大时，电压可高达640多伏。I/R模块的电压一直维持在600V左右 
。
b.控制模块：控制模块实现对伺服轴的速度环和电流环的闭环控制功率模块，对伺服电机提供频率和电压可变的交流电源监控模块，主要是对电源模块弱电供电能力的补充。滤波模块对电源进行滤波作用。电抗对电压起到平稳作用。 
3. 
611电源模块的接口信号 
611模块的接口信号有以下几组：
（1）电源接口 
U1 V1 W1 主控制回路三相电输入端口 X181 
工作电源的输入端口，使用时常常与主电源短接，有的系统为了让机床在断电后驱动还能正常工作一段时间，把600V的电压端子与P500 
M500端子短接，这样由于600V电压不能马上放电完毕，还能维持驱动控制板的正常工作一段时间。P600M600是600V直流电压输出端子。 
（2）控制接口 
64控制使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消时，所有的轴的速度给定电压为零，轴以大的加速度停车。延迟一定的时间后，取消脉冲使能63脉冲使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消后，所有56的轴的电源取消，轴以自由运动的形式停车。 
48 
主回路继电器，该信号断开时，主控制回路电源主继电器断开。
112调试或标准方式，该信号一般用在传输线的调试中，一般情况接到系统的24V上。 
X121 
模块准备好信号和模块的过热信号。准备号信号与模块的拨码开关的设置有关，当S1.2=ON时，模块有故障时，准备好信号取消，而S1.2=OFF时，模块有故障和使能(63,64)信号取消时，都会取消准备好信号，因此在更换该模块的时候要检查模块顶部的拨码开关的设置，否则模块可能会工作不正常。所有的模块过载和连接的电机过热都会触发过热报警输出。 
NS1/NS2 
主继电器闭合使能，只有该信号为高电平时，主继电器才可能得电。该信号常用来作主继电器闭合的连锁条件。 
AS1/AS2 
主继电器状态，该信号反映主继电器的闭合状态，主继电器闭合时为高电平。 
9/19/R 
9是24V输出电压，19是24V的地，R为模块的报警复位信号。  （3）其它辅助接口 
X351     设备总线 ，为后面连接的模块供电用。 
X141     电压检测端子，供诊断和其它用途用。 
?7： P24 ，＋24V 
?45：P15，＋15V       ?44：N15，－15V 
?10：N24，－24V 
?15：M，0V 

电源模块上面有6个指示灯，分别指示模块的故障和工作状态。一般正常情况下绿灯亮表示使能信号丢失(63和64)，黄灯亮表示模块准备好信号，这时600V直流电压已经达到系统正常工作的允许值。

总线连接器 概要：

用于将 PROFIBUS 节点连接到 PROFIBUS 总线电缆 安装方便 FastConnect 插头采用绝缘刺破连接技术，可确保极短的组装时间 集成端接电阻 (6ES7 972-0BA30-0A0 中不具有) 通过带 Sub-D 接口的连接器可以连接编程器，无需额外安装网络节点

用于 PROFIBUS 的 RS485 总线连接器，可用于连接 PROFIBUS 节点或 PROFIBUS 网络部件到 PROFIBUS 总线电缆提供有各种类型的总线连接器，可优化用于连接的设备：

总线连接器具有轴向电缆引出线（180°），可用于如 PC 和 SIMATIC HMI OP，传输速率高达 12 Mbit/s，带集成的总线端接电阻 带垂直电缆引出线的总线连接器（90°）这种接头采用垂直电缆引出线（有或没有编程器接口），数据传输速率高达 12 Mbit/s，带集成的终端电阻。传输速率为 3、6 或12 Mbit/s 时，在带编程器接口的总线接头和编程器之间，需要使用 SIMATIC S5/S7 连接电缆。

有 30°电缆引出线的总线接头（经济型），无编程器接口，数据传输速率大为 1.5 Mbit/s，无集成的总线端接电阻。 PROFIBUS 快速连接 RS485 总线接头（90°或 180°电缆引出线），传输速率大为 12Mbit/s，采用绝缘刺破技术可实现快速简单安装（用于硬线和软线）总线连接器可直接插入到 PROFIBUS 站或 PROFIBUS 网络组件的 PROFIBUS 接口（9 针 Sub-D 接口）中。

可使用 4 个端子在插头中连接进入和离开的 PROFIBUS 电缆通过从外部清晰可见的便于接触的开关，可以连接总线连接器中集成的总线端接器（不适用于 6ES7 972-0BA30-0A0）。在此过程中，连接器中的进线和出线总线电缆是分开的（隔离功能）。

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1 Profibus插头的结构与简单用法

西门子DP插头图1Profibus插头结构

这是常见的Profibus插头，如果我们有A、B两个站点要做Profibus通讯，应该如何连接插头呢？因为总线上只有两个站，显然终端电阻都要打到ON位置。那么插头上的接线是否要一进一出呢。

图2 两个DP站点的连接

正确的做法是两个插头都连接进线端。因为终端电阻与插头的出线端是2选1的。终端电阻打ON，进线端连接终端电阻，断开与出线端的连接；终端电阻打OFF，进线端断开与终端电阻的连接，连接出线端。

2常见的Profibus总线连接

图3 主站在总线一端点

图3所示的是一般的Profibus总线连接方法，主站位于总线的一端，终端电阻打ON。
然后依次连接后面的站点，中间的站点终端电阻打OFF，后面的站点终端电阻打ON。

图4 主站在总线中间

有时候由于现场设备分布的原因，主站也可以安装在Profibus总线的中间，具体做法如图4所示。

终端电阻打ON的设备不能断电，如图5所示Profibus插头上除了220欧的终端电阻以外还有两个390欧的偏置电阻，并且偏置电阻上必须连接电源。

图5 终端电阻和偏置电阻

如果终端设备需要经常断电维护，或者终端设备只有接线端子而没有9针D型插座，就需要使用有源终端模块作为Profibus总线的终端(6ES7 972-0DA00-0AA0)。

西门子DP插头
图6 Profibus有源终端模块

如果Profibus电缆不够长，需要把两根电缆接起来，不能简单的把两根铜芯拧起来，因为这样会破坏电缆的特征阻抗，可能会导致使用问题。

总线连接器 概要：

用于将 PROFIBUS 节点连接到 PROFIBUS 总线电缆 安装方便 FastConnect 插头采用绝缘刺破连接技术，可确保极短的组装时间 集成端接电阻 (6ES7 972-0BA30-0xA0 中不具有) 通过带 Sub-D 接口的连接器可以连接编程器，无需额外安装网络节点