西门子数控系统详解 发布: | 用户关注： 一、西门子产品种类西门子数控系统是西门子集团旗下自动化与驱动集团的产品，西门子数控系统 SINUMERIK 发展了很多代。

目前在广泛使用的主要有 802、810、840 等几种类型。

用一个简要的图表对 西门子各系统的定位作描述如下：西门子各系统的较 1.SINUMERIK802D 具有免维护性能的 SINUMERIK802D，其核心部件-PCU（面板控制单元）将 CNC、PLC、人机界面和通讯等功能集成于一 体。

可靠性高、易于安装。

SINUMERIK802D 可控制 4 个进给轴和一个 一、西门子产品种类 西门子数控系统是西门子集团旗下自动化与驱动集团的产品，西门子数控系统 SINUMERIK 发展了很多代。

目前在广泛使用的主要有 802、810、840 等几种类型。

用一个简要的图表对西门子各系统的定位作描述如下： 西门子各系统的较 1. SINUMERIK 802D 具有免维护性能的 SINUMERIK802D，其核心部件 - PCU （面板控制单元）将 CNC、 PLC、人机界面和通讯等功能集成于一体。

可靠性高、易于安装。

SINUMERIK802D 可控制 4 个进给轴和一个数字或模拟主轴。

通过生产现场总线 PROFIBUS 将驱动器、输入输出模块连接起来。

模块化的驱动装置 SIMODRIVE611Ue 配套 1FK6 系列伺服电机，为机床了全数 字化的动力。

通过视窗化的调试工具软件，可以便捷地设置驱动参数，并对驱动器的控制参数进行 动态优化。

SINUMERIK802D 集成了内置 PLC 系统，对机床进行逻辑控制。

采用标准的 PLC 的 编程语言 Micro/WIN 进行控制逻辑设计。

并且随机标准的 PLC 子程序库和实例程序， 简化了制造厂设计过程，缩短了设计周期。

2. SINUMERIK 810D 在数字化控制的领域中，SINUMERIK 810D 次将 CNC 和驱动控制集成在一块板 子上。

快速的循环处理能力，使其在模块加工中独显威力。

SINUMERIK 810D NC 软件选件的一系列突出优势可以帮助您在竞争中脱颖而出。

例 如提前预测功能，可以在集成控制系统上实现快速控制。

另一个例子是坐标变换功能。

固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点。

模拟 量控制控制模拟信号输出; 刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件。

样条插补功能(A，B，C 样条)用来产生平滑过渡；压缩功能用来压缩 NC 记录；多项 式插补功能可以提高 810D/810DE 运行速度。

温度补偿功能保证您的数控系统在这种高技术、高速度运行状态下保持正常温度。

此 外，系统还为您钻、铣、车等加工循环。

SINUMERIK 840D 3.SINUMERIK 840D SINUMERIK 840D 数字 NC 系统用于各种复杂加工,它在复杂的系统平台上， 通过系统 设定而适于各种控制技术。

840D 与 SINUMERIK_611 数字驱动系统和 SIMATIC7 可编程控

制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动 态品质和控制精度。

二、西门子产品功能 SINUMERIK 840D 标准控制系统的特征是具有大量的控制功能， 如钻削、 车削、 铣削、 磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。

全数字化的系统、革新的系统 结构、更高的控制品 质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了的工件质量。

控制类型 采用 32 位微处理器、实现 CNC 控制，用于完成 CNC 连续轨迹控制以及内部集成式 PLC 控制。

机床配置 可实现钻、车、铣、磨、切害、冲、激光加工和搬运设备的控制，备有全数字化的 SIMDRIVE611 数字驱动模块：多可以控制 31 个进给轴和主轴．进给和快速进给的速度 范围为 100-9999mm／min。

其插补功能有样条插补、三阶多项式插补、控制值互联和曲线 表插补，这些功能。

为加工各类曲线曲面零件了便利条件。

此外还具备进给轴和主铀同 步操作的功能。

操作方式 其操作方式主要有 AUTOMATIC(自动)、JOG(手动)、示教（TEACH IN） 手动输入运 行（MDA） ，自动方式：程序的自动运行，加工程序中断后，从断点恢复运行；可进行进 给保持及主轴停止，跳段功能，单段功能，空运转。

轮廓和补偿 840D 可根据用户程序进行轮廓的检测、 刀具半径补偿的进入和退出策略及交点计 算、 刀具长度补偿、 螺距误差补偿棚测量系统误差补偿、 反向间隙补偿、 过象限误差补偿等。

安全保护功能

数控系统可通过预先设黄软极限开关的方法．进行工作区域的限制及程序执行中的进 给减速，同时还可以对主铀的运行进行监控。

NC 编程 840D 系统的 NC 编程符合 DIN 66025 标准(德国工业标准)， 具有高级语言编程特色的 程序编辑器，可进行公制、英制尺寸或混合尺寸的编程，程序编制与加工可同时进行，系统 具备 1．5 兆字节的用户内存，用于零件程序、刀具偏置、补偿的存储。

PLC 编程 840D 的集成式 PLC 完全以标准 sIMAncs7 模块为基础，PLC 程序和数据内存可扩展 到 288KB，u／o 模块可扩展副 2048 个输入／输出点、PLC 程序能以极高的采样速率监视 数据输入，向数控机床发送运动停止／起动等指令。

操作部分硬件 840D 系统了标准的 PC 软件、硬盘、奔腾处理器，用户可在 Windows98／2000 下开发自定义的界面。

此外，2 个通用接过 RS232 可使主机与外设进行通信，用户还可通 过磁盘驱动器接口和打印机并联接口完成程序存储、读入及打印工作。

显示部分 840D 了多沿种的显示功能，用户只需按一下按钮．即可将用户界面从一种语自转 换为一种语言，系统的话言有巾文、英语、德语、西班牙语、法语、意大利语：显示屏 上可显示程序块、电动机轴位置、操作状态等信息。

1. 西门子数控系统的基本构成 西门子数控系统有很多种型号，首先我们来观察一下 802D 所构成的实物图， SINUMERIK 802D 是个集成的单元，它是由 NC 以及 PLC 和人机界面（HMI）组成，通过 PROFIBUS 总线连接驱动装置以及输入输出模板，完控制功能。

而在西门子的数控产品中有特点，有代表性的系统应该是 840D 系统。

因此，我 们可以通过了解西门子 840D 系统，来了解西门子数控系统的结构。

首先通过以下的实物图 观察 840D 系统。

2. 西门子 810D 系统的结构组成 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。

西门子数控系统基本构成图 2.1 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(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)单元，MMC,MCP(Machine Control Panel)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。

（1）、MMC(Man Machine communication) 常用的 MMC 有两种：MMCC100.2 和 MMC103,其中 MMC100.2 的 CPU 为 486, 不能带硬盘； MMC103 的 CPU 为奔腾， 而 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 WINDOWS 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. （2）、OP(Operation pannel) 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。

西门子数控系统调试,编程和维修概要 概 西门子公司数控系统产品结构 述 性 能 普及型 FM－NC 高性能、位 802C 802S 802S 802D 高性能型 普及型 810D 840D 价格 数控系统的基本构成 NCK MMC 数控系统 PLC 1

讲 西门子数控系统的基本构成 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。

 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(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)单元，MMC,MCP (Machine Control Panel)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。

1.MMC 我们常用的 MMC 有两种： MMCC100.2 和 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 WINDOWS 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. 2.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。

3.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。

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 数控及驱动单元 1.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。

2．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。

 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。

多 8 个 SM 模块 PS IM S M S M …. S M 多四级 3

电源模块（PS）是为 PLC 和 NC 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 一． 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。

X101 X102 操作面板接口（OPI） PROFIBUS 接口 X112 X111 X122 X121 H1/H2 预留接口（NCU 与 NCU 通讯） SIMATIC 接口（IM361） PC MPI 接口(MPI) I/O 接口（电缆分配盒） 错误和状态灯 H3 S1/S2 S3 S4 ７段显示 复位／NMI 按钮 NCK 启动开关 PLC 启动开关 X130A SIMODRIVE 611D 接口 4

X130B 数字模块 I/O 扩展接口（仅限于 NCU573） X172 X173 设备总线接口 PCMCIA 插槽（X173）  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。

二．611 系列驱动的组成与接口 1．611 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： •电源模块 电源模块是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 •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。

2．611 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， 5

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 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。

电源模块正常工作的使能条件： 48，112，63，64 接高电平，NS1 和 NS2 短 接，显示为一个黄灯亮，其它灯都 不亮。

直流母线电压应在 600V 左右. 3．611 驱动控制模块接口信号  （1）611D 驱动控制模块接口信号  611D 控制模块与数控系统主要是通过一根数据总线相连，基本没有太多的接口 信号。

X431： 轴脉冲使能，该信号为低电平时，该轴的电源撤消，一般这个信号直接与 24V 短接 X432： BERO 端子，该接口用作 BERO 开关信号的输入口。