西门子数控系统详细介绍

作为世界最重要的电气设备供应商之一，早在1960年，西门子就推出了第一款“SINU_- MERIK”品牌的工业数控产品。第一款计算机数控系统SINUMERIK 500C于1973年推出，最初只是用于车铣加工应用。此后，微处理器的普及，使得西门子在20世纪70年代中期，首次推出了用于零件加工程序管理和传输的群控网络（DNC）。仅3年之后，推出具有多通道和内置可编程序控制器（PLC）的SINUMERIK System 8，此产品不仅可以用于车铣机床，也适用于钻削和冲压机床。相隔10年左右的时间，西门子推出了SINUMERIK 840D高端产品系列，该产品具有数字驱动技术和开放式NC内核，使得定制软件模块可以集成到数控系统中。1996年，西门子发布了SINUMERIK安全集成功能———首创的数控安全集成解决方案。一年后，又推出了ShopMill和ShopTurn产品，这些都是面向车间级应用的图形化编程接口，使得用户零件程序可以通过图形化接口完成。为提高机械制造商和用户的生产力，西门子随后扩大了业务范围，包括基于网络的机床状态监控和用于机床仿真和虚拟样机的机电一体化支持服务。

1.西门子802系列

西门子802系列数控系统包括802S/Se/Sbase Line、802C/Ce/Cbase Line、802D等型号，它是西门子公司二十世纪90年代开发的集CNC、PLC、HMI为一体的经济型控制系统。系统性能价格比高，比较适合于经济型、普及型车、铣、磨床的控制，近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较大量的应用。802系列数控系统的共同特点是结构简单、体积小、可靠性高，此外，系统软件功能也较强。

802S和802C系列是西门子公司专为简易型数控机床开发的经济型数控系统，两种系统的区别是：802S/Se/Sbase Line采用步进电动机驱动；802C/Ce/Cbase Line采用交流伺服驱动。

802S和802C系列数控系统的结构完全相同，可以进行3轴3联动控制；系统带有±10V的主轴模拟量输出接口，可以配备具有模拟量输入功能的主轴驱动系统，如：变频器。

802S和802C系列数控系统可以配OP020独立操作面板与MCP机床操作面板，显示器为7in或5.7in单色液晶显示。集成内置PLC最大可以控制64点输入/64点输出，PLC的I/O模块与ECU之间通过总线连接。系统体积小、结构紧凑、性能价格比高。

802D与802S和802C有较大的不同，在功能上比802S和802C有了较大的改进和提高。系统采用西门子PCU210模块，控制轴数为4轴4联动，可以通过611U伺服驱动器携带10V主轴模拟量输出，驱动带模拟量输入的主轴驱动系统。

802D系统可以配OP020独立操作面板与MCP机床操作面板，与802S和802C相同，但显示采用10.4in彩色液晶显示，具有更好的操作显示性能。系统与驱动、I/O模块之间通过PROFIBUS总线进行连接。I/O模块采用了独立的输入输出单元PP72/48，系统可以配备2个PP72/48，点数最大可以达到144/72点。

802D伺服驱动采用611UE交流数字驱动系统，驱动器的调试可以直接利用SIMOCOMU软件完成，调整十分方便。

在软件上，802D除保留西门子传统编程功能外，主要在以下两方面进行了改进：一是增加了PLC程序的梯形图显示功能；二是可以使用非西门子代码指令进行编程。

2.西门子810D数控系统

SINUMERIK810D是一个全数字化构造的控制器，高集成数字化数控系统，将CNC和驱动系统集成在一块板子上；可控制5轴或4个进给轴和1个主轴；可实现4轴联动；采用SIMATIC S7-300家族紧凑I/O模块。

SINUMERIK 810D powerline将CNC、PLC、闭环控制和通信任务都集成在一个CCU模块（紧凑型控制单元）中，并通过SIMODRIVE 611digital的电源单元以及控制模块加以补充。

高性能CCU与集成电源模块一起安装在基本外壳（CCU box）中。可提供两种不同形式的CCU box。

①CCU box有3个功率单元：2×6A/12A用于进给驱动装置；1×18A/36A用于进给驱动装置或1×24A/32A用于主轴驱动装置。

②CCU box有两个功率单元：2×9A/18A用于进给驱动装置。

3.西门子840D数控系统

SINUMERIK 840D是西门子数控产品的突出代表。于20世纪90年代推出。它保持了西门子前两代系统SINUMERIK 880和840C的3CPU结构：人机通信CPU（MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程序控制器CPU（PLC-CPU）。3部分在功能上既相互分工，又互为支持。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SINU_- MERIK 611数字驱动系统和SIMATIC S7可编程序控制器一起，构成全数字控制系统，它适于各种复杂加工任务的控制，具有优于其他系统的动态品质和控制精度。标准控制系统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。由于开放的结构，这个完整的系统也适于其他技术，如：剪切、冲压和激光加工等。

840D具有以下几个特点。

1）数字化驱动。数控和驱动的接口信号是数字量，通过驱动总线接口，挂接各轴驱动模块。

2）轴控规模大。最多可以配31个轴，其中可配10个主轴。

3）可以实现5轴联动。可以实现X、Y、Z、A、B5轴联动加工，任何三维空间曲面都能加工。

4）操作系统视窗化。采用Windows95作为操作平台，使操作简单、灵活、易掌握。

5）软件内容丰富功能强大。可以实现加工（Machine）、参数设置（Parameter）、服务（Services）、诊断（Diagnosis）及安装启动（Start-up）等几大软件功能。

6）具有远程诊断功能。如：现场用PC适配器、MODEM卡，通过电话线实现840D与异域PC机通信，完成修改PLC程序和监控机床状态等远程诊断功能。

7）保护功能健全。840D系统软件分为西门子服务级、机床制造厂家级、最终用户级等7个软件保护等级，使系统更加安全可靠。(www.xing528.com)

8）硬件高度集成化。840D数控系统采用了大量超大规模集成电路，提高了硬件系统的可靠性。

9）模块化设计。840D的软硬件系统根据功能和作用划分为不同的功能模块，使系统连接更加简单。

10）内装大容量的PLC系统。840D数控系统内装PLC最大可以配2048点输入和2048点输出，而且采用了Profibus现场总线和MPI多点接口通信协议，大大减少了现场布线。

11）PC化。840D数控系统是一个基于PC的数控系统。

下面简要介绍840D的硬件组成。

（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）3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。

最常用的MMC有两种：MMC100.2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810D配MMC100.2，而为840D配MMC103。

PCU（PC UNIT）是专门为配合西门子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而开发的MMC模块，目前，有3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的软件被称为HMI。HMI又分为两种：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。

OP单元一般包括一个10.4in的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最为常用。

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。840D应用了MPI（Multiple Point Interface）总线技术，传输速率为187.5KB/s，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 Panel Interface）总线，它的传输速率为1.5MB/s。

（2）数控及驱动单元

840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Control Unit）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的通信。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、NCU573.2等若干种，同样，NCU单元中也集成840D数控CPU和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接口、RS232接口、手轮及测量接口、PCMCIA卡插槽等，所有的驱动模块均排列在其右侧。

NCU 561.4：适用于简单的定位或加工任务。2个进给轴可用于处理两个加工通道和两个方式组中的简单定位或加工任务。基本型CNC用户内存为0.5MB，并可扩展为2.5MB。

NCU 571.4：最多可提供6个轴，1个或2个加工通道，2个方式组。基本型CNC用户内存为0.5MB，并可扩展为2.5MB。

NCU 572.4：可提供31个进给轴以及最多6个加工通道和最多6个方式组。基本型CNC用户内存为0.5 MB，并可扩展为2.5 MB。

NCU 573.4：最多可提供31个进给轴，最多10个加工通道，可最多执行10个方式组。每个通道可支持最多12个进给轴/主轴。基本型CNC用户内存为2.5 MB。

NCU 573.5：最高端配置。最多可提供31个进给轴，最多10个加工通道，可最多执行10个方式组。每个通道可支持最多12个进给轴/主轴。基本型CNC用户内存为3MB，并可扩展为6 MB。

数字伺服驱动是运动控制的执行部分，由611D伺服驱动和1FT6（1FK6）电动机组成。840D配置的驱动一般都采用611D，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，称为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。

（3）PLC模块

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），信号模块（Signal Module）。PLC的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。每级最多8个SM模块，最多4级。

电源模块（PS）：为PLC和NC提供+24V和+5V的电源。

接口模块（IM）：用于级之间互连。

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。