西門子數控系統的基本構成

 

一．西門子840D系統的組成

SINUMERIK840D是由數控及驅動單元（CCU或NCU），MMC,PLC模塊三部分組成，由于在集成系統時，總是將SIMODRIVE611D驅動和數控單元(CCU或NCU)并排放在一起，并用設備總線互相連接，因此在說明時將二者劃歸一處。

l       人機界面    

人機交換界面負責NC數據的輸入和顯示,它由MMC和OP組成

    MMC(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)單元，MMC,MCP

(Machine Control Panel)三部分。MMC實際上就是一臺計算機，有自己獨立的CPU,還可以帶硬盤，帶軟驅；OP單元正是這臺計算機的顯示器，而西門子MMC的控制軟件也在這臺計算機中。

1.MMC

我們最常用的MMC有兩種：MMC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU為486,不能帶硬盤；而MMC103的CPU為奔騰，可以帶硬盤，一般的，用戶為SINUMERIK810D配MMC100.2,而為SINUMERIK840D配MMC103.

※         PCU(PC UNIT)是專門為配合西門子最新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、

OP15等而開發的MMC模塊，目前有三種PCU模塊——PCU20、PCU50、PCU70, PCU20對應于MMC100.2，不帶硬盤，但可以帶軟驅；PCU50、PCU70對應于MMC103,可以帶硬盤，與MMC不同的是：PCU50的軟件是基于WINDOWS NT的。PCU的軟件被稱作HMI,

HMI有分為兩種：嵌入式HMI和高級HMI。一般標準供貨時，PCU20裝載的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70則裝載高級HMI.

2.OP

OP單元一般包括一個10.4〞TFT顯示屏和一個NC鍵盤。根據用戶不同的要求，西門子為用戶選配不同的OP單元，如：OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031最為常用。

3.MCP

MCP是專門為數控機床而配置的，它也是OPI上的一個節點，根據應用場合不同，其布局也不同，目前，有車床版MCP和銑床版MCP兩種。對810D和840D，MCP的MPI地址分別為14和6，用MCP后面的S3開關設定。

對于SINUMERIK840D應用了MPI（Multiple Point Interface）總線技術，傳輸速率為187.5k/秒，OP單元為這個總線構成的網絡中的一個節點。為提高人機交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）總線，它的傳輸速率為1.5M/秒。

l       數控及驅動單元

1.NCU數控單元

 SINUMERIK840D的數控單元被稱為NCU（Numenrical Controlunit）單元：中央控制單元,負責NC所有的功能,機床的邏輯控制,還有和MMC的通訊 它由一個COM CPU板. 一個PLC CPU板和一個DRIVE板組成.

根據選用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分為NCU561.2,NCU571.2,

NCU572.2,NCU573.2(12軸)，NCU573.2(31軸)等若干種，同樣，NCU單元中也集成SINUMERIK840D數控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相應的數控軟件和PLC控制軟件，并且帶有MPI或Profibus借口，RS232借口，手輪及測量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU單元很薄，所有的驅動模塊均排列在其右側。

    2．數字驅動

? 數字伺服：運動控制的執行部分,由611D伺服驅動和1FT6(1FK6)電機組成

   SINUMERIK840D配置的驅動一般都采用SIMODRIVE611D.它包括兩部分：電源模塊+驅動模塊（功率模塊）。

   電源模塊：主要為NC和給驅動裝置提供控制和動力電源，產生母線電壓，同時監測電源和模塊狀態。根據容量不同，凡小于15KW均不帶饋入裝置，極為U/E電源模塊；凡大于15KW均需帶饋入裝置，記為I/RF電源模塊，通過模塊上的訂貨號或標記可識別。

   611D數字驅動:是新一代數字控制總線驅動的交流驅動，它分為雙軸模塊和單軸模塊兩種，相應的進給伺服電機可采用1FT6或者1FK6系列，編碼器信號為1Vpp正弦波，可實現全閉環控制。主軸伺服電機為1PH7系列。

l       PLC模塊

SINUMERIK810D/840D系統的PLC部分使用的是西門子SIMATIC S7-300的軟件及模塊，在同一條導軌上從左到右依次為電源模塊（Power Supply），接口模塊（Interface Module）機信號模塊（Signal Module）。的CPU與NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。

                                               

電源模塊（PS）是為PLC和NC提供電源的+24V和+5V。

接口模塊（IM）是用于級之間互連的。

信號模塊（SM）使用與機床PLC輸入/輸出的模塊，有輸入型和輸出型兩種。

二．硬件的接口

一．    

840D系統的接口

?  840D系統的MMC，HHU，MCP都通過一根MPI電纜掛在NCU上面，MPI是西門子PLC的一個多點通訊協議，因而該協議具有開放性，而OPI是840D系統針對NC部分的部件的一個特殊的通訊協議，是MPI的一個特例，不具有開放性，它比傳統的MPI通訊速度要快，MPI的通訊速度是187.5K波特率，而OPI是1.5M。

?  NCU上面除了一個OPI端口外，還有一個MPI，一個Profibus接口，Profibus接口可以接所有的具有Profibus通訊能力的設備。Profibus的通訊電纜和MPI的電纜一樣，都是一根雙芯的屏蔽電纜

?  在MPI，OPI和Profibus的通訊電纜兩端都要接終端電阻，阻值是220歐，所有如果要檢測電纜的好壞情況，可以在NCU端打開插座的封蓋，量A，B兩線間的電阻，正常情況下應該為110歐。

二．611系列驅動的組成與接口

1．611系列的驅動分成模擬611A，數字611D和通用型611U。都是模塊化結構，主要有以下幾個模塊組成：

?電源模塊    電源模塊是提供驅動和數控系統的電源，包括維持系統正常工作的弱電和供給功率模塊用的600V直流電壓。根據直流電壓控制方式，它又分為開環控制的UE模塊和閉環控制的I/R模塊，UE模塊沒有電源的回饋系統，其直流電壓正常時為570V左右，而當制動能量大時，電壓可高達640多伏。I/R模塊的電壓一直維持在600V左右

?控制模塊    控制模塊實現對伺服軸的速度環和電流環的閉環控制

?功率模塊    對伺服電機提供頻率和電壓可變的交流電源

?監控模塊    主要是對電源模塊弱電供電能力的補充。

?濾波模塊    對電源進行濾波作用。

?電抗        對電壓起到平穩作用。

  2．611電源模塊的接口信號

611模塊的接口信號有以下幾組：

?（1）電源接口

U1 V1 W1 主控制回路三相電輸入端口

X181     工作電源的輸入端口，使用時常常與主電源短接，有的系統為了讓機床在斷電后驅動還能正常工作一段時間，把600V的電壓端子與P500 M500端子短接，這樣由于600V電壓不能馬上放電完畢，還能維持驅動控制板的正常工作一段時間。P600M600是600V直流電壓輸出端子。

?（2）控制接口

64       控制使能輸入，該信號同時對所有連接的模塊有效，該信號取消時，所有的軸的速度給定電壓為零，軸以最大的加速度停車。延遲一定的時間后，取消脈沖使能

63       脈沖使能輸入，該信號同時對所有連接的模塊有效，該信號取消后，所有的軸的電源取消，軸以自由運動的形式停車。

48       主回路繼電器，該信號斷開時，主控制回路電源主繼電器斷開。

112      調試或標準方式，該信號一般用在傳輸線的調試中，一般情況接到系統的24V上。

X121     模塊準備好信號和模塊的過熱信號。準備號信號與模塊的撥碼開關的設置有關，當S1.2=ON時，模塊有故障時，準備好信號取消，而S1.2=OFF時，模塊有故障和使能(63,64)信號取消時，都會取消準備好信號，因此在更換該模塊的時候要檢查模塊頂部的撥碼開關的設置，否則模塊可能會工作不正常。所有的模塊過載和連接的電機過熱都會觸發過熱報警輸出。

NS1/NS2  主繼電器閉合使能，只有該信號為高電平時，主繼電器才可能得電。該信號常用來作主繼電器閉合的連鎖條件。

AS1/AS2  主繼電器狀態，該信號反映主繼電器的閉合狀態，主繼電器閉合時為高電平。

9/19/R    9是24V輸出電壓，19是24V的地，R為模塊的報警復位信號。

?（3）其它輔助接口

X351     設備總線 ，為后面連接的模塊供電用。

X141     電壓檢測端子，供診斷和其它用途用。

?7： P24 ，＋24V          ?45：P15，＋15V       ?44：N15，－15V       

 ?10：N24，－24V            ?15：M，0V

? 電源模塊上面有6個指示燈，分別指示模塊的故障和工作狀態。一般正常情況下綠燈亮表示使能信號丟失(63和64)，黃燈亮表示模塊準備好信號，這時600V直流電壓已經達到系統正常工作的允許值。

電源模塊正常工作的使能條件：

    48，112，63，64接高電平，NS1和NS2短 接，顯示為一個黃燈亮，其它燈都不亮。直流母線電壓應在600V左右.

3．611驅動控制模塊接口信號

? （1）611D驅動控制模塊接口信號   

? 611D控制模塊與數控系統主要是通過一根數據總線相連，基本沒有太多的接口信號。

X431：   軸脈沖使能，該信號為低電平時，該軸的電源撤消，一般這個信號直接與24V短接

X432：   BERO 端子，該接口用作BERO開關信號的輸入口。

X34，X35模擬輸出口，其中有兩個模擬口（X1，X2 ）用作模塊診斷測試用，它可以用來跟蹤一些數字量，比如轉速，電壓和電流等并把它轉換成0到5V的模擬電壓輸出，具體的輸出信號可以通過數控系統選擇，Ir模擬輸出口是固定輸出電機R相的電流的模擬值。

X411：   電機編碼器接口，輸入電機的編碼器信號，還有電機的熱敏電阻，其中電機的熱敏電阻值是通過該插座的13和25腳輸入，該熱敏電阻在常溫下為580歐，155度時大于1200歐，這時控制板關斷電機電源并產生電機過熱報警。(1PH7電機溫度檢測信號連接同1FT6/1FK6電機)

X411：   直接測量系統輸入口，輸入直接位置測量信號，一般為正余弦電壓信號

?*  611D的控制板的速度環和電流環的參數設置在NCK里面，故更換控制板后不需要重新設置參數。                                                                                                                                                                          

（2）611A控制模塊接口信號

?611A控制模塊與1FT5電機構成伺服驅動機構，完成速度環和電流環的控制，其速度環和電流環的參數都保存在控制板上，故更換該板要注意參數的設置。接口信號如下：

X311：   電機反饋接口，電機的速度實際值和電機的熱敏電阻值都通過它輸入到控制板里，1FT5電機的速度檢測是通過一個測速發電機來實現的，而電機轉子的位置是通過18個霍而元件來檢測的。電機內的熱敏電阻值是通過該插座的11和12腳信號輸入, 在常溫下小于250歐，當電機內部溫度達到155度時電阻大約是1000歐，控制板這時關斷電源，并發出報警信號。

X321：   設定端子，速度的給定值通過該端子的56和14輸入，一般來講，給定值是正負0到10V的電壓。

X331：   使能端子：相應模塊的使能信號輸入，663是脈沖使能，與電源模塊的63作用差不多，只是它僅作用于單個的軸模塊。65是控制使能，常常把它和NC側給定信號的控制使能相連。

X341：   模塊狀態輸出接口，輸出模塊的狀態信息，如模塊準備好信號，報警等。