西門子數控伺服系統CCU3

1. 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 Contol 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(Man Machine communication)

較常用的MMC有兩種：MMCC100.2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(Operation pannel)

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較為常用。

（3）、MCP(Machine conrol pannel)

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。

2. NCU(Numerical contol unit)數控單元

SINUMERIK840D的數控單元被稱為NCU（Numenrical Contolunit）單元（在810D中稱為CCU（compact conrol unit））：*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接口，RS232接口，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。

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數字驅動

（請參閱：Simodrive 611 Universal 產品介紹）

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。

4. 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），CPU模塊，接口模塊（Interface Module）及信號模塊（Signal Module）。PLC模塊的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。

西門子840D810D數控系統主板系統集成和連接以下元件：蕞大可以連接2個電子手輪，小型手持單元，通過I/O 模塊PP 72/48 或通過 MCPA模塊控制的機床操作面板，MCPA 模塊被插入安裝在PCU 210的后背板。MCPA 模塊可以連接機床控制面板，同時具有用于模擬主軸的模擬接口。蕞大可以連接3個I/O模塊PP 72/48。

發展歷史編輯

在1960-1964，西門子的工業數控系統在市場上出現。這一代的西門子數控系統以繼電器控制為基礎，主要以模擬量控制和編碼器為基礎。在1964年，西門子為其數控系統注冊品牌 SINUMERIK.

在1965-1972，西門子以上一代的數控系統為基礎，推出用于車床，銑床，和磨床的基于晶體管技術的硬件。

西門子810DE數控伺服系統控制主板

SINUMERIK 550系統

在1973-1981，西門子推出在SINUMERIK 550系統。這一代系統開始應用微型計算機和微處理器。在此系統中，PLC（可編程邏輯控制器）集成到控制器。

SINUMERIK 3系統

在1982-1983，西門子推出SINUMERIK 3系統

SINUMERIK 840C系統

在1984-1994，西門子推出SINUMERIK 840C系統。西門子從此時起開始開放NC數控自定義功能，公布PC和HMI開放式軟件包。此時的西門子敏銳地掌握了數控機床業界的顯著趨勢：開放性。基于系統的開放性，西門子顯著地擴大了其OEM機床制造商定制他們的設備的可能性。

SINUMERIK 840D系統

在1996 - 2000西門子推出SINUMERIK 840D系統、SINUMERIK 810D系統、SINUMERIK 802D系統。人與機器相關的安全集成功能已經集成到軟件之中。面向圖形界面編程的ShopMill和ShopTurn能夠幫助操作工以蕞少的培訓快速上手，易于操作和編程。

像SEWC這樣擁有如此高工藝質量評分的制造廠通常都不是憑空出現的。早在1989年，西門子在德國的安貝格電子制造工廠（EWA）就開始生產Simatic 可編程邏輯控制器（PLC）了。如果沒有這座數字化工廠作為樣板，SEWC的成功幾乎是不可能的。

“我們把EWA的流程按照1:1的比例*照搬到成都。”負責安貝格、菲爾特和成都西門子數字化工廠業務部門的Gunter Beitinger博士解釋道。從各種機械到軟件工具以及Simatic IT制造執行系統，成都工廠都與EWA**，就像一個克隆體一樣。

德國安貝格電子制造廠是SEWC的樣板。

與德國團隊攜手持續改進

在成都工廠的起步階段，來自安貝格的團隊花了幾個月的時間來啟動工廠并培訓中國員工。“現在，成都工廠的390名員工中，只有*門的負責人是常駐成都的德國員工，其他的同事都是中國人。” Beitinger驕傲地說。其實，EWA在德國也吸引了眾多參觀者，這其中就包括了德國總理默克爾，而EWA在德國成功的秘訣在成都也一樣有效。“例如，如果一個機器人正往一塊印刷電路板上焊一個零部件，我們的系統會先檢查這個部件是否能正常工作，然后才會把它送往下一個環節。”Beitinger解釋說。這樣既實現了生產過程的穩定，又提高了產品質量。然而，在中國的許多工廠，質檢只在生產流程的末端進行，這就導致了大量浪費。

SEWC不僅擁有很高的自動化水平和質量控制水平，所有的生產過程還留有數字化記錄。生產軟件每天要接收大約1300萬條數據，其中大部分是生產流程信息。這些信息會被用來管理整個生產過程、保證質量，以及支持大約50名產品開發人員的工作。這些開發人員在成都工作，主要負責持續改進產品。他們提供的生產數據通過數字化工廠PLM軟件（例如西門子的NX或Teamcenter軟件）直接流入生產過程。

西門子810D/810DE數控伺服系統CCU1/CCU3/CCU3.4

模塊化的驅動裝置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服電機，為機床提供了全數字化的動力。

通過視窗化的調試工具軟件，可以便捷地設置驅動參數，并對      驅動器      的控制參數進行動態優化。

SINUMERIK802D集成了內置PLC系統，對機床進行邏輯控制。采用標準的PLC的編程語言Micro/WIN進行控制      邏輯設計      。并且隨機提供標準的PLC子程序庫和實例程序，簡化了制造廠設計過程，縮短了設計周期。

2) 810D

（請參閱：SINUMERIK 810D 840D 簡明調試手冊 - 2006版本）

在      數字化      控制的領域中，SINUMERIK 810D*次將CNC和驅動控制集成在一塊板子上。

快速的循環處理能力，使其在模塊      加工      中獨顯威力。

模塊化的驅動裝置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服電機，為機床提供了全數字化的動力。

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SINUMERIK 操作員前面板，帶 PCU 和機器控制面板

SIMATIC CE 面板

SIMATIC OP7/OP17

SINUMERIK 按鈕面板

SINUMERIK 手持裝置 B-MPI 型

SINUMERIK HT6

SINUMERIK 小型手持裝置

SIMATIC S7-300 I/O

SINUMERIK 單 I/O 模板 EFP

SINUMERIK NCU 端子排，帶 DMP 緊湊型模板

2 個手輪，2 個探頭和通過電纜分線盒的 4 點高速數字量 CNC 輸入/輸出

通過 PROFIBUS-DP 連接的分布式 PLC I/O

SIMODRIVE 611 數字變頻系統

編程設備

1FK7/1FT6/1FT7/1FN/1FW6/1PH/1FE1/2SP1/1LA 電機

PROFINET IO 和 PROFINET CBA 通過外置 CP 343-1 通訊板

通過 SINUMERIK 840D powerline/840D sl NCK 的開放性，用戶可以開發用于各種技術應用的解決方案！

在 NCU 系統軟件中以編譯循環的形式集成附加工藝功能。 編譯循環既可以基于 NCK OA

軟件包和相應的開發環境進行編程，也可以通過與西門子子簽訂的合同進行開發和測試。

至今為止，已以編譯循環的形式開發了以下工藝功能附加軟件，作為選件用于 SINUMERIK 840D powerline/840D sl：

西門子NCU573.3  現貨 6FC5357-0BB33-0AE2

西門子NCU573.3  現貨 6FC5357-0BB33-0AE3

西門子NCU573.3  現貨 6FC5357-0BB33-0AA0

西門子NCU573.3  現貨 6FC5357-0BB33-0AA1

西門子NCU573.4  現貨 6FC5357-0BB34-0AA0

西門子NCU573.4  現貨 6FC5357-0BB34-0AE0

西門子NCU573.4  現貨 6FC5357-0BB34-0AE1

位置控制循環中 1D/3D 距離調整

機床坐標系中的軸向耦合

處理變換包

比例繪圖儀運動學變換，兩軸

平行運動學PARACOP 3軸變換 (*個通道)

三腳架混合運動轉換

激光切換信號，高速

在輪廓上連續加工

PROFIBUS 刀和過程監控

運動轉換中的空間誤差補償

根據用戶的需要，我們正在開發或是可以開發額外的編譯循環。‘

典型的編譯循環使用舉例即是機床運動學的變換。 利用這些轉換，工件可以在笛卡兒坐標系中編程，

西門子數控伺服系統CCU3

西門子840D810D數控系統主板例如：可以方便的使用 DIN編程技術和 ISO 代碼進行編程，桌越的產品可靠性，數字控制器，可編程控制器，人機操作界面，輸入/輸出單元一體化設計的系統結構，由各種循環和輪廓編程提供的擴展編程幫助技術，通過DRIVE-CLiQ 接口實現的數字式驅動技術提供了統一的數字式接口標準，各種驅動功能按照模塊化設計，可以根據性能要求和智能化要求靈活安排，各種模塊不需要電池及風扇，因而無需任何維護。

各種功能體現了西門子公司的產品創新技術，例如5個數字驅動軸，其中任意4個都可以作為聯動軸進行插補運算，另一個作為定位軸使用，同時，還提供一個相應的數字式主軸（模擬主軸即將推出）作為一個變型使用, 在帶C 軸功能時，可以采用3個數字軸，一個數字主軸，一個數字輔助主軸和一個數字定位軸的配置。新一代的西門子驅動技術平臺SINAMICS S120伺服系統通過已經集成在元件級的DRIVE-CLiQ來對錯誤進行識別和診斷，從操作面板就可以進行操作，使用的標準閃存卡（CF）可以非常方便的備份全部調試數據文件和子程序，通過閃存卡（CF）可以對加工程序進行快速處理，通過連接端子使用兩個電子手輪，216 個數字輸入和144 個數字輸出（0.25A），RCS802 - 遠程診斷和遠程控制（NC 和 PLC），

RCS@Event

（通過電子郵件進行遠程診斷），USB口（即將推出）。

產品種類

西門子數控系統是西門子集團旗下自動化與驅動集團的產品，西門子數控系統SINUMERIK發展了很多代。目前在廣泛使用的主要有802、810、840等幾種類型。

用一個簡要的圖表對西門子各系統的定位作描述如下：

西門子各系統的性價比較

1) 802D

（請參閱：802D 簡明調試指南）

具有免維護性能的SINUMERIK802D，其核心部件 - PCU （面板控制單元）將CNC、PLC、人機界面和通訊等功能集成于一體。可靠性高、易于安裝。

SINUMERIK 802D

SINUMERIK802D可控制4個進給軸和一個數字或模擬主軸。通過生產現場總線PROFIBUS將驅動器、輸入輸出模塊連接起來。

模塊化的驅動裝置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服電機，為機床提供了全數字化的動力。

通過視窗化的調試工具軟件，可以便捷地設置驅動參數，并對驅動器的控制參數進行動態優化。

SINUMERIK802D集成了內置PLC系統，對機床進行邏輯控制。采用標準的PLC的編程語言Micro/WIN進行控制邏輯設計。并且隨機提供標準的PLC子程序庫和實例程序，簡化了制造廠設計過程，縮短了設計周期。

2) 810D

（請參閱：SINUMERIK 810D 840D 簡明調試手冊 - 2006版本）

在數字化控制的領域中，SINUMERIK 810D*次將CNC和驅動控制集成在一塊板子上。

快速的循環處理能力，使其在模塊加工中獨顯威力。

SINUMERIK 810D NC軟件選件的一系列突出優勢可以幫助您在競爭中脫穎而出。例如提前預測功能，可以在集成控制系統上實現快速控制。

另一個例子是坐標變換功能。固定點停止可以用來卡緊工件或定義簡單參考點。模擬量控制控制模擬信號輸出;

刀管理也是另一種功能強大的管理軟件選件。

樣條插補功能(A，B，C樣條)用來產生平滑過渡；壓縮功能用來壓縮NC記錄；多項式插補功能可以提高810D/810DE運行速度。

溫度補償功能保證您的數控系統在這種高技術、高速度運行狀態下保持正常溫度。此外，系統還為您提供鉆、銑、車等加工循環。 SINUMERIK 840D

3) 840D

SINUMERIK 840D數字NC系統用于各種復雜加工,它在復雜的系統平臺上，通過系統設定而適于各種控制技術。840D與SINUMERIK_611數字驅動系統和SIMATIC7可編程控制器一起，構成全數字控制系統，它適于各種復雜加工任務的控制，具有優于其它系統的動態品質和控制精度。

西門子840D810D數控系統主板產品功能

控制類型

采用32位微處理器、實現CNC控制，用于完成CNC連續軌跡控制以及內部集成式PLC控制。。

機床配置

可實現鉆、車、銑、磨、切害、沖、激光加工和搬運設備的控制，備有全數字化的SIMDRIVE611數字驅動模塊：蕞多可以控制31個進給軸和主軸．進給和快速進給的速度范圍為100-9999mm/min。其插補功能有樣條插補、三階多項式插補、控制值互聯和曲線表插補，這些功能。為加工各類曲線曲面零件提供了便利條件。此外還具備進給軸和主鈾同步操作的功能。

操作方式

其操作方式主要有AUTOMATIC(自動)、JOG(手動)、示教（TEACH IN） 手動輸入運行（MDA） ，自動方式：程序的自動運行，加工程序中斷后，從斷點恢復運行；可進行進給保持及主軸停止，跳段功能，單段功能，空運轉。

輪廓和補償

840D可根據用戶程序進行輪廓的沖突檢測、刀半徑補償的進入和退出策略及交點計算、刀長度補償、螺距誤差補償棚測量系統誤差補償、反向間隙補償、過象限誤差補償等。

NC編程

840D系統的NC編程符合DIN 66025標準(德國工業標準)，具有高級語言編程特色的程序編輯器，可進行公制、英制尺寸或混合尺寸的編程，程序編制與加工可同時進行，系統具備1．5兆字節的用戶內存，用于零件程序、刀偏置、補償的存儲。

PLC編程

840D的集成式PLC*以標準sIMAncs7模塊為基礎，PLC程序和數據內存可擴展到288KB，u/o模塊可擴展副2048個輸入/輸出點、PLC程序能以*的采樣速率監視數據輸入，向數控機床發送運動停止/起動等指令。

操作部分硬件

840D系統提供了標準的PC軟件、硬盤、奔騰處理器，用戶可在Windows98/2000下開發自定義的界面。此外，2個通用接過RS232可使主機與外設進行通信，用戶還可通過磁盤驅動器接口和打印機并聯接口完成程序存儲、讀入及打印工作。

顯示部分

840D提供了多言種的顯示功能，用戶只需按一下按鈕．即可將用戶界面從一種語自轉換為一種語言，系統提供的話言有中文、英語、德語、西班牙語、法語、意大利語：顯示屏上可顯示程序塊、電動機軸位置、操作狀態等信息。

2.1 西門子數控系統的基本構成

請參閱：SIEMENS數控系統操作部件

SIEMENS用于數控系統的HMI軟件

西門子數控系統有很多種型號，首先我們來觀察一下802D所構成的實物圖，SINUMERIK 802D是個集成的單元，它是由NC以及PLC和人機界面（HMI）組成，通過PROFIBUS總線連接驅動裝置以及輸入輸出模板，完控制功能。

而在西門子的數控產品中較有特點，較有代表性的系統應該是840D系統。因此，我們可以通過了解西門子840D系統，來了解西門子數控系統的結構。首先通過以下的實物圖觀察840D系統。

2.2西門子810D系統的結構組成 （請參閱：SINUMERIK 810D 840D 簡明調試手冊 - 2006版本）

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。