西門子數(shù)控系統(tǒng)基本構(gòu)成

一．西門子840D系統(tǒng)的組成 

SINUMERIK840D是由數(shù)控及驅(qū)動單元（CCU或NCU），MMC，PLC模塊三部分組成，由于在集成系統(tǒng)時，總是將SIMODRIVE611D驅(qū)動和數(shù)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。

1.人機界面     
人機交換界面負責NC數(shù)據(jù)的輸入和顯示,它由MMC和OP組成： 
    MMC包括：
- OP單元
- MMC
- MCP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(qū)；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。 
a.MMC 
我們常用的MMC有兩種：
MMCC100.2
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新的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、 
OP15等而開發(fā)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(qū)。PCU50、PCU70對應于MMC103，可以帶硬盤，與MMC不同的是：PCU50的軟件是基于WINOOWS 
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。 
b.OP 
OP單元一般包括一個10.4〞TFT顯示屏和一個NC鍵盤。根據(jù)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為常用。 
c.MCP 
MCP是專門為數(shù)控機床而配置的，它也是OPI上的一個節(jié)點，根據(jù)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(gòu)成的網(wǎng)絡中的一個節(jié)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.數(shù)控及驅(qū)動單元 
a.NCU數(shù)控單元 
 SINUMERIK840D的數(shù)控單元被稱為NCU（Numenrical 
Controlunit）單元：*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(jù)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(shù)控CPU和SIMATIC 
PLC 
CPU芯片，包括相應的數(shù)控軟件和PLC控制軟件，并且?guī)в蠱PI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(qū)動模塊均排列在其右側(cè)。 
b．數(shù)字驅(qū)動 
數(shù)字伺服：運動控制的執(zhí)行部分,由611D伺服驅(qū)動和1FT6(1FK6)電機組成   
SINUMERIK840D配置的驅(qū)動一般都采用SIMODRIVE611D.它包括兩部分：電源模塊+驅(qū)動模塊（功率模塊）。 
電源模塊：主要為NC和給驅(qū)動裝置提供控制和動力電源，產(chǎn)生母線電壓，同時監(jiān)測電源和模塊狀態(tài)。根據(jù)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(shù)字驅(qū)動:是新一代數(shù)字控制總線驅(qū)動的交流驅(qū)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(xiàn)全閉環(huán)控制。主軸伺服電機為1PH7系列。
c.PLC模塊 
SINUMERIK810D/840D系統(tǒng)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
1.840D系統(tǒng)的接口 
  

 840D系統(tǒng)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(xié)議，因而該協(xié)議具有開放性，而OPI是840D系統(tǒng)針對NC部分的部件的一個特殊的通訊協(xié)議，是MPI的一個特例，不具有開放性，它比傳統(tǒng)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。 
2．611系列驅(qū)動的組成與接口 
611系列的驅(qū)動分成模擬611A，數(shù)字611D和通用型611U。都是模塊化結(jié)構(gòu)，主要有以下幾個模塊組成： 
a.電源模塊：電源模塊是提供驅(qū)動和數(shù)控系統(tǒng)的電源，包括維持系統(tǒng)正常工作的弱電和供給功率模塊用的600V直流電壓。根據(jù)直流電壓控制方式，它又分為開環(huán)控制的UE模塊和閉環(huán)控制的I/R模塊，UE模塊沒有電源的回饋系統(tǒng)，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 
。
b.控制模塊：控制模塊實現(xiàn)對伺服軸的速度環(huán)和電流環(huán)的閉環(huán)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(jiān)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(wěn)作用。 
 
3. 
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(tǒng)為了讓機床在斷電后驅(qū)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(qū)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56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(diào)試或標準方式，該信號一般用在傳輸線的調(diào)試中，一般情況接到系統(tǒng)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(fā)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(tài)，該信號反映主繼電器的閉合狀態(tài)，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(tài)。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(jīng)達到系統(tǒng)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(qū)動控制模塊接口信號 
（1）611D驅(qū)動控制模塊接口信號   
設備：840D數(shù)控機床

故障：840D數(shù)控系統(tǒng)硬盤啟動出現(xiàn)循環(huán)重起，找不到引導文件

1.拆除硬盤，使用移動硬盤盒，可以讀取到文件。

2.使用GHOST軟件，在winxp系統(tǒng)下對硬盤做鏡像文件，選擇DISK       to  image

3. 選擇備份的路徑到：840D文件夾下。

4.將新的硬盤裝到移動硬盤盒上，恢復SPARK_840D_SYS.GHO到新盤上；5.恢復完裝到機器上測試居然能啟動系統(tǒng)了，不可思意，而我又把舊的裝上去，結(jié)果還是不好，問題就怪在這兒。

6.我又嘗試把電腦上的鏡像文件恢復到舊的上面去試，結(jié)果是舊的裝上去也好了，又不可思意。

7.問題是在840D本身啟動時進不了自身的GHOST系統(tǒng)，所以我才拆下來用電腦做鏡像恢復的。

8.設備就這樣給我整好了，又要去做其他事情了，那邊變頻器A033偶爾報警還得去修，忙呀！

611D控制模塊與數(shù)控系統(tǒng)主要是通過一根數(shù)據(jù)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(shù)字量，比如轉(zhuǎn)速，電壓和電流等并把它轉(zhuǎn)換成0到5V的模擬電壓輸出，具體的輸出信號可以通過數(shù)控系統(tǒng)選擇，Ir模擬輸出7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(chǎn)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(tǒng)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(huán)和電流環(huán)的參數(shù)設置在NCK里面，故更換控制板后不需要重新設置參數(shù)。         （2）611A控制模塊接口信號 
611A控制模塊與1FT5電機構(gòu)成伺服驅(qū)動機構(gòu)，完成速度環(huán)和電流環(huán)的控制，其速度環(huán)和電流環(huán)的參數(shù)都保存在控制板上，故更換該板要注意參數(shù)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(fā)電機來實現(xiàn)的，而電機轉(zhuǎn)子的位置是通過18個霍而元件來檢測的。電機內(nèi)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(nèi)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(fā)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(cè)給定信號的控制使能相連。 
X341：   模塊狀態(tài)輸出接口，輸出模塊的狀態(tài)信息，如模塊準備好信號，報警等。

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