西门子数控伺服系统CCU3

西门子数控伺服系统CCU3

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 Contol 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)

较常用的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较为常用。

（3）、MCP(Machine conrol pannel)

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。

2. NCU(Numerical contol unit)数控单元

SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Contolunit）单元（在810D中称为CCU（compact conrol unit））：*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接口，RS232接口，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。

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数字驱动

（请参阅：Simodrive 611 Universal 产品介绍）

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，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。

4. 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），CPU模块，接口模块（Interface Module）及信号模块（Signal Module）。PLC模块的CPU与NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。

电源模块（PS）是为PLC和NC提供电源的+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。

西门子840D810D数控系统主板系统集成和连接以下元件：蕞大可以连接2个电子手轮，小型手持单元，通过I/O 模块PP 72/48 或通过 MCPA模块控制的机床操作面板，MCPA 模块被插入安装在PCU 210的后背板。MCPA 模块可以连接机床控制面板，同时具有用于模拟主轴的模拟接口。蕞大可以连接3个I/O模块PP 72/48。

发展历史编辑

在1960-1964，西门子的工业数控系统在市场上出现。这一代的西门子数控系统以继电器控制为基础，主要以模拟量控制和编码器为基础。在1964年，西门子为其数控系统注册品牌 SINUMERIK.

在1965-1972，西门子以上一代的数控系统为基础，推出用于车床，铣床，和磨床的基于晶体管技术的硬件。

西门子810DE数控伺服系统控制主板

SINUMERIK 550系统

在1973-1981，西门子推出在SINUMERIK 550系统。这一代系统开始应用微型计算机和微处理器。在此系统中，PLC（可编程逻辑控制器）集成到控制器。

SINUMERIK 3系统

在1982-1983，西门子推出SINUMERIK 3系统

SINUMERIK 840C系统

在1984-1994，西门子推出SINUMERIK 840C系统。西门子从此时起开始开放NC数控自定义功能，公布PC和HMI开放式软件包。此时的西门子敏锐地掌握了数控机床业界的显著趋势：开放性。基于系统的开放性，西门子显著地扩大了其OEM机床制造商定制他们的设备的可能性。

SINUMERIK 840D系统

在1996 - 2000西门子推出SINUMERIK 840D系统、SINUMERIK 810D系统、SINUMERIK 802D系统。人与机器相关的安全集成功能已经集成到软件之中。面向图形界面编程的ShopMill和ShopTurn能够帮助操作工以蕞少的培训快速上手，易于操作和编程。

像SEWC这样拥有如此高工艺质量评分的制造厂通常都不是凭空出现的。早在1989年，西门子在德国的安贝格电子制造工厂（EWA）就开始生产Simatic 可编程逻辑控制器（PLC）了。如果没有这座数字化工厂作为样板，SEWC的成功几乎是不可能的。

“我们把EWA的流程按照1:1的比例*照搬到成都。”负责安贝格、菲尔特和成都西门子数字化工厂业务部门的Gunter Beitinger博士解释道。从各种机械到软件工具以及Simatic IT制造执行系统，成都工厂都与EWA**，就像一个克隆体一样。

德国安贝格电子制造厂是SEWC的样板。

与德国团队携手持续改进

在成都工厂的起步阶段，来自安贝格的团队花了几个月的时间来启动工厂并培训中国员工。“现在，成都工厂的390名员工中，只有*门的负责人是常驻成都的德国员工，其他的同事都是中国人。” Beitinger骄傲地说。其实，EWA在德国也吸引了众多参观者，这其中就包括了德国总理默克尔，而EWA在德国成功的秘诀在成都也一样有效。“例如，如果一个机器人正往一块印刷电路板上焊一个零部件，我们的系统会先检查这个部件是否能正常工作，然后才会把它送往下一个环节。”Beitinger解释说。这样既实现了生产过程的稳定，又提高了产品质量。然而，在中国的许多工厂，质检只在生产流程的末端进行，这就导致了大量浪费。

SEWC不仅拥有很高的自动化水平和质量控制水平，所有的生产过程还留有数字化记录。生产软件每天要接收大约1300万条数据，其中大部分是生产流程信息。这些信息会被用来管理整个生产过程、保证质量，以及支持大约50名产品开发人员的工作。这些开发人员在成都工作，主要负责持续改进产品。他们提供的生产数据通过数字化工厂PLM软件（例如西门子的NX或Teamcenter软件）直接流入生产过程。

西门子810D/810DE数控伺服系统CCU1/CCU3/CCU3.4

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

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      。并且随机提供标准的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) 810D

（请参阅：SINUMERIK 810D 840D 简明调试手册 - 2006版本）

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。

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

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SINUMERIK 操作员前面板，带 PCU 和机器控制面板

SIMATIC CE 面板

SIMATIC OP7/OP17

SINUMERIK 按钮面板

SINUMERIK 手持装置 B-MPI 型

SINUMERIK HT6

SINUMERIK 小型手持装置

SIMATIC S7-300 I/O

SINUMERIK 单 I/O 模板 EFP

SINUMERIK NCU 端子排，带 DMP 紧凑型模板

2 个手轮，2 个探头和通过电缆分线盒的 4 点高速数字量 CNC 输入/输出

通过 PROFIBUS-DP 连接的分布式 PLC I/O

SIMODRIVE 611 数字变频系统

编程设备

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

PROFINET IO 和 PROFINET CBA 通过外置 CP 343-1 通讯板

通过 SINUMERIK 840D powerline/840D sl NCK 的开放性，用户可以开发用于各种技术应用的解决方案！

在 NCU 系统软件中以编译循环的形式集成附加工艺功能。 编译循环既可以基于 NCK OA

软件包和相应的开发环境进行编程，也可以通过与西门子子签订的合同进行开发和测试。

至今为止，已以编译循环的形式开发了以下工艺功能附加软件，作为选件用于 SINUMERIK 840D powerline/840D sl：

西门子NCU573.3  现货 6FC5357-0BB33-0AE2

西门子NCU573.3  现货 6FC5357-0BB33-0AE3

西门子NCU573.3  现货 6FC5357-0BB33-0AA0

西门子NCU573.3  现货 6FC5357-0BB33-0AA1

西门子NCU573.4  现货 6FC5357-0BB34-0AA0

西门子NCU573.4  现货 6FC5357-0BB34-0AE0

西门子NCU573.4  现货 6FC5357-0BB34-0AE1

位置控制循环中 1D/3D 距离调整

机床坐标系中的轴向耦合

处理变换包

比例绘图仪运动学变换，两轴

平行运动学PARACOP 3轴变换 (*个通道)

三脚架混合运动转换

激光切换信号，高速

在轮廓上连续加工

PROFIBUS 刀和过程监控

运动转换中的空间误差补偿

根据用户的需要，我们正在开发或是可以开发额外的编译循环。‘

典型的编译循环使用举例即是机床运动学的变换。 利用这些转换，工件可以在笛卡儿坐标系中编程，

西门子数控伺服系统CCU3

西门子840D810D数控系统主板例如：可以方便的使用 DIN编程技术和 ISO 代码进行编程，桌越的产品可靠性，数字控制器，可编程控制器，人机操作界面，输入/输出单元一体化设计的系统结构，由各种循环和轮廓编程提供的扩展编程帮助技术，通过DRIVE-CLiQ 接口实现的数字式驱动技术提供了统一的数字式接口标准，各种驱动功能按照模块化设计，可以根据性能要求和智能化要求灵活安排，各种模块不需要电池及风扇，因而无需任何维护。

各种功能体现了西门子公司的产品创新技术，例如5个数字驱动轴，其中任意4个都可以作为联动轴进行插补运算，另一个作为定位轴使用，同时，还提供一个相应的数字式主轴（模拟主轴即将推出）作为一个变型使用, 在带C 轴功能时，可以采用3个数字轴，一个数字主轴，一个数字辅助主轴和一个数字定位轴的配置。新一代的西门子驱动技术平台SINAMICS S120伺服系统通过已经集成在元件级的DRIVE-CLiQ来对错误进行识别和诊断，从操作面板就可以进行操作，使用的标准闪存卡（CF）可以非常方便的备份全部调试数据文件和子程序，通过闪存卡（CF）可以对加工程序进行快速处理，通过连接端子使用两个电子手轮，216 个数字输入和144 个数字输出（0.25A），RCS802 - 远程诊断和远程控制（NC 和 PLC），

RCS@Event

（通过电子邮件进行远程诊断），USB口（即将推出）。

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：

西门子各系统的性价比较

1) 802D

（请参阅：802D 简明调试指南）

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。

SINUMERIK 802D

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，为机床提供了全数字化的动力。

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。并且随机提供标准的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) 810D

（请参阅：SINUMERIK 810D 840D 简明调试手册 - 2006版本）

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，系统还为您提供钻、铣、车等加工循环。 SINUMERIK 840D

3) 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。

西门子840D810D数控系统主板产品功能

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：蕞多可以控制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提供了便利条件。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冲突检测、刀半径补偿的进入和退出策略及交点计算、刀长度补偿、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。

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、刀偏置、补偿的存储。

PLC编程

840D的集成式PLC*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*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系统提供了标准的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提供了多言种的显示功能，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，系统提供的话言有中文、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。

2.1 西门子数控系统的基本构成

请参阅：SIEMENS数控系统操作部件

SIEMENS用于数控系统的HMI软件

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较有特点，较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。

2.2西门子810D系统的结构组成 （请参阅：SINUMERIK 810D 840D 简明调试手册 - 2006版本）

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，总是将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。