讲 西门子数控系统的基本构成 讲 西门子数控系统的基本构成 一．西门子 840D 系统的组成 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，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。

l 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)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 我们常用的 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新的操作面板 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 WIND OWS 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 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 为常用。

3.MCP 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） 线，它的传输速率为 1.5M/秒。

l 数控及驱动单元 1.NCU 数控单元 SINUMERIK840D 的数控单元被称为 NCU（Numenrical Controlunit）单元：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 借口，RS232 借口， 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。

2．数字驱动 ? 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。

l 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），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal Module）  2008-11-18 09:48  回复

218.59.103.* 2楼 。

的 CPU 与 NC 的 CPU 是集成在 CCU 或 NCU 中的。

多 8 个 SM 模块 多四级 电源模块（PS）是为 PLC 和 NC 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。

二．硬件的接口 一． 840D 系统的接口 ? 840D 系统的 MMC， HHU， MCP 都通过一根 MPI 电缆挂在 NCU 上面， MPI 是西门子 PLC 的一个多点通讯协议， 因 而该协议具有开放性，而 OPI 是 840D 系统针对 NC 部分的部件的一个特殊的通讯协议，是 MPI 的一个特例，不 具有开放性，它比传统的 MPI 通讯速度要快，MPI 的通讯速度是 187.5K 波特率，而 OPI 是 1.5M。

? NCU 上面除了一个 OPI 端口外，还有一个 MPI，一个 Profibus 接口，Profibus 接口可以接所有的具有 Profibus 通讯能力的设备。

Profibus 的通讯电缆和 MPI 的电缆一样，都是一根双芯的屏蔽电缆。

X101 操作面板接口（OPI） X102 PROFIBUS 接口 X112 X111 X122 X121 H1/H2 H3 S1/S2 S3 S4 预留接口（NCU 与 NCU 通讯） SIMATIC 接口（IM361） PC MPI 接口(MPI) I/O 接口（电缆分配盒） 错误和状态灯 ７段显示 复位／NMI 按钮 NCK 启动开关 PLC 启动开关 X130A SIMODRIVE 611D 接口 X130B 数字模块 I/O 扩展接口（仅限于 NCU573） X172 X173 设备总线接口 PCMCIA 插槽（X173） ? 在 MPI，OPI 和 Profibus 的通讯电缆两端都要接终端电阻，阻值是 220 欧，所有如果要检测电缆的好坏情 况，可以在 NCU 端打开插座的封盖，量 A，B 两线间的电阻，正常情况下应该为 110 欧。

二．611 系列驱动的组成与接口 1．611 系列的驱动分成模拟 611A，数字 611D 和通用型 611U。

都是模块化结构，主要有以下几个模块组成： o 电源模块 电源模块是驱动和数控系统的电源，包括维持系统正常工作的弱电和供给功率模块用

的 600V 直流电压。

根据直流电压控制方式，它又分为开环控制的 UE 模块和闭环控制的 I/R 模块，UE 模块没 有电源的回馈系统，其直流电压正常时为 570V 左右，而当制动能量大时，电压可高达 640 多伏。

I/R 模块的 电压一直维持在 600V 左右 o 控制模块 o 功率模块 o 监控模块 o 滤波模块 o 电抗 控制模块实现对伺服轴的速度环和电流环的闭环控制 对伺服电机频率和电压可变的交流电源 主要是对电源模块弱电供电能力的补充。

对电源进行滤波作用。

对电压起到平稳作用。

2．611 电源模块的接口信号 611 模块的接口信号有以下几组： ?（1）电源接口 U1 V1 W1 主控制回路三相电输入端口 X181 工作电源的输入端口，使用时常常与主电源短接，有的系统为了让机床在断电后驱动还能正常 工作一段时间，把 600V 的电压端子与 P500 M500 端子短接，这样由于 600V 电压不能马上放电完毕，还能维 持驱动控制板的正常工作一段时间。

P600M600 是 600V 直流电压输出端子。

?（2）控制接口 64 控制使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消时，所有的轴的速度给定电压 为零，轴以大的加速度停车。

延迟一定的时间后，取消脉冲使能 63 脉冲使能输入，该信号同时对所有连接的模块有效，该信号取消后，所有的轴的电源取消，轴 以自由运动的形式停车。

48 112 X121 主回路继电器，该信号断开时，主控制回路电源主继电器断开。

调试或标准方式，该信号一般用在传输线的调试中，一般情况接到系统的 24V 上。

模块准备好信号和模块的过热信号。

准备号信号与模块的拨码开关的设置有关，当 S1.2=ON 时， 模块有故障时，准备好信号取消，而 S1.2=OFF 时，模块有故障和使能(63,64)信号取消时，都会取消准备 好信号，因此在更换该模块的时候要检查模块顶部的拨码开关的设置，否则模块可能会工作不正常。

所有  2008-11-18 09:48  回复 218.59.103.* 3楼 的模块过载和连接的电机过热都会触发过热报警输出。

NS1/NS2 主继电器闭合使能，只有该信号为高电平时，主继电器才可能得电。

该信号常用来作主继电器

闭合的连锁条件。

AS1/AS2 主继电器状态，该信号反映主继电器的闭合状态，主继电器闭合时为高电平。

9/19/R 9 是 24V 输出电压，19 是 24V 的地，R 为模块的报警复位信号。

?（3）其它辅助接口 X351 X141 设备总线 ，为后面连接的模块供电用。

电压检测端子，供诊断和其它用途用。

"45：P15，＋15V "15：M，0V "44：N15，－15V "7： P24 ，＋24V "10：N24，－24V ? 电源模块上面有 6 个指示灯，分别指示模块的故障和工作状态。

一般正常情况下绿灯亮表示使能信号丢 失(63 和 64)，黄灯亮表示模块准备好信号，这时 600V 直流电压已经达到系统正常工作的允许值。

电源模块正常工作的使能条件： 48，112，63，64 接高电平，NS1 和 NS2 短 接，显示为一个黄灯亮，其它灯都不亮。

直流母线电压应在 600V 左右. 3．611 驱动控制模块接口信号 ? （1）611D 驱动控制模块接口信号 ? 611D 控制模块与数控系统主要是通过一根数据总线相连，基本没有太多的接口信号。

X431： 轴脉冲使能，该信号为低电平时，该轴的电源撤消，一般这个信号直接与 24V 短接 X432： BERO 端子，该接口用作 BERO 开关信号的输入口。

X34，X35 模拟输出口，其中有两个模拟口（X1，X2 ）用作模块诊断测试用，它可以用来一些数字量 ，比如转速，电压和电流等并把它转换成 0 到 5V 的模拟电压输出，具体的输出信号可以通过数控系统选择 ，Ir 模拟输出口是固定输出电机 R 相的电流的模拟值。

X411： 电机编码器接口，输入电机的编码器信号，还有电机的热敏电阻，其中电机的热敏电阻值是通 过该插座的 13 和 25 脚输入，该热敏电阻在常温下为 580 欧，155 度时大于 1200 欧，这时控制板关断电机电源 并产生电机过热报警。

(1PH7 电机温度检测信号连接同 1FT6/1FK6 电机) X411： 直接测量系统输入口，输入直接位置测量信号，一般为正余弦电压信号 ?* 611D 的控制板的速度环和电流环的参数设置在 NCK 里面，故更换控制板后不需要重新设置参数。

（2）611A 控制模块接口信号 ?611A 控制模块与 1FT5 电机构成伺服驱动机构，完成速度环和电流环的控制，其速度环和电流环的参数都 保存在控制板上，故更换该板要注意参数的设置。

接口信号如下： X311： 电机反馈接口，电机的速度实际值和电机的热敏电阻值都通过它输入到控制板里，1FT5 电机的

速度检测是通过一个测速发电机来实现的，而电机转子的位置是通过 18 个霍而元件来检测的。

电机内的热 敏电阻值是通过该插座的 11 和 12 脚信号输入, 在常温下小于 250 欧，当电机内部温度达到 155 度时电阻大约 是 1000 欧，控制板这时关断电源，并发出报警信号。

X321： 设定端子，速度的给定值通过该端子的 56 和 14 输入，一般来讲，给定值是正负 0 到 10V 的电压。

X331： 使能端子：相应模块的使能信号输入，663 是脉冲使能，与电源模块的 63 作用差不多，只是它仅 作用于单个的轴模块。

65 是控制使能，常常把它和 NC 侧给定信号的控制使能相连。

X341： 模块状态输出接口，输出模块的状态信息，如模块准备好信号，报警等。

第二讲 系统的调试与操作 一．840D 系统操作 l SINUMERIK840D/810D 或 SINUMERIK FM-NC 是机床的 CNC 控制系统，可以通过 CNC 控制系统的操作面板执 行 下列基本功能： • 开发和修改零件程序 • 执行零件程序 • 手动控制 • 读入/读出零件程序和数据  2008-11-18 09:48  回复 218.59.103.* 4楼 • 编辑程序数据 • 报警显示和取消报警 • 编辑机床数据 • 在一个 MMC 或几个 MMC 之间或一个 NC 或几个 NC 之间建立通信链接（M:N,m-MMC 装置和 n-NCK/PLC 装 置） 用户接口包括： • 显示元件，如监测器，LED 等； • 操作元件，如键，开关，手伦等。

? l 840D 系统具有数控机床具有的自动、手动、编程、回参考点、手动数据输入等功能。

•手动:手动主要用来调整机床,手动有连续手动和步进手动,有时为了需要走特定长度时,可以选择变量 INC 方式,输入要运行的长度即可. •自动: 840D 的程序一般来讲是在 NCK 的 RAM 里执行,所以对 MMC103 或 PCU50 来讲,需要先把程序装载到 NCK 里,

SIEMENS 数控系统编程指令详解 章 编程语言 1.1 准备功能（G 指令） 一般用 NC 语言对单个操作步骤进行实际编程，只能代表一个 NC 程序中工作的一部分。

实际指令编程之前，应先对操作步骤进行 计划和准备，对 NC 程序的结构和组织考虑的越周详，所产生的复杂 程序就会越清晰、准确，而且生成的速度就会越快，越简便。

通常按如下编程步骤进行： 根据图纸要求、加工方案； 测量每一把刀具的长度及半径； 确定工件零点坐标系的位置； 计算出每把刀具的切削用量； 编制加工零件程序； 根据程序图形模拟，查看刀具运行轨迹； 空运行，查看刀具运行轨迹； 试切削、检验、优化加工程序。

每一个程序都有一个不同的名称叫程序名，编程时可以任意选择名 称。

在编辑程序时首先要建立一个新程序名， 然后才能编制加工程序。

建立新程序名时要注意以下几点： 前一个符号必须是字母； 其余符号可以是字母、数字几及下划线； 程序名多有 24 个字符； 1

字符间不允许有分隔符。

SIEMENS 802D 数控系统常用 G 代码： 1.2.1 G00 快速定位 指令格式： G00 Xxx Yxx Zxx Xxx Yxx Zxx —— 直角坐标系中的终点坐标； 编程示例（图 1—1） Y （200，200） 0 图 1—1 N10 G00 G90 X0 Y0 N20 G00 X200 Y200 X G00 指令的运动速度为机床的快速定位速度（机床允许的大 运动速度）G00 的速度由机床参数设定。

G00 快速移动功能不能用于 工件切削加工，只能用于空行程进给，一般用于接近起始位置或换刀 点、退刀等。

2

1.2.2 G01 直线插补 指令格式： G01 Xxx Yxx Zxx Fxx Xxx Yxx Zxx —— 直角坐标系中的终点坐标； Fxx —— 进给率 单位 mm/min。

编程示例（图 1—2） Y （150，200） 0 图 1—2 N10 G00 G90 X0 Y0 N20 G01 X150 Y200 F300 X G01 指令规定的进给速度可以由面板上的进给倍率开关进行修 调，此功能一般用于工件切削，切削的进给速度由 F 值。

3

1.1.3 G02/G03 圆弧插补 指令格式： G02/G03 Xxx Yxx Zxx Ixx Jxx Kxx G02/G03 Xxx Yxx Zxx CR = xx Y G02 G03 0 X X G02 G03 0 图 1—2 说明： G02 — 顺时针圆弧插补； G03 — 逆时针圆弧插补； Z G02 G03 Z 0 Y Xxx Yxx Zxx — 直角坐标系中的终点坐标； CR = xx — 圆弧半径； Ixx 指圆弧的起点至圆弧的圆心在 X 轴上的投影矢量。

当圆弧的 起点在圆弧的圆心左侧时，I 值为正，反之 I 值为负。

Jxx 指圆弧的起点至圆弧的圆心在 Y 轴上的投影矢量。

当圆弧的 起点在圆弧的圆心下侧时，J 值为正，反之 J 值为负。

Kxx 指圆弧的起点至圆弧的圆心在 Z 轴上的投影矢量。

当圆弧 的起点在圆弧的圆心下侧时，K 值为正，反之 K 值为负。

注：编制整圆时用 G02/G03 Xxx Yxx Zxx Ixx Jxx Kxx 这种编程 4

格式。

G02/G03 Xxx Yxx Zxx CR = xx 格式用于圆弧程序的编制；当圆 弧角小于或等于 180º时，CR 值取正；弧角大于 180º时，CR 值取负。

1.1.4 G04 暂停时间 （1）指令格式： G04 Fxx 或 G04 Sxx （2）说明： Fxx — 以秒为单位的时间； Sxx — 以主轴旋转次数来确定暂停的时间； 1.1.5 G17、G18、G19 平面选择 说明： （图 1—3） Y G17 G19 0 G18 Z 图 1—3 5 X

G17 — XY 平面，以 Z 轴为进刀方向； G18 — ZX 平面，以 Y 轴为进刀方向； G19 — YZ 平面，以 X 轴为进刀方向； 1.1.6 G40、G41、G42 刀具半径补偿功能 （1）指令格式： G00（G01）G41（G42）Xxx Yxx Zxx Txx Dxx （2）说明： Xxx Yxx Zxx —直角坐标系中的终点坐标； Txx — 执行的刀号； Dxx — 刀沿号 （同一把刀可以设 9 个刀沿即 D1、 D2……D9） G41 — 刀具半径左侧补偿； G42 — 刀具半径右侧补偿； G40 — 取消刀具半径补偿， 取消 G41、 G42 半径补偿功能的。

在加工工作平面内，沿刀具切削方向看，若刀具在加工轨迹的 左侧，则为刀具的左侧补偿 G41；若刀具在加工轨迹的右侧，则为刀 具的右侧补偿 G42； （1—4） G41 G42 G41 G41 G42 G42 G41 G42 图 1—4 6