840D数控系统性能-工控论坛自动化论坛-中华工控网论坛

1、一、sinumerik 840d数控系统性能sinumerik 840d是西门子公司20世纪90年代推出的高性能数控系统。它保持西门子前 两代系统sinumerik 880和840c的三cpu结构：人机通信cpu (mmc-cpu)、数字控 制cpu (nc-cpu)和可编程逻辑控制器cpu (plc-cpu)o三部分在功能上既相互分工， 又互为支持。在物理结构上，nc-cpu和plc-cpu合为一体，合成在ncu (numerical control unit)中， 侃在逻辑功能上相互独立。相对于前几代系统，sinumerik 840d具有以下几个特点：(1) 数字化驱动在sinumerik

2、 840d巾，数控和驱动的接u信号是数字量，通过驱动总线接u，挂接各轴 驱动模块。(2) 轴控规模大最多可以配31个轴，其屮可配10个主轴。(3) 可以实现五轴联动sinumerik 840d可以实现x、y、z、a、b五轴的联动加工，任何三维空间曲面都能加工。(4) 操作系统视窗化sinumerik 840d采用windows 95作为操作平台，使操作简单、灵活，易掌握。(5) 软件内界丰富功能强大sinumerik 840d 可以实现加工(machine)、参数设置(parameter)、服务(services)、诊 断(diagnosis)及安装启动(start-up)等几大软件功能。(6

3、) 具有远程诊断功能如现场用pc适配器、modem卡，通过电话线实现sinumerik 840d与异域pc机通信， 完成修改plc程序和监控机床状态等远程诊断功能。(7) 保护功能健企sinumerik 840d系统软件分为西门子服务级、机床制造厂家级、最终用户级等7个软件 保护等级，使系统更加安全可*。(8) 硬件髙度集成化sinumerik 840d数控系统采用了大量超大规模集成电路，提高了硬件系统的可*性。(9) 模块化设计sinumerik 840d的软硬件系统根裾功能和作用划分为不同的功能模块，使系统连接更加 简单。(10) 内装大容量的plc系统sinumerik 840d数控系统

4、内装plc最大可以配2048输入和2048输出，而il采用了 profibus现场总线和mpi多点接门通信协议，大大减少了现场布线。(11) pc 化sinumerik 840d数控系统是一个基于pc的数控系统。二、sinumerik 840d数控系统硬件结构下而介绍其主要的功能部件。1. 数字控制单元ncuncu (numerical control unit)是sinumerik 840d数控系统的控制中心和信息处理中心, 数控系统的直线插补、圆弧插补等轨迹运算和控制、plc系统的算术运算和逻辑运算都是 由ncu完成的。在sinumerik 840d中，nc-cpu和plc-cpu采用硬件

5、一体化结构，合 成在ncu中。2. 人机通信中央处理单元mmc-cpummc-cpu的主要作用是完成机床与外界及与plc-cpu、nc-cpu之间的通信，内带硬盘, 用以存储系统程序、参数等。3. 操作员面板op031操作员面板0p的作用是：显示数据及图形，提供人机显示界面；编辑、修改程序及参数； 实现软功能操作。在 sinumerik 840d 中有 op031、op032、op032s、op030 以及 phg 等 5 种操作员面板。 其屮，op031是常使用的操作员而板。4. 机床操作血板mcpmcp的主要作用足完成数控机床的各类硬功能键的操作。主要有以下列6个硬功能键操作。(1) 操作

6、模式键区可选择的操作模式有jog、md、teach in和auto等4种操作模式。(2) 轴选择键区实现轴选择，完成轴的点动进给、回参考点和增量进给。(3) 自定义键区供用户使用，通过plc的数据诀实现与系统的联系，完成机床生产厂所要求的特殊功能。(4) 主轴操作区主轴倍率开关，实现主轴转速0150%倍率修调。主轴起停按钮实现主轴驱动系统的起停, 一般控制主轴驱动系统的脉冲使能和驱动使能。(5) 进给轴操作区进给轴倍率开关，实现主轴转速0200%倍率修调。进给轴起停按钮实现进给轴驱动系统 的起停，一般控制进给轴驱动系统的脉冲使能和驱动使能。(6) 急停按钮实现机床的紧急停车，切断进给轴和主轴的

7、脉冲使能和驱动使能。5. i/rf主电源模块主电源模块主要功能是实现整流和电压提升功能。6. 驱动系统它包括主轴驱动系统和进给驱动系统两部分。o西门子数控系统产品优缺对比西门子数控系统是西门子集团旗卜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。h前在广泛使用的主要有802、810、840等儿种类型。w门子各系统的性价比较1. sinumerik 802d具有免维护性能的s1numer1k802d，其核心部件-pcu （而板控制单元）将cnc、plc、人机界而和 通讯等功能災成于一体。可*性高、易于安装。sinumerik802d可抟制4个进给轴和一个数字或模拟主轴。

8、通过生产现场总线profibus将驱动器、 输入输出模块连接起來。模块化的驱动装置sim0drive611ue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其软件，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/wi n进行控制逻辑设计。并且随机提供标池的plc子程序库和实例程序，简化丫制造厂设计过程，缩短丫设 计周期。2. sinumerik810d在数字化控制的领域屮，sinumerik 810d第一次将cnc和驱动控制集成在一块板子上。快速的循环处

9、 理能力，使其在模块加工中独显威力。sinumerik 810d nc软件选件的-系列突川优势可以帮助您在竞 爭中脱颖而出。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.秘变换功能。固定点停止可以用來卞紧工件或定义简申.参考点。模拟量控制控制模拟信 号输出，刀具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： 压缩功能用來伍缩nc记录；多项式插补功能可以提岛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。3.sinumerik 840di

10、numerik 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 适于各种岌杂加工任务的控制，具有优于其它系统的动态品质和控制精度。我说说西门了 840d数控系统的特点：840d数挖系统的特点西门子840d是90年代后期的全数字化度开放式数拧系统，它与以往数控系统的不冋点是数拧与驱动的接uj佶乃是数字栻的，它的人机界而逑立在flexos堆础上，史易操作.史易牮挥.狄件内荇史加丰富，它具莉卨度模块化及规范化的结钩，它将cnc和职动技制粜成在一-块

11、板子上,将闭环控刺的全部硬件和软件集成在一平方照米的空问中.便于编程、操作和监控。840d的if算机化、驱动的模块化和驱动接门的数字化.这三化代农葙当今数控的发展方向。840d与西门子611d伺服驱动极块及阀门子s7-300plc摸块构成的全数卞数控系统，应用t众名数控加i领域，能实现钻、车、铣、貽等数控功能，840d数控系统主耍性能及特点有以卜儿个方面：控制类型采用32位微处理器，实现cnc挖制，可完成cnc连续轨迹拧制以及内部嫩成式plc拧制，机床配近嵌名可拉制31个轴（进名31个主轴）。其柿补功能飪样条捕补、三阶名项式插补、拉制值互联和曲线表柿补.这些功能为加工各类曲线曲而类苓件提供f便

12、利条件。此外还典备进给轴和主轴同步操作的功能、操作方式操作方式主耍苻automaic（自动、jog（手动）、teach in（交互式程序编刺）、mda#动过程数输入）、轮廓和补偿84od »r很据用户程序进行轮躬的冲突检测、刀具半柃补偿的接近和iu山及交点计算、刀具长度补偿、螺距误差补偿和测域系统误差补偿、反向叫隙补偿、过象限误差补偿等。安伞保护功能数拉系统可通过預先设逬软极限开关的方法，进行工作区域的限制，当超程时可以触发裎呼迸行减逨，对主轴的运行还可以进行监控。nc编程nc编程符合din66025弥准，具有岛级is言编程特色的程序编紺器，可进行公制、英制尺寸或混和尺寸的编程，程序

13、编程与加工可同时进行，系统具备1.5兆字节的用户内存，用于零件雅序、刀具傳置、补傣的存储。plc编程集成s7-300, plc程汴和数枞内存可扩展到288kb, i/o換块可扩展到2048个输入湖出点，plc程序可以极尚的采样速率监视数字输入，数控机床发送运动停止/启动命令，操作部分硬件840d系统提供苻标准的pc软件、硬盘、奔瞵处理器，用户可在window98/2000下开发自定义的界而.此外，2个通用接口rs-232可使士:机与外设进行通倍，用户还可通过磁盘:驸动器接口和打印机并行接口完成程序存储、读入及打印工作，数据讪佶部分840d系统配奋rs232/tty汕用操作员接口，加工过稅中可同

14、时通过汕川接口进行数拋输入/输出。此外，川pcin软件还可以进行中行数损通vr,通过rs-232接门吋方便地使840d与w门子编程器成西通的个人电脑连接起來，进行加工程序、plc程印、加丁.参数等谷种信息的双向辿讯。用sindnc软件可以通过怀准网络进行数柅传送.还可以用cnc商级编稈语言进行杓序的协调。轴优化调试部分在mmc103上肖接使用"startup-tool"软件对轴的速度环、位?i坏进行优化特别方便.系统也可以在mmc102或安装在pg740上可以选择轴优化软件“旧n-toolu各轴的速度坏、位贯坏进行优化，代替f以前通过示波器来观察驱动带电动机和货载时的阶跃响

15、应。(一)sinumerik 8401)数控系统性能simimerik 8401)是两门子公司20 w:纪90年代推出的岛性能数控系统.它保持两门子前两代系统snlmer1k 880和840c的三cpu结构：人机通佶cpi (mmocpu)、数字控制cpu (nc-cpu)和dj*編程逻坍控制器cpu (plc-cpu).三部分在功能上既梠互分工，又互为支持*在物理结构上，nc cpu和plc cpu合为体,合成在ncu (numerical control unit)中，但在逻辑功能上相互独立，和对于前几代系统，sinumbrik 8401)具有以下几个特点:1. 数亇化驱动在sinimek

16、ik 8401)中，数控和驱动的接1-1佶号是数字械，递过驱动总线接u，挂接各轴驱动校块。2. 轴控规模大最多可以配31个轴，其中可配10个主轴。3. 可以女现五轴联动sinumerik 8401)可以实现x、y、z、a、b五轴的联动加工，任何三维空间曲面都能加工*4. 操作系统视窗化sinumerik 840d采用windows 95作为操作平台，使操作简单、灵活，场筚握，5. 软件内界半访功能强人sinumerik 840d 可以实现加工（machine）、参数设st （parameter、服务（services、诊断（diagnosis）及安装启动（start-up）等几大软件功能。6.

17、 具苟远柺诊断功能如现场用pc适配器、modem卡，通过电话线实现sinumerik 8400与异域pc机通佶，完成修改plc程序和监挖机床状态等远程诊断功能，7. 保护功能健全simrik 8401）系统软件分为西门子服务级、机床制迫厂家级、嵌终用户级等7个软件保护等级，使系统更加安全可報。8. 硬件商度集成化simjmerik 840）数控系统采用了大试超大规換萊成电路，提商了硬件系统的可筘性，9. 梭块化设计sinumerik 8401）的软硬件系统拫据功能和作用划分为不同的功能模块.使系统连接更加简弟，10. 内装大容里的plc系统sinumekik 8101）数控系统内装plc极大可

18、以妃2018输入和2048输出，而k采用了 profibus现场总线和mp1多点接11汕佶协议，大大减少了现场布线，11. pc 化sinumerik 8401）数控系统是一个基于pc的数控系统。（二sinvmerik 840d数控系统硬件结构sinumerik 8401）系统硬件组成原理如图1所示，图1 simmer ik 840d数控系统硬件组成框图下酣介绍其主要的功能部件。1. 数字控制攀元ncuncu (numerical control unit)是sinumerik840d数控系统的控制中心和佶息处理中心，数控系统的直线插补、圆弧插补等轨迹运算和控制、plc茱统的算术运算和逻辑运算

19、郁是由ncu完成的。在sinumerik 840d中,nc-cpu和plc-cpu采用硬件体化结构，合成在ncu中。2. 人机通佶中央处理单元mmc-cpummc-cpu的主要作用是完成机沐与外界及与plc-cpu、nc-cpu之m的通信，内带硬盘.用以存储系统程序、参数等。3. 揀作员面板op031操作员面板0p的作用是:m示数据及阁形，提供人机显示界面;纳辑、修改程序及参数;实现软功能操作。在sinumerik 840d中有op031、opo32、0p032s、op030以及phg等5种操作员面板，其中，0p031是常使用的操作员面板*4. 机床操作面板mcpmcp的卞耍作用足完成数拧机冰

20、的芩类硬功能键的缲作。卞耍有以卜列6个硬功能键操作。操作模式键区可选择的操作模式有jog、md、teach in和auto等4种操作模式。（2轴选择键区丈现轴选择.完成轴的点动进给、m参考点和増进给。（3）定义键区供用户使川，通过plc的数裾块实观与系统的联系，完成机床肀产厂所袈求的特殊功能。（4）主轴橾作区主轴倍率开关，实现主轴转速0150%倍率修调。主轴起停按钮实现主轴驱动系统的起停，一般控制主轴驱动系统的脉冲使能和驱动使能。（5）进给轴揀作区进给轴倍率开关，实现卞轴转速0200%倍率修调。进给轴起伶按钮实观进给轴驱动系统的起伶，-般挖制进给轴驸动系统的咏冲使能和驸动使能。（6）急停按钮丈

21、现机冰的紧急停车.切断进给轴和e轴的脉冲使能和驱动使能。5. i/rf主电源校块主电源撗块主要功能足丈现格流和电压提升功能。6.驱动系统它包括主轴驱动系统和进给驱动系统网部分，（三sinvmerik 840d数控系统软件结构sinumerik 310d系统软fl结钩如阁2所阁2 stnlmerik 8.10d数控系统软件纳构阁slnmierlk 840d软件系统包括4大类软件：mmc软件系统、nc软件系统、plc软件系统和通佶及驱动接i i软件，1. mmc软件系统在mmc102/103以上系统均带有5gb或10gb的硬盘,内装有基本输入、输出系统(bios) , dr-dos内核操作系统、w

22、indows95操作系统，以及串口、并口、鉍标和键盘接口等驱动程序，支撐sinumerik与外界mmc-cpu、plc-cpu、nc-cpu之间的相互通佶及任务协调，2. nc软件系统nc软件系统包拈k列内容:(l) nck数控核初始引4软件该软件固化在epkom中。(2) nck数控核数卞控制软件系统它包括机床数据和好准的循坏了系统.足m丨了公m为提岛系统的使用效能.而开发的些常用的午削、铣削、钻削和镗削功能等软件，用p必须现解捋个掀坏程的参数ft义能进tr调用。(3) slumerik 6ud 驱动数据它足指sinlmkkik 840d数控系统所配15使用的simodrivr 61ii)数

23、？式驸动系统的相关参数、(4) pcmcia长软件系统在ncu上设置有一个pcmcia插梢，周于安装pcmcia个人计算机存储卡，卡内预装有nck驱动软件和驱动通佶软件等。3. plc软件系统plc欤件系统包括plc系统支持软件和plc程序。(l)plc系统支待软件它支持sinumerik 840d数控系统内装的cpu315-2dp型可貌程逻辑控制器的正常工作,该程序固化在ncu内。(2)plc程序它包含基本plc程序和用户plc程序两部分。4. 通信及驱动接lj软件它主要用于协调plc-cpu、nc-cpu和mmc-cpu三咨之叫的汕佶。西门子数挖系统是西门子集团旗下自动化与驱动艰团的产以，

24、西门子数挖系统sinumerik发展了很多代，目前在广泛使用的主变有802、810、840等儿种类型，川一个简要的阁衣对两门子各系统的定位作描述如下:西门子各系统的性价比较l.sinumerik 802d具有免维护件能的s1numer1k8o2d，其核心部件 pcu （而板控制单元）将cnc、plc、人机界而和通讯等功能集成于一体。可捃竹满、易于安装，sinumkrik802d可控制4个进给轴和一个数卞或摸拟主轴u通过生产现场总线pkohbus将驸动器、输入输出模块连接起來.模块化的驸动装秤sim0drivh611ue配食1hk6系列佝服也机，力机床捉供了全数7化的动力通过视窗化的调试工具软件

25、.可以便捷地没再驱动參数.并对驱动器的控刨參数进行动态优化。sinumerik802d集成了内plc系统，对机冰进行逻辑拉制。采川杯准的plc的编稈语言micro/win进行拉制逻辑没计。并ii随机捉供杯准的plc子稅序库和实例稅序，简化了制造厂设讣过稅，缩短了设汁闽期，2. sinumerik8i0d在数7化挖刨的领域中.sinumerik 810d第-次将cnc和驸动控糾巢成块板了上。快速的衛环处理能力，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逨控制。w个例子足叱标变换功能，

26、固定点停止以川來长紧工件或定义简单参爷点.揆拟错控制控制揆拟怡号输出;刀只管理也足w 神功能强大的管理软件选件。样条插补功能（a, b. c样条用來产生平泔过渡：压缩功能用來压缩nc记录：多项式插补功能可以提商8ioi）/8ioi）e运行速度，溫度补偿功能保证您的数挖系统在这祌岛技水、尚速度运行状态卜'保持正常温度。此外，系统还为您提供钻、铣、乍等加i:循环，sinumerik 840d3.sinumerik 840dsinumerik 840d数卞nc系统各种s汆加工，它在s杂的系统平行上，通过系统设定而适千备种挖制技术.840d与sinumerik_611数字驱动系统和simati

27、c7可编程控制器一起，构成全数字拧制系统，它适于各种s杂加工仔务的控制，具杳优沪其它系统的动态品质和控制精度。二、西门子产品功能sinumerik 840d标准拉制系统的特征是只奋大设的控制功能，如钻削、车lit铣削、恧削以及特殊拉制，这些功能在使川屮不会有任何相互彫响:企数字化的系统、革新的系统结构、5!尚的控制品质、吏商的系统分辨率以及更短的采样吋间，确保了一流的t件质控制类型采用32位微处观器、实观cnc控制.用于完成cnc连续轨迹控制以及内郎粜成式plc拉制。机床配赀可实现钻、午.、铣、麼、切害、冲、激光加工和搬运设落的控制，备釘全数字化的simdrive611数卞驱动悦块：坡多可以控

28、制31个进给轴和生轴.进给和快速进给的速度范围为loo-oqoqmm/mhu其捕补功能佴样条抓补、三阶多项式捕补、控制伉互联和曲线表插补.这些功能，为加工各类曲线曲面零件提供了便利条件此外迅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飪automatic（白动）、jog（f-动）、示教（teach in）手动输入运行（mda）,白动方式：程序的白动运行，加工极序中断后，从断点恢炱运行：可进行进铪保待及主轴停止，跳段功能，单段功能，空运转轮廓和补偿mod i4根椐用户柷序进行轮邬的冲灾检測、刀具半径补偿的进入札退出策略及交点计算、刀其长度补偿、螺距iy茇补饴棚測朵系统误斧补偿、反安全保护

29、功能数拎系统4通过预先没贫软极限开关的方法.进行i:作区域的限别及程序执行中的进给减速.同时还i4以对屯铀的运行进行监拎。nc編程840d系统的nc编柺符合dix66025标浪（德因工业标淮），具苟高级语言编柺特色的柺序编辑器，可进行公制、英制尺寸或浞合尺寸的编柺，程序编制与加工可同时进行，系统u备1. 5兆字笫的用户内存，用于零件程序、刀具偏进、补偿的存储。plc編稈840d的集成式plc完全以标准simancs7模块为基础，plc程序和数据lal存可扩脱到288kb, u/o模块可扩舣副2048个输入/输出点、plc程序能以极商的采样速卒监视数枞输入，向数控机床发送运动停止/起动等桁令，操

30、作部分硬件840d系统提供了标准的pc软件、硬盘、夼腾处珲器，用户可在windows98/ 2000 f幵发自定义的界曲此外.2个通用接过rs232可使主机与外没进行通信.用户还可通过磁盘驱动器接u和打印机并朕接口完成程序存储、读入及打印工作。敁示部分840d捉供了多沿种的显示功能，用户只裾按一下按钮.即可将用户界面从一种语自转换为一种语言，系统捉供的话言宵巾文、英语、徳语、西班牙语、法语、意大利也显示屏上可显示程序块、电动机轴位贸.、操作状态等佶息，1.西门子数控系统的基本构成m门子数抟系统冇很多种型兮，打先我们來观察一下802d所构成的灾物阁，sinumerik 802d足个集成的单元，它

31、足由nc以及plc和人机界而<hmi）组成，通过profibus总线连接驱动装s以及输入输出換板.完控制功能。而在两门子的数控产品中嵌奋特点，嵌旮代表性的系统应该赴840d系统。因此，我们可以通过了解两门子840d系统，來了解沔门子数控系统的结构。酋先通过以下的实物阁观察840d系统。sinumerik 8401)玟示、输人单元2.西门子810d系统的结构组成sinumerik840d是由数控及驱动单元ccu或ncu，mmc，plc模块三郁分组成，出于在集成系统吋，总是将simodrive611d驱动和数控单元（ccu成ncu并排放在一起，并川设各总线互相连接，因此在说明时将二各划归一处

32、，西门子数控系统基木构成图2.1人机界面人机交换界面负资 nc 数据的输入和品示，它由 mmc 和 op 组成 mmc(man machine coniinunica(ion)<!ifi,i: op(operaiion panel)1?元，mlmc，mcp(nlachine control panel)三部分，mmc实际上眈足一台计锌机，苻自己独立的cpu,还可以带硬盘，带软驱：op单元正足这台计锌机的鉍示器，而西门子mmc的控制软件也在这台计订机中，(1、mmc(lan machine communication)最常用的mmc有两种:mmcc100.2和mmci03,其中mmc100

33、.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，川户为sinumerik8i0d妃mmc100.2.而力sinumerik840d配mmci03.pcu(pc unit)足专门力ft!合囲门子最新的垛作而板opio、opios、opioc. 0p12、0pi5等而开发的m.mc模块，目前有三种pcu模块pcu20、pcu50、pcu70, pcu20对应于m.v1c100.2,不带硬盘，俏可以带软恥pcu50、pcu70对应于m.v1c103,可以带硬盘，与mmc不同的娃：pcu50的软件是堆于windows nt的，pcu的软件被称作iimi，hmi宵分为

34、两种：嵌入式hmi和商级hml 般标准供货吋，pcu20装荻的足嵌入式hmi，而pcu50和pcu70则装找商级hmi.(2)、op(opcration panncl)op单元-般色括一个10.4" tft显示屏和一个nc键盘。报据川户不同的耍求，西门子力川户选配不同的op聆元，如：op030,op031 ,op032,op032s等，其中op03i圾为常用，(3) x .vlcp(machine control pannel)mcp足专门为数拉机床而配近的，它也是opi上的一个节点，报据应川场合不同，其布局也不同，iii前，有车床版mcp和洗冰版mcp两神.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sinumer1k840d应用了 mpi (multiple point interface)总线技术.传输速率为18