SIEMENS 典型系统的结构

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第一课 SIEMENS 典型系统的结构
    3.1.1 SIEMENS810/820系统 SIEMENS 810/820是西门子公司20世纪80年代中期开发的CNC、PLC一体型控制系统，它适合于普通车、铣、磨床的控制，系统结构简单、体积小、可靠性高，在80年代末、90年代初的数控机床上使用较广。 810与820的区别仅在于显示器，810为9in单色显示，系统电源为直流24V；820为12in单色或彩色显示，系统电源为交流220V，其余硬件、软件部分完全一致。 810/820最大可控制6轴(其中允许有2个作为主轴控制)，3轴联动。系统由电源、显示器、CPU板、存储器(MEM/EPROM/RAM)板、I/O板、接口板、显示控制板、位控板、机箱等硬件组成。硬件采用了较多的大规模集成电路和专用集成电路，系统的模块少、整体结构简单，通常无需进行硬件调整和设定。 系统软件上，增加了蓝图编程、固定循环、极坐标编程、CL800语言编程等功能，为加工程序的编制提供了方便。 PLC采用STEP5语言编程，指令丰富，通过OB、PB、SB、FB等功能块为结构化编程提供了良好的环境。 810/820系统还具有“通道”控制功能，可以两个通道同时工作，为机床设计人员提供了便利。
     3.1.2 SIEMENS802系列系统 SIEMENS 802系列系统包括802S/Se/Sbase line、802C/Ce/Cbase line、802D等型号，它是西门子公司20世纪90年代末开发的集CNC、PLC于一体的经济型控制系统。系统性能价格比较高，比较适合于经济型、普及型车、铣、磨床的控制，近年来在国产经济型、普及型数控机床上有较大量的使用。SIEMENS 802系列数控系统的共同特点是结构简单、体积小、可靠性高；此外系统软件功能也较强。 SIEMENS 802S、802C系列是SIEMENS公司专为简易数控机床开发的经济型系统，两种系统的区别是：802S/Se/Sbase line系列采用步进电动机驱动；802C/Ce/Cbase line系列采用数字式交流伺服驱动系统。 SIEMENS 802S、802C系列系统的CNC结构完全相同，可以进行3轴控制/3轴联动；系统带有±10V的主轴模拟量输出接口，可以配具有模拟量输入功能的主轴驱动系统(如：变频器)。 SIEMENS 802S、802C系列系统可以配OP020独立操作面板与MCP机床操作面板，显示器为7in或5.7in单色液晶显示。集成内置式PLC最大可以控制64点输入与64点输出，PLC的I/O模块与ECU间通过总线连接；系统体积小，结构紧凑，性能价格比高。 802D与802S、802C有较大的不同，在功能上比802S/C系统有了改进与提高，系统采用SIEMENS PCU210模块，控制轴数为4轴/4轴联动，可以通过611U伺服驱动器携带10V主轴模拟量输出，以驱动带模拟量输入的主轴驱动系统。 系统可以配OP020独立NC键盘、MCP机床操作面板(与802S/C相同)，802D采用了10.4in彩色液晶显示器，比802S/C(5.7in或7in单色液晶显示)具有更好的操作性能。系统与驱动、I/O模块间利用PROFIBUS总线进行连接；I/O模块采用了独立的输入、输出单元(PP72/48 I/O单元)，每一系统最大可以配备两个PP72/48 I/O单元，点数比802S/C系统大大增加，最大可以到144/96点。 其伺服驱动与802C相同，通常采用SIEMENS611数字式交流伺服驱动系统，驱动器的调试可以直接利用SIMOCOMU软件完成，调整十分方便。 在软件上，802D除保留了SIEMENS传统的编程功能外，主要在以下两方面进行了改进：一是增加了PLC程序“梯形图”显示功能，方便了维修；二是可以使用非SIEMENS代码指令进行编程，系统的开放性更强。 802S/SE、802C/CE、802D的系统结构如图3-1~3-3所示。
    3.1.3 SIEMENS 810D/840D系统 SIEMENS 810D/840D的系统结构相似，但在性能上有较大的差别。810D采用SIEMENS CCU(Compact Control Unit)模块，最大控制轴数为6轴，1通道工作；840D采用SIEMENS NCU(Numerical Control Unit)模块，处理器为PENTIUM(NCU573)或AMDK6-2(NCU572)或486(NCU571)系列，当采用NCU572或573时，CNC的存储器容量为1GB，最大控制轴数可达31轴，10通道同时工作：采用NCU571时，控制轴数为6轴，2通道同时工作。 810D/840D可以在WINDOWS环境下运行，系统功能强大，开放性好，软件十分丰富。 系统除具有数字化仿形功能、NURBS插补、样条插补、多项式插补、3D刀补等先进的功能外，还可以配套ShopMill(铣床、加工中心)或ShopTum、AUTOTURN(数控车床)图形对话式操作、编程软件，直接使用人机对话式编程。系统可以进行2D动态模拟显示与3D立体图形模拟显示。此外，通过配套EASYMASK软件，还可以通过ASCII编辑器进行用户屏幕设计，开放性更强。 系统的PLC编程可以采用S7-HiGraph点阵图形辅助编程工具，进行PLC程序设计。该系列NC还具有所谓的神经网络功能，通过自学习、自优化系统，自动完成伺服系统的优化调整，使系统的调整时间大大缩短。 由于丰富的软件替代了一部分硬件功能，因此810D/840D硬件的特点是模块少，结构简单，硬件的故障率较低。 系统由操作面板、机床控制面板、NCU (CCU)、MMC、611伺服驱动、I/O模块等单元构成，系统总体结构如图3-4、图3-5所示。
    图中，CCU (NCU)、MMC、PLC三部分组成了数控装置，CCU或NCU与611数字伺服驱动安装在一起，通过设备总线相连。CCU(NCU)是系统的核心，它包括了CNC与PLC的硬件与软件、MPI接口、PROFIBUS总线接口、RS-232接口、手轮接口、测量接口等部分。 MMC (Man Machine Communication)人机界面，操作面板OP (Operation Panel，包括10.4in TFT显示器与NC键盘)、机床操作面板MCP (Machine Control Panel)，一般安装在操纵台上，它们与CCU (NCU)间通过PROFIBUS总线连接。 MMC事实上是一台独立的计算机，它有独立的PENTIUM CPU、硬盘、软驱、TFT显不器、NC键盘等，可以在WINDOWS环境下运行。因此，它既是CNC的人机界面，又可以安装独立的软件(HMl)。MCP为机床操作面板，它是总线上的一个节点，根据机床的不同，可以选择不同的操作面板。 与S7-300兼容的PLC使用与S7-300相同的软件与硬件，PLC的电源模块、接口模块、 I/O模块单独安装，它们与系统间通过S7总线与CCU或NCU连接。 通过CNC与611D、S7可编程序控制器的组合，可以构成满足不同要求的全数字控制系统。 除以上典型系统外，SIEMENS公司还有早期生产的SIEMENS 6系统(与FANUC公司 合作生产)、SIEMENS 3系统(20世纪80年代欧洲的典型系统)、SIEMENS 8系统、SIEMENS 850/880系统、SIEMENS 840C等。以上系统多见于进口机床，其中SIEMENS 850/880系 统功能较强，SIEMENS 840C的功能与SIEMENS 840D相同。