6SN1145系列 西门子数控系统功率内冷模块/现货供应

西门子数控系统功率内冷模块/现货供应
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。

   ：余鑫（工程师）                        
 
        ： 同步
                                               
         :

西门子数控系统功率内冷模块/现货供应 

西门子802D系统是近年来广泛应用于数控车、数控铣以及经济型

加工ZX

上的数控系统，由PCU（面板控制单元）、MCP（机床控制面板）、NC键盘、伺服驱动功率模块及

电源

、I/O输入输出模块、

电子

手轮等基本单元组成。PCU作为802D数控系统的核心部件，将NCK（数控核心）、

plc

hmi

人机界面

）和通讯任务集成在一起，并用Profibus

现场总线

将各单元连接起来，组成一个可同时控制4个伺服进给轴和一个模拟主轴的数控系统。

802D数控系统各坐标轴的伺服控制由NCK装置完成，但机床逻辑控制则由PCU内嵌的PLC完成。机床外部输入输出信号经I/O模块PP72/48（72入48出）并通过Profibus现场总线实现与PLC的连接。802D系统Z多可配两块PP72/48模块。

文本框: 图1 802D系统连接示意图

由于802D系统是一种通用的数控系统，将其应用于不同的

数控机床

时，机床的逻辑控制以及PLC的输入输出信号会不一样，因此，将802D系统应用于数控机床时，Z重要的是要根据机床的逻辑控制要求设计和调试好系统PLC程序，才能使系统正常和安全地工作。本文结合802D系统在广西水利

电力

职业技术学院经济型数控铣床XK5036上的应用，介绍802D数控系统PLC的编程与应用方法。铣床的数控系统配置及系统连接如图1所示[1]，两块611UE功率模块负责三个坐标轴的伺服进给控制，铣床的主轴电机则采用

接触器

控制，主轴转速由机械变速箱调整。

数控系统与PLC接口信号

从图1可看出，机床外部的输入输出信号主要包括机床控制面板（MCP）和机床

电气

控制信号。机电电气控制信号主要包括参考点以及各轴限位信号、各异步电机启停控制及过载信号、伺服驱动控制使能信号等，该部分信号通过PP72/48的X333插座连接。MCP上主要安装有急停开关、主轴转速和进给速度倍率开关、主轴控制按键、系统控制方式选择按键、各轴点动控制按键、NC控制按键以及用户选择键和LED指示灯等，并通过2条50芯的扁平电缆与PP72/48的X111、X222插座连接。由于MCP上全部为开关信号且通过I/O接口与PLC连接，因此，用户可选择西门子公司配套的MCP，也可以根据实际机床控制需要设计自己的机床控制面板。

作为数控系统的重要组成部分，系统内嵌的PLC采用接口变量V及相应的数据位的形式与NCK、HMI和MCP进行控制和状态信息的传送，并按照系统的工作状态和用户编写的控制程序完成机床逻辑控制任务。PLC、NCK、HMI、MCP相互间信息传送的路径和方向如图2所示，数控系统与PLC主要接口信号简要说明如表1所示，详细接口信号的说明请参阅西门子（ZG）有限公司技术手册—— SINUMERIK 802D 简明调试指南 。

表1  数控系统与PLC主要接口信号简要说明

变量地址范围

信息传送方向

传送主要内容

V10000000~V10000008

MCP→PLC

将来自MCP上按键信号以数据位的形式送至PLC，包括系统控制方式选择键、NC控制键、各轴点动控制键、倍率开关、用户选择键等信号

V11000000~V11000007

PLC→MCP

将PLC已确认的MCP按键信号（除倍率开关外）返回给MCP

V16000000~V16000007

PLC→HMI

将PLC程序所触发的用户报警号送至HMI，再由HMI根据已编好并下载到数控系统的报警文件将报警信息显示出来。

V16002000

HMI→PLC

HMI将NC不能启动、系统急停等系统重要的有效报警响应送至PLC

V17000000~V17000003

HMI→PLC

将用户在HMI上选择的程序空运行、程序测试、程序跳段、快速进给倍率生效等状态信号送至PLC

V25001000~V25001012

NCK→PLC

将NC程序译码得出的辅助功能M信号送至PLC，包括M0~M99

V30000000~V30000002

PLC→NCK

将PLC已确认的系统控制方式信号送NCK，包括AUTO、手动、MDA控制方式以及手轮脉冲进给增量

V31000000~V31000001

NCK→PLC

将NCK确认的系统控制方式有效信号返回PLC

下面以在AUTO状态下启动NC程序,来说明接口信号的传送和处理过程:

(1）按下MCP上的AUTO方式按键

时，V10000000.0=1，实现MCP的按键信号向PLC传送，PLC可据此位数据可判断用户是否按下AUTO方式按钮。

(2) 系统处于AUTO方式后，V11000000.0=0，实现PLC向MCP回传系统已处于AUTO方式。

(3) 按下MCP上的NC启动按键

时，V10000001.7=1，实现MCP向PLC传送用户的NC启动命令。

(4) PLC收到NC启动命令后，V11000001.7=1，由PLC向MCP回传NC已启动信号；同时，V32000007.1=1，由PLC向NCK传送NC启动命令。

(5) NCK开始执行用户已选定的NC加工程序，V33000003.0=1，并由NCK向PLC传送程序已处于运行状态的信息。

(6)  NCK执行NC程序并通过伺服驱动模块控制各进给轴运动，当程序中执行到M3功能时，经NCK译码，V25001000.3=1，NCK向PLC传送主轴正转启动命令。

(7)  PLC经PP72/48模块以及机床电气接口实现主轴正转启动和自保持控制，同时，V11000001.6=1，PLC向MCP传送主轴已正转信息。

(8) 在用户程序执行过程中，如果出现了主轴或冷却电机过载等机床电气故障，故障信号从PP72/48送入PLC并在PLC程序中触发用户报警，再由PLC以变量的形式将对应的报警号送至HMI。HMI根据已编好并下载到数控系统的报警文件将报警信息显示出来。

数控系统PLC程序编程

802D数控系统的

plc编程

使用专用的Programming tool PLC 802D工具软件，其编程环境和程序结构类似SIMATIC S7-200 PLC，由一个主程序和相关子程序组成，使用LAD（梯形图）作为编程语言，但所使用的通信接口和通信电缆与S7-200 PLC不同。

802D系统PLC程序的设计可参考西门子公司利用802D PLC子程序库编写的铣床PLC应用实例，并结合铣床具体的系统配置、I/O信号地址分布以及系统模块的连接方式，修改实例程序来获得铣床的PLC控制程序。

2.1 信号地址分布说明

根据图1的系统连接方式，MCP各按键的地址分布如表2所示，机床I/O信号接至X333后的I/O分布如表3所示，其中输出信号均为驱动24VDC

中间

继电器

的开关信号，经中间继电器的触点实现对外部强电回路的控制[1]。

表2  MCP信号地址分布表

对应的按键及其所占输入输出字节

PP72/48

X1201

输入字节IB0： 对应按键 #1 ~ #8

X111

输入字节IB1： 对应按键 #9 ~ #16

输入字节IB2：对应按键 #17 ~ #24

X1202

输入字节IB3：对应按键 #25 ~ #27

X222

输入字节IB4：对应进给倍率开关 (5位格林码)

输入字节IB5：对应主轴倍率开关 (5位格林码)

输出字节QB1：保留

表3   机床I/O信号及地址分布表

输入信号

输出信号

针号

信号名称

信号地址

信号地址

信号名称

针号

输入公共端

+24VDC

Q4.0

急停输出

31

急停输入

I6.0

Q4.1

控制使能

32

主轴电机过载

I6.1

Q4.2

脉冲使能

33

冷却电机过载

I6.3

Q4.3

启动接触器

34

润滑泵电机过载

I6.4

Q4.4

主轴正转

35

X轴参考点

I6.6

Q4.5

主轴制动

36

10

Y轴参考点

I6.7

Q4.6

Z轴抱闸

37

11

Z轴参考点

I7.0

Q4.7

主轴反转

38

12

+X限位

I7.1

Q5.0

冷却控制

39

13

-X限位

I7.2

+24VDC

输出公共端

47

14

+Y限位

I7.3

+24VDC

输出公共端

48

15

-Y限位

I7.4

+24VDC

输出公共端

49

16

+Z限位

I7.5

+24VDC

输出公共端

50

17

-Z限位

I7.6

18

电源模块准备好

I7.7

19

I2t或温度监控

I8.0

在MCP的用户选择键中，定义KT4键（#5）为伺服使能控制，定义KT5键（#6）为冷却控制键，各键上方的LED为对应状态指示灯。

2.2 PLC程序设计

结合铣床的系统配置，设计的PLC程序由一个主程序和七个子程序组成，具体如下：

文本框: 图3 PLC主程序

2.2.1 主程序MAIN（OB1）

主程序MAIN是PLC在RUN状态下自动循环执行的程序，其主要作用：一是利用SM0.1接点在PLC个扫描周期调用PLC初始化子程序PLC_INI（SBR32），完成PLC的初始化工作；二是利用SM0.0接点在PLC每个扫描周期调用各子程序，完成相应的机床逻辑控制功能，主程序如图3所示。

2.2.2  PLC初始化子程序PLC_INI（SBR32）

PLC的初始化用于设置一些基本接口信号，包括设定V32000006.7=1，使NCK通道接口的进给倍率生效；设定各轴V380X0001.5=1和V380X0001.7=1，使各轴进给倍率生效和测量系统有效。

2.2.3 急停处理子程序EMG_STOP（SBR33）

EMG_STOP子程序主要处理急停操作以及对伺服电源模块的上电和下电时序进行控制。

当主轴电机和冷却电机同时过载时，利用Q4.0及外部中间继电器切断控制回路电源；当按下急停键、主轴电机过载、冷却电机过载、伺服电源模块未准备好或伺服电源模块I2t报警的任一条件满足时急停动作，由PLC→NCK发要求急停信号（V26000001.1=1），同时可触发相应的报警信号。

文本框: 图4 伺服电源模块上下电时序图

当NCK→PLC发急停有效（V27000000.1=1）信号时，PLC程序按伺服电源模块的下电时序依次断开模块的控制使能信号（端子64）、脉冲使能信号（端子63）、启动接触器信号（端子48）。当急停退出时，PLC则按相反时序完成伺服电源模块的上电。伺服电源模块的上下电时序如图4所示，图中

一般取200ms。

2.2.4 802D机床控制面板MCP信号传递子程序MCP_802D（SBR34）

MCP_802D子程序主要是将MCP上各按键的动作信号送至PLC，包括伺服使能、主轴控制、系统控制方式选择、NC 启停及复位、各轴点动控制、主轴及进给倍率、增量选择等信号，并将NCK已确认的增量值、NC启停等信息返回MCP。

2.2.5  MCP和HMI信号处理子程序MCP_NCK（SBR38）

MCP_NCK子程序主要将MCP上已选择并送到PLC的NC启停及复位、系统控制方式、增量值、主轴及进给倍率、各轴点动控制、快进以及HMI上所激活的空运行、快进倍率生效、程序跳段和测试等信息送NCK。各轴点动控制信息送NCK前应进行越限判断。

2.2.6 据HMI接口信号选择手轮子程序HANDWHL（SBR39）

由于系统中只安装了一个电子手轮（802D系统Z多可安装三个电子手轮），因此在用手轮控制各轴进给时，需要在HMI中用软键选择要控制的轴号。HANDWHL子程序的作用：一是初始化手轮在机床坐标系中选择的轴号，二是判断和激活用户所选择的轴号并送NCK，由NCK根据手动控制方式下选择的增量实现对相应轴的手轮脉冲进给控制。

2.2.7 主轴和进给轴控制子程序AXIS_CTL（SBR40）

AXIS_CTL子程序用于主轴和进给轴控制。主轴的控制是根据MCP选择的主轴控制信号或NC程序译码得到的M代码实现主轴的启停及正反转控制。进给轴的控制首先根据伺服电源模块控制使能和脉冲使能启动信号，将各轴的伺服使能和脉冲使能信号送NCK，如电源模块的脉冲使能信号消失，则将各轴伺服使能复位信号送NCK；接着根据Z轴

伺服电机

的工作条件完成Z轴电机抱闸的控制；进行机床回参考点以及各轴点动进给的控制，并进行各轴进给的越限判断及处理，出现越限时禁止进给并触发相应的系统报警信息。

2.2.8 冷却泵控制子程序COOLING（SBR44）

PLC程序设计时在用户选择键中定义了一个冷却控制键KT5，COOLING子程序首先根据冷却泵的当前状态及KT5键的触发情况判断冷却泵的启动或停止控制触发信号，然后在手动方式下根据控制信号实现对冷却泵的控制，如是在AUTO或MDA方式下，则根据NC程序译码得到的M代码实现对冷却泵的控制。当急停、NC复位、程序测试有效、冷却泵电机过载、M2或M30指令任一信号有效时，均要停泵。

结束语

802D数控系统PLC的编程, 是在完成机床数控系统配置及电气控制设计回路设计的基础上，根据机床控制功能要求、系统连接方式和I/O地址分配，利用802D系统子程序库并参考和修改西门子公司提供的实例程序来完成的，不同的系统配置，不同的机床功能要求，系统的PLC程序会不一样，但编程的原理和方法是一致的。由于篇幅有限，具体的PLC程序以及程序的调试方法，读者可通过阅读和研究西门子公司相关资料来掌握。

1. SINUMERIK 802D  

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。

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. SINUMERIK 810D 

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.SINUMERIK 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。

二、西门子产品功能

SINUMERIK 840D标准控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这些功能在使用中不会有任何相互影响。全数字化的系统、革新的系统结构、更高的控制品

质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了的工件质量。

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：Z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、刀具半径补偿的进入和退出策略及交点计算、刀具长度补偿、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。

安全保护功能

数控系统可通过预先设黄软极限开关的方法．进行工作区域的限制及程序执行中的进给减速，同时还可以对主铀的运行进行监控。

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、刀具偏置、补偿的存储。

PLC编程

840D的集成式PLC完全以标准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程序能以极高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提供了多沿种的显示功能，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，系统提供的话言有巾文、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。

1. 西门子数控系统的基本构成 

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Z有特点，Z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. 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。

西门子数控系统基本构成图

2.1 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 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(Man Machine communication)

Z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OP031Z为常用。

（3）、MCP(Machine control 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。

2.2 NCU(Numerical control unit)数控单元

SINUMERIK840D的数控单元被称为NCU（Numenrical Controlunit）单元（在810D中称为CCU（compact control unit））：ZY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。

2.3 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。

2.4 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），接口模块（Interface Module）机信号模块（Signal Module）。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。

西门子数控系统功率模块维修ZX，公司拥有先进、的检测仪器及专业维修工程师，如示波器、逻辑分析仪、集成电路在线测试仪、负载试验装备等，实现无图纸化芯片级维修，修复率达95%以上。

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