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1、LOGO数控系统及仿真技术数控系统及仿真技术李宗学李宗学第二章第二章 典型数控系统典型数控系统第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统2.2 FANUC数控系统2.3 HEIDENHAIN数控系统 SIEMENS公司是全球生产数控类产品较早、产品市场占有率较大的生产厂家之一,因此,SIEMENS数控系统也是数控机床上使用较广,至今已开发、生产了多个系列的控制系统。2.1 SIEMENS数控系统 德国SIEMENS公司是生产数控系统的世界著名厂家,从20世纪70年代以来,SIEMENS公司凭借在数控系统及驱动产品方面的专业思考与深厚积累,不断制造出机床产品的典范之作,
2、为自动化应用提供了日趋完善的技术支持。SINUMERIK系列数控产品,能满足各种控制领域不同的控制需求,其构成只需很少的部件。它具有高度的模块化、开放性以及规范化的结构,适于操作、编程和监控。 现在市场上常用的SIEMENS公司数控系统有802系列、810系列、840系列等。SIEMENS公司目前比较普及的数控系统产品结构如图2-1所示。 除以上典型系统外,SIEMENS公司还有早期生产的SIEMENS 6系统(6T、6M、7T、7M系统)、SIEMENS 3系统(20世纪80年代欧洲的典型系统)、SIEMENS 8系统(8T、8M、8MC 系统)、SIEMENS 850880系统(850T、
3、850M和850880系统)、SIEMENS 840C等。以上系统多见于进口机床,其中SIEMENS 850880系统功能较强,SIEMENS 840C的功能与SIEMENS 840D相同。2.1 SIEMENS数控系统性能802S802C802DFM-NC810D高性能840D价格普及型高性能、低价位普及型图图2-12-1 SIEMENS公司数控系统产品结构公司数控系统产品结构2.1 SIEMENS数控系统SIEMENS 802系列系统系列系统2.1 SIEMENS数控系统 SIEMENS 802系列系统包括802S、802C、802D等型号,它是西门子公司20世纪90年代末开发的集CNC、
4、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 802系列系统系列系统2.1 SIEMENS数控系统SIEMENS 802系列系统系列系统 SIEMENS 802S、802C系列是系列是SIEMENS公司专为简易数控机床开发的经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:济型系统,两种系统的区别是: 802C系列采用数字式交流伺服驱动系统。SINUMERIK 802C base l
5、ine 提供传统的10V 的伺服驱动接口,基本配置的驱动系统为:SIMODRIVE base line,3Nm/6Nm和6Nm/8Nm双轴模块与11Nm 单轴模块,驱动带旋转变压器的1FK7伺服电机,当需要进行功率扩展应用时,可以选用SIMODRIVE 611U 伺服驱动系统和带单极对旋转变压器的1FK7 伺服电机; 802S系列采用步进电动机驱动; SINUMERIK802S base line提供脉冲及方向信号的步进驱动接口。2.1 SIEMENS数控系统SIEMENS 802系列系统系列系统 SIEMENS 802S、802C系列是系列是SIEMENS公司专为简易数控机床开发的经公司专为
6、简易数控机床开发的经济型系统,两种系统的济型系统,两种系统的相同之处是相同之处是: 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。 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2.1 SIEMENS数控系统SIEMENS 802系列系统系列系统 SIEMENS
7、802D 与与802S、802C系列的系列的不同之处是不同之处是: 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/
8、48 I/O单元)2.1 SIEMENS数控系统SIEMENS 802系列系统系列系统 SIEMENS 802D 与与802S、802C系列的系列的不同之处是不同之处是: 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
9、令进行编程,系统的开放性更强。2.1 SIEMENS数控系统SIEMENS 810DPCU 20 主轴电机I/O+馈入 / 再生模块轴扩展模块机床控制面板OP.键盘植入式 HMI 电源部分 NC(数字控制)+PLC(可编程逻辑控制)+ 驱动器可以提供多种HMI 版本电源部分2.1 SIEMENS数控系统主轴电机 I/OI/R机床控制面板OP.键盘Windows NT伺服电机 NC+PLC 驱动可以提供多种HMI 版本PCU50+电源部分SINUMERIK 840D2.1 SIEMENS数控系统SIEMENS 810D/840D系统系统 在数字化控制领域,SINUMERIK 810D第一次将CN
10、C和驱动控制集成在一块板子上。810系列按功能分有810T、810G、810N;按型号分有810、810、810型。810系列适用于中、低档的中、小型机床。810型适用于车床和铣床,可控制3轴,联动2轴。810型适用于车床、铣床和磨床,可控制4轴,联动3轴。810型适用于车床、铣床、磨床和冲压类机床,可控制5轴,联动3轴。810系列数控装置的主CPU为80186,系统分辨率为1 m,内置PLC为128点输入、64点输出。该系统具有轮廓监控、主轴监控和接口诊断等功能。2.1 SIEMENS数控系统SIEMENS 810D/840D系统系统SIEMENS 810D/840D的系统结构相似,但在性能
11、上有较大的差别。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。2.1 SIEMENS数控系统SIEMENS 810D/840D系统系统SIEMEN
12、S 810D/840D的系统结构相似,但在性能上有较大的差别。的系统结构相似,但在性能上有较大的差别。 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(图形化编程软件)、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
13、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。SINUMERIK 840D 系统简介第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统SINUMERIK 840D 系统简介SINUMERIK 840D 主机人机交互装置(MMC)CNC 键盘PLC模块S7-3001FT、1FK 系列进给电机1PH 数字主轴电机驱动装置SIMODRIVE
14、 611 DNCU模块模块Up to 31 axes / spindles, 10 channels, 10 mode groups840D第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统图2-1SINUMERIK 840D 系统简介nSINUMERIK 840D 是由数控及驱动单元(NCU)及驱动单元(SIMODRIVE 611D),MMC,PLC 的I/O 模块三部分组成。由于在集成系统时,总是将SIMODRIVE 611D 驱动和数控单元(NCU)并排放在一起,并用设备总线互相连接,因此有时将二者划归一处。nMMC 包括: OP(Operation panel)单元,
15、PCU20/50/70(MMC),MCP(Machine Control Panel)三部分;nPLC 的I/O 模块包括:电源模块(PS),接口模块(IM)和信号输入/输出模块(SM)。它们并排安装在一根导轨上。第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统SINUMERIK 840D 系统简介nSINUMERIK 840D 的数控单元被称作NCU(Numerical Control unit)单元。 同样地,NCU 单元中也集成SINUMERIK 840D 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Pr
16、ofibus 接口,RS232 接口,手轮及测量接口,PCMCIA卡插槽等(见图2-1)所不同的是NCU 单元很薄,所有的驱动模块均排列在其右侧。第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统经济型经济型普及型普及型中档中档高档高档SINUMERIK 802S用于控制车床、铣床等,性价比高SINUMERIK 802D用于控制车床、铣床等,性价比高。最多可以控制4个数字进给轴、1个主轴。SINUMERIK 810D全数字数控系统PerfectSoftware最多控制6轴 SINUMERIK 840D高性能数控系统最多可控31个进给轴和主轴第二章第二章 典型数控系统典型数控系
17、统2.1 SIEMENS数控系统一、产品种类一、产品种类32位微处理器实现CNC控制 。1.控制类型(1)标准的数控系统适于几乎所有的应用 (2)全数字化的驱动模块 (3)可控轴规模(4)插补功能钻/铣/车/磨切割/激光/搬运设备31个进给轴和主轴 样条/三阶多项式/控制值互联/曲线插补 进给轴和主轴同步操作 2.机床配置第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERIC 840D产品功能1)主轴定向2)恒切削速度3)变螺距螺纹4)主轴转速从0.1rpm99000rpm5)最高8挡切换6)模拟10v或数字驱动SIMODRIVE611-D (5)主轴配置
18、2.机床配置第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERIC 840D产品功能(1)自动方式(2)JOG方式(手动进给)(3)示教(TEACH IN)(4)手动输入运行(MDA) 3.操作方式第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERIC 840D产品功能(1)轮廓的冲突检测 (2)刀具半径补偿的进入和退出策略 (3)过象限误差补偿(4)刀具长度补偿(5)螺距误差补偿(6)测量误差补偿(7)反向间隙补偿4.轮廓和补偿第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERI
19、C 840D产品功能(1)安全程序监视1)测量电路2)系统温度3)电池4)电压5)存储6)限位开关7)风扇5.安全和诊断功能第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERIC 840D产品功能1)报警记录存储2)轮廓监视3)主轴监视4)PLC内部状态显示5)可编程工作区域限制(2)接口诊断5.安全和诊断功能第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERIC 840D产品功能(1)程序的编辑(2)程序的输入(3)程序的删除(4)程序的拷贝(5)PLC报警文本的编辑(6)程序中插入注释语句(7)绝对值及增量值编程D
20、IN 66025标准高级语言编程特色 6.CNC编程第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERIC 840D产品功能(1)STEP5编程语言(2)带扩展指令集可用LAD,STL,CSF进行编程(3)编程能力1)1024个输入地址2)1024个输出地址3)128个计数器4)128个计时器7.PLC编程第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERIC 840D产品功能(2)与外设通信(1)标准的PC软件8.操作系统与部分硬件1)2个通用接口RS2322)磁盘驱动器接口和打印机接口第二章第二章 典型数控系统典型
21、数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERIC 840D产品功能 屏幕文本可以在五种语言中切换(德,英,法,意,西);可显示坐标实际值和剩余距离值,多通道显示,并具有屏幕保护功能。9.显示功能第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统二、 SINUMERIC 840D产品功能1.人机界面(MMC)2.数控单元3.驱动单元4.PLC模块NCKHMIPLC数控系统数控系统NCK西门子802D结构实物图西门子840D结构实物图第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统三、 SINUMERIC 840D产品基本组成(1)MMC(2)O
22、P(3)MCPMan Machine communicationOperation panelMachine control panelMMC100.2/MMC103PCUHMINC键盘显示屏1.1.人机界面人机界面(MMC)第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统三、 SINUMERIC 840D产品基本组成2.数控单元(1)数控单元的组成(2)数控单元的接口第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统三、 SINUMERIC 840D产品基本组成驱动模块驱动模块电源模块电源模块带馈入装置(15KW)不带馈入装置(15KW)单轴模块双轴模块
23、非调节型非调节型调节型调节型3.3.驱动单元驱动单元驱驱动动组组成成第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统三、 SINUMERIC 840D产品基本组成接口模块信号模块电源模块4.PLC4.PLC模块模块第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统三、 SINUMERIC 840D产品基本组成操作站操作站电气柜电气柜5 5、数数控控系系统统的的连连接接伺服伺服电机电机380 VAC24V直流电源直流电源 SITOP/ PS307滤滤波波器器电电抗抗器器机床电器部件手轮变压器变压器220 VAC24 VDC P E N L R S 2 3 2
24、 接 口 RS232隔离器隔离器24VDC24VDC键盘机床控制面板机床控制面板主主开开关关220VAC个人个人计算机计算机24 VDCX111X222X333PP 72/48电电源源模模块块功率模块X111X222X333PP 72/4824 VDCPCU电缆通道电缆通道功率模块功率模块控控制制模模块块总线总线模块模块控控制制模模块块控控制制模模块块伺服伺服电机电机伺服伺服电机电机220VAC西门子西门子NC电气柜电气柜系统的连接 各部件的连接总图n840D各模块在安排排列时,最左边通常为电源模块,其后为NCU控制板,MSD主轴模块,FDD进给驱动模块。通常,驱动模块遵循功率越大的模块越靠近
25、左侧 SIMODIVE 611U 数字伺服驱动单元(伺服驱动器调试软件安装) :由电源模块、功率模块、611U控制模块组成。其中电源模块负责将380V交流电转换成600V直流母线电压。数字伺服驱动单元数字伺服驱动单元- SIMODIVE 611U - SIMODIVE 611U 7473.273.17253525163996419911248NS1NS2 电源馈入模块 功率模块 通常有1FK6/1FK7/1FT6/1PH7 等电机组成。数控系统采用24V直流供电,要选择好直流稳压电源的容量。数控系统中需要直流24V供电部件有:数控系统和键盘、机 床控制面板、数字输入输出模块等。尽可能采用单独的
26、24V DC电源为数字输出外部供电。7473.273.17253525163996419911248NS1NS224 VDCExchangeReadyOver TempPowerPP72/48主开关电网滤波器 (选件)电抗器(根据电源模块的功率选配)380 VACT64T63T48与主轴停止同步tt断电时序tt上电时序0 V连接到PLC输入端连接到PLC输出端0 V(电源馈入模块)A1A2X411 X412X472X471X423Q0.A和Q1.A用于模拟主轴的使能控制I 0.A是用于测量的高速输入接口如果测量装置使用外部24V电源,该24V电源的0V应与M24连接模拟输出用于模拟主轴的速度给
27、定。q 75A为10Vq 15 为参考地注意:模拟输出为8位D/A转换器,最小当量为78mV。所以该模拟信号不能用于位置控制如果使用Q0.A或Q1.A时,P24和M24应连接外部24V电源直流母线导流条必须与电源模块的直流母线导流条紧密连接56. A14. A24. A20. A65. A 9. AI 0. AI 1. AQ 0.AQ 1.A56. B14. B24. B20. B65. B 9. BI 0. BI 1. BQ 0. BQ 1. B75 A16 A751615P24M24663919TTL编码器接口用于连接主轴外置编码器。该接口最大信号频率为 1 MHz。对于车床或加工中心应根
28、据主轴的转速进可能选择高线数的编码器。建议:选用西门子配套的编码器和配套的电缆RS232通讯接口用于连接驱动器调试软件:SIMOCOM驱动器设备总线接口由电源模块通过配套的扁平电缆连接U V WUVW(611UE和功率模块)和功率模块)56. A14. A24. A20. A65. A 9. AI 0. AI 1. AQ 0.AQ 1.A75 A16 A751615P24M24663919611UE速度给定参考地CWCCWCOM变频器CWCCW10V模拟信号参考地24 VDC0 V0 V(模拟主轴的连接)电机信号电缆的屏蔽网与功率模块壳体连接电机电缆及信号电缆的屏蔽连接504846444240
29、3836494745434139373534333231302928272625242322212019181716151413121110987654321X111X222X333端子转换器输出公共端:外部24V直流电源输入公共端:外部24V直流电源的 0 V24V直流输出 可用于输入信号公共端端子27、28、29、30无定义24个电平输入信号 1530 V:为高电平 15 V:为低电平高电平电流:215 mA16个电平输出信号 高电平输出 :24 V 输出电流max:250 mA 同时系数 :1Company Logo第二章第二章 典型数控系统典型数控系统2.1 SIEMENS数控系统四、
30、 SINUMERIC 840D面板操作面板操作FANUC数控系统数控系统vFANUC数控系统(数控系统(FANUC System),缩写),缩写为为“FS”。其系统命名格式如下。其系统命名格式如下v FS-0i-M/T-D厂家识别系列号T-车削系统M-铣削系统系统版本号FANUC数控系统特点数控系统特点v 系统结构由大板结构过渡委模块化结构系统结构由大板结构过渡委模块化结构v 采用专用采用专用LSI,提高了系统的集成度和可靠性,提高了系统的集成度和可靠性v CNC装置上可配多种类型的控制软件,其产品适用于多种数控机床装置上可配多种类型的控制软件,其产品适用于多种数控机床v 采用了表面安装技术采
31、用了表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆等多种、多层印制电路板、光导纤维电缆等多种新工艺和新技术新工艺和新技术v 采用小体积的面板装配式、内装式采用小体积的面板装配式、内装式PMC(可编程机床控制器)的(可编程机床控制器)的CNC装置装置v 多种插补功能和补偿功能多种插补功能和补偿功能v 面向用户开放的面向用户开放的CNC装置装置v 支持多种支持多种I/O设备设备v 具有具有MAP(制造自动化协议)接口通信功能(制造自动化协议)接口通信功能v 产品系列丰富产品系列丰富FANUC典型数控系统组成典型数控系统组成v显示器与显示器与MDI 键盘键盘v进给伺服进给伺服v主轴电机控制主轴电机
32、控制v机床强电的机床强电的I/O点接口点接口vI/O Link i伺服伺服v数据输入数据输入/输出口输出口海德汉数控系统海德汉数控系统海德汉数控系统系列产品海德汉海德汉iTNC 530数控系统基本组成数控系统基本组成v计算机、硬盘、计算机、硬盘、SIKvCC 422控制单元控制单元vUV106 B电源模块电源模块v显示单元和键盘显示单元和键盘v手轮手轮vPLC模块模块v驱动模块驱动模块主轴电机主轴电机PCU 210PCU 210集成控制器单元集成控制器单元NC+PLC+HMINC+PLC+HMIPCU 210PCU 210键盘键盘机床控制面板机床控制面板驱动控制器驱动控制器伺服电机伺服电机I/
33、OI/O板板PROFIBUSPROFIBUSSINUMERIK 802D SINUMERIK 802D 驱动模块驱动模块数控系统模块数控系统模块显示、输入单元显示、输入单元I/OI/O接口接口SINUMERIK 840D SINUMERIK 840D 数控系统部分数控系统部分 NCU接口图数字驱动模块数字驱动模块功率模块功率模块控制模块控制模块DSP 数字伺服轴卡Company LogoDiagramThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.TitleAd
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