销售西门子810D数控伺服操作面板

   ：余鑫（工程师）                        
 
        ： 同步
                                               
         :

西门子810D控制面板例如：可以方便的使用 DIN编程技术和 ISO 代码进行编程，的产品可靠性，数字控制器，可编程控制器，人机操作界面，输入/输出单元一体化设计的系统结构，由各种循环和轮廓编程提供的扩展编程帮助技术，通过DRIVE-CLiQ 接口实现的新数字式驱动技术提供了统一的数字式接口标准，各种驱动功能按照模块化设计，可以根据性能要求和智能化要求灵活安排，各种模块不需要电池及风扇，因而无需任何维护。

各种功能体现了西门子公司新的产品创新技术，例如5个数字驱动轴，其中任意4个都可以作为联动轴进行插补运算，另一个作为定位轴使用，同时，还提供一个相应的数字式主轴（模拟主轴即将推出）作为一个变型使用, 在带C 轴功能时，可以采用3个数字轴，一个数字主轴，一个数字辅助主轴和一个数字定位轴的配置。新一代的西门子驱动技术平台SINAMICS S120伺服系统通过已经集成在元件级的DRIVE-CLiQ来对错误进行识别和诊断，从操作面板就可以进行操作，使用的标准闪存卡（CF）可以非常方便的备份全部调试数据文件和子程序，通过闪存卡（CF）可以对加工程序进行快速处理，通过连接端子使用两个电子手轮，216 个数字输入和144 个数字输出（0.25A），RCS802 - 远程诊断和远程控制（NC 和 PLC），

RCS@Event

（通过电子邮件进行远程诊断），USB口（即将推出）。

产品种类

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。

用一个简要的图表对西门子各系统的定位作描述如下：

西门子各系统的性价比较

1) 802D

（请参阅：802D 简明调试指南）

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。

SINUMERIK 802D

SINUMERIK 802D

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) 810D

（请参阅：SINUMERIK 810D 840D 简明调试手册 - 2006版本）

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;

*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) 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。

西门子810D控制面板产品功能

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：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、*半径补偿的进入和退出策略及交点计算、*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。

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、*偏置、补偿的存储。

PLC编程

840D的集成式PLC*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*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。

销售西门子810D数控伺服操作面板

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提供了多言种的显示功能，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，系统提供的话言有中文、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。

2.1 西门子数控系统的基本构成

请参阅：SIEMENS数控系统操作部件

SIEMENS用于数控系统的HMI软件

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有特点，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。

2.2西门子810D系统的结构组成 （请参阅：SINUMERIK 810D 840D 简明调试手册 - 2006版本）

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。

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)

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OP031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. 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））：*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接口，RS232接口，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。

数字驱动

（请参阅：Simodrive 611 Universal 产品介绍）

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。

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），CPU模块，接口模块（Interface Module）及信号模块（Signal Module）。PLC模块的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。

元件

西门子810D控制面板系统集成和连接以下元件：大可以连接2个电子手轮，小型手持单元，通过I/O 模块PP 72/48 或通过 MCPA模块控制的机床操作面板，MCPA 模块被插入安装在PCU 210的后背板。MCPA 模块可以连接机床控制面板，同时具有用于模拟主轴的模拟接口。大可以连接3个I/O模块PP 72/48。

发展历史编辑

在1960-1964，西门子的工业数控系统在市场上出现。这一代的西门子数控系统以继电器控制为基础，主要以模拟量控制和编码器为基础。在1964年，西门子为其数控系统注册品牌 SINUMERIK.

在1965-1972，西门子以上一代的数控系统为基础，推出用于车床，铣床，和磨床的基于晶体管技术的硬件。

SINUMERIK 550系统

SINUMERIK 550系统

在1973-1981，西门子推出在SINUMERIK 550系统。这一代系统开始应用微型计算机和微处理器。在此系统中，PLC（可编程逻辑控制器）集成到控制器。

SINUMERIK 3系统

SINUMERIK 3系统

在1982-1983，西门子推出SINUMERIK 3系统

SINUMERIK 840C系统

SINUMERIK 840C系统

在1984-1994，西门子推出SINUMERIK 840C系统。西门子从此时起开始开放NC数控自定义功能，公布PC和HMI开放式软件包。此时的西门子敏锐地掌握了数控机床业界的显著趋势：开放性。基于系统的开放性，西门子显著地扩大了其OEM机床制造商定制他们的设备的可能性。

SINUMERIK 840D系统

在1996 - 2000西门子推出SINUMERIK 840D系统、SINUMERIK 810D系统、SINUMERIK 802D系统。人与机器相关的安全集成功能已经集成到软件之中。面向图形界面编程的ShopMill和ShopTurn能够帮助操作工以少的培训快速上手，易于操作和编程。

故障及维修：

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西门子810D数控系统开不了机维修西门子数控加工中心810D上电后，操作界面上显示，指示灯一直闪烁，系统起动不了。1.1故障分析：对于这种*代码的故障，需要从原理上来把握。SIMUMERIK 810D的数据分为三种：NCK数据、MMC数据和PLC数据。其中NCK主要完成传统NC控制功能，如加工程序块的预处理、插补运算、连接伺服驱动单元、实现位置控制等功能；MMC主要完成人机通讯功能，如控制整个系统的操作、显示及外部数据交换、加工程序的输入输出、系统自诊断，模拟加工等功能；PLC主要完成由用户来编制的控制程序，如机床的操作显示、运行控制、监控机床故障等功能。机床的起动顺序是PLC←→NCK←→MMC。1.2故障原因：a.NCK通信线路故障；b.PLC与MMC之间通信故障；c.NCK机床数据丢失；d.PLC数据有故障存在。1.3故障排除的方法与步骤：a.仔细检查起动中所有的指示灯及报警信号，发现机床背面NCU上报警灯（红灯）亮，同时PLC输出模块上故障灯（红灯）也亮；b.检查NCK通信线路以及周边线路均正常；西门子810D数控系统开不了机维修c.经以上检查后分析判断可能是NCK机床数据丢失了。据此进行系统总清，其中包括NC总清与PLC总清。*行NC总清，再进行PLC总清；NC总清：（1）系统上电重启后，将S3开关从“0”拨到“1”；（2）按NCU上的RESET键（数码管闪烁“5”“6”）；（3）当数码管显示的值为“6”后，将S3开关由“1”拨回到“0”；（4）NCK被清空，标准的机床数据被装载到机床中。PLC总清：（1）S4开关从“0”拨到“2”（PR绿灯灭，PS红灯亮）；（2）S4开关从“2”拨到“3”（PS红灯先灭后亮，在PS灯重新亮起之后的3秒内完成下一步）；（3）S4开关从“3”拨到“2”，再从“2”→“3”→“2”，（PS红灯开始闪烁，证明PLC正在清空中）；西门子810D数控系统开不了机维修4）当PS红灯停止闪烁后，S4开关从“2”拨到“0”，（PR绿灯亮，PS红灯灭），表明PLC被清空。d.系统总清完毕，重新启动并回装NCK与PLC数据，故障排除。2例2：系统能正常起动，但不能正常运行。运行后，操作界面上显示主轴报警，内容为：“21612通道1轴S1/SP1 VDI信号‘伺服使能’位移时被复位”，机床停止不动作。2.1故障分析：系统起动正常，表明PLC检测到所有的设备，主要是输入输出设备均正常。但是正常工作需要许多其它的外部条件，只有这些条件都满足后，系统才能正常工作。当进行加工时，系统首*行自检，发现故障后，马上进行报警。2.2故障原因：a.编码器线路断路或短路；b.编码器已损坏；c.编码器信号受到干扰；d.加工编制的程序有问题。2.3故障排除的方法与步骤：a.检查编码器线路（控制柜侧），插头等均正常；b.检查编码器周边密封良好；c.检查编码器线路（主轴电机侧），均无短路或断路现象；d.取下编码器，接上5 V直流电源，手动旋转编码器轴，使用示波器观察其波形，发现无零相脉冲输出信号，可以断定是编码器故障。e.后分析编码器损坏的原因，是因为加工时主轴进给量过大，还有*太长，造成剧烈振动致使编码器损坏；f.更换同一型号的编码器（型号为ERN:1387.020-2048-G3）后，故障排除。3例3：电脑向西门子数控加工中心810D进行实时传输数据故障，操作界面上显示：RS232传输错误，不能与系统合拍，因而导致程序丢失现象。3.1故障分析：由于810D系统不带硬盘，所以在遇到大的加工程序的时候，系统只能采用实时传输模式，即程序输入到缓存后，达到25436字节左右后，暂停传送程序。如果从电脑发送程序到缓存后，如果不能暂停，那么发送的数据只能被丢弃。当有数据被丢弃，西门子系统就会报警，造成RS232传输故障。3.2故障原因：a.RS232通信设置不正确；b.RS232接口有问题；c.通信信号受到干扰；d.系统电源电压不稳定。3.3故障排除的方法与步骤：a.检查RS232通信设置，均为西门子的默认设置，正常；b.更换新的RS232通信线缆与电脑，故障依旧；c.检查周围并没有干扰源；d.更改RS232参数设置，以确保数据的正常传输。经过大量试验，总结出一组稳定的通讯数据设置，具体方法如下：分别在810D操作面板上、数据传送软件和设备管理器中，进行以下参数更改，并保存设置。“数据位8位”更改为7位；“奇偶校验无”更改为“偶校验”；“停止位1位”更改为“停止位2位”。e.修改后，重新传送文件，故障消失。4例4：起动时，显示700041故障，一闪而过，加工中心能够加工，但偶尔会连续出现21612、25201、300508报警，致使机床停止加工。上一篇：西门子伺服电机维修之报警故障下一篇：6SN1123维修更换驱动模块测试技巧

现在，西门子正沿着这个方向，开展广泛深入的研发工作。例如，在中国，一组西门子中国研究院的研究人员正在探索用于实现未来工业环境中人机交互的基本功能。乍看起来，自然语言处理或许是促进交互的技术，因为它不仅高效，而且已经发展成熟。由苹果公司开发的Siri就使用了自然语言处理技术。然而，在嘈杂的工厂环境中，它却并非理想之选。因此，西门子中国研究院的研究人员正在开发数据手套，以捕捉人手的运动和手势，从而向机器人描述复杂的指令。

目前，一只原型数据手套已在测试阶段。它装配了17个带有惯性传感器和磁性传感器的微电子机械系统。通过整合来自传感器的输入，手套的手势（包括每只手指的运动）将被合并传送到“受训”的机械臂与机械手处，以实时执行特定任务。随着这项技术的发展，机器学习将被用来训练机器人，教它们识别以手势表达的越来越复杂的指令，向机器人分配高级任务，以及教会机器人新的技能。

机械臂与机械手在进行任务训练时必须学会对各类物体施加不同的压力，这样才能优化抓取和移动的动作。在这方面，数据手套*。例如，西门子的原型手套配有作用力反馈功能，这就在人手与机器人之间形成了交互闭环。数据手套的指尖装有由微控制器驱动的压电陶瓷元件。当抓握特定物体时，手套可以产生对应准确压力值的不同频率和振幅的振动。一旦接收到这些数据，机械手就可以根据自身压力传感器返回的实时反馈，向物体施加适当压力。

在博士的带领下，西门子中国研究院的研究人员正在开发数据手套。

数据手套可以捕捉人手的运动和手势，向机器人传递复杂指令。

当数据手套的用户执行手部动作时，传感器将实时记录输入并将数据转发至受训机械臂。

请将扳手递给我
在高度灵活的未来生产环境中，机器人将无暇参加*培训。同人类工人一样，它们要现学现用。作为朝这个方向迈出的*步，西门子中国研究院的研究人员已经开发出了一套算法，让机器人能够执行一项非常重要的基础任务：抓取未知物体。这项任务虽然对人类而言轻而易举，但对于机器人却挑战性，因为机器人必须自主决定正确的抓取手势和与目标物体的接触点。有趣的是，这项任务的解决方案是以Xbox游戏机所用微软设备Kinect为基础开发出来的。

Kinect可以同时捕捉图像中的深度数据和红绿蓝（RGB）数据。前者用于确定抓取手势，而后者则用于计算抓取点。根据这个数据组合，机器人可以将目标物体与周围图像分离，并把它代入基于极限学习算法的模型。这个过程将顺序生成一组抓取点。前文中已经提到，在抓取物体时，机器人需要注意施加的作用力水平。一方面，作用力应当足够大以确保抓牢；另一方面，作用力也应当足够小，以免损坏物体。目前，工程师可以预先设定作用力水平，并通过安装在机器人抓取装置上的压力传感器来完成监测。然而，这种情况也将改变，因为一套自适应的作用力控制机制已在研发当中。

安全*
如果机器人助手真的能与人类并肩工作，那么安全将是一项重要的课题。为此，西门子中国研究院的研究人员正在研发基于阻抗控制理论的全新控制机制，它可以同时控制机械臂的位置和作用力。只要人类工人明确规定作用力的大值，这种机器人就能够推算出运动，从而在保持高准确度的情况下成为安全的自主助手。目前，研究人员正在研发阻抗控制型末端执行器来检验可能的模型和算法。这种模型和算法将控制机器人在动作过程中对物体施加的作用力。例如，末端执行器的一个可能的应用便是以恒定作用力水平打磨器件。

阻抗控制技术还可以应用在机器人编程中。传统的机器人编程不仅专业性很强，而且费时、昂贵。工程师要接受专业培训，并进行大量实践练习。但阻抗控制型机器人助手可以在培训领域开启一片新天地。在这种培训中，仅通过示范，机器人就可以同时完成学习与编程。这些示范动作可以被分解为不同的拖、放过程，机械臂通过一系列“教学点”学习特定的位置和手势。如此，机器人助手就能学会整个程序并可精确重复。对于快速变动的命令与需求，这种模式将成为一种简单而灵活的解决方案。