西门子6FC5357-0BB14-0AA0
基本信息
相对于802D在性能上有许多的改进，为广大的客户在希望扩大应用领域和范围方面提供了更多的可能和受益，例如：可以方便的使用 DIN
编程技术和 ISO 代码进行编程，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。
<a class="image-bbbb" bbbb="http://baike.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。<a class="image-bbbb" bbbb="http://baike.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) 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。
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：最多可以控制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。
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*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。
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。
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特点，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
系统集成和连接以下元件：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。可以连接3个I/O模块PP 72/48。
西门子6FC5357-0BB14-0AA0
步骤
明确驱动类型和供电方式
确定边界条件和集成至自动化系统
确定负载情况，计算大负载力矩，确定电机
确定 SINAMICS 电机模块
其它轴重复第 3 步和第 4 步
计算所需的直流母线功率和确定 SINAMICS 电源模块
确定电源侧功率部件（主开关、熔断器、电源滤波器等）
确定所需的闭环控制性能和选择控制单元，确定组件布线
确定其他的系统组件
计算组件对直流 24 V 供电的电流需要量并确定电源规格（例如：SITOP 装置及 24 V 电源模块）
确定连接系统的组件
配置驱动系统的组件
☐
1. 明确驱动类型
电机选型是以实际应用所需的转矩为基础的。
1FE2 的应用为主主轴驱动。
确定电机的输出转矩时，除了由应用决定的负载力矩外，还需明确以下机械数据：
要移动的质量
摩擦阻力
机械效率
大转速
大加速度和大减速度
周期时间
此外还需注意以下几点：
电机的选型应基于电机特定的极限特性曲线。这些极限特性曲线描述转矩或功率随转速变化的趋势。这些极限特性曲线展示了基于功率模块或电机模块的直流母线电压的电机极限特性。
直流母线电压取决于电网电压和电源模块的类型。
2. 确定边界条件和集成至自动化系统
选型时要注意，电机利用率要符合 100 K 绕组超温时的额定值。
将驱动集成至自动化系统时还需注意其他一些边界条件。
对于运动控制功能以及同步功能，要使用相应的自动化系统，例如：SINUMERIK。
通过 PROFIBUS 实现驱动与上位自动化系统的连接。
3. 确定负载情况，计算大负载力矩，确定电机
电机的选型应基于电机特定的极限特性曲线。
极限特性曲线描述了不同转速下的转矩变化以及基于电网电压和供电功能的电机极限。
图片: 同步电机极限特性曲线
电机的选型应根据所选应用中出现的负载情况而定。
为不同的负载情况使用不同的特性曲线。
定义了以下工作制：
根据负载情况确定电机
在特性曲线上找到具备特定转矩和转速的工作点，根据该点上的负载情况确定电机规格。
确定工作制并确定负载情况
计算大电机转矩
大电机转矩出现在加速阶段。在该加速阶段中，负载力矩和启动力矩相加，得出所需的电机大转矩。
通过电机的极限特性曲线验证大电机转矩是否合适。
确定电机
在确定电机时必须考虑下列标准：
❒
连续工作制
在连续工作制下，转矩与转速之间存在特殊的函数关系，
例如：M = 常数，M ~ n
2，M ~ n 或 P = 常数。
该驱动通常在稳态工作点上运行。此时需要为该稳态工作点进行基本负载设计。
基本负载力矩必须位于 S1 特性曲线上或在其下方。
而针对短时过载的情况，例如电机启动时，则需要进行过载设计。
同步电机的峰值转矩必须位于电压极限曲线下方
M，单位：Nm；n，单位：rpm |
|
AP 1 | 启动，例如 1 分钟 |
AP 2 | 连续工作制（S1），连续工作多个小时（带水冷） |
AP 3 | 连续工作制（S1），连续工作多个小时（不带水冷） |
图片: 连续工作制时的电机选择
断续周期工作制
除了连续工作制（S1）之外，还有带有不同负载持续率的断续周期工作制（S3）。此时按一系列相同的工作周期运行。每一周期包括一段恒定负载运行时间和一段停机、断能时间。
图片: S1 连续工作制
图片: S3 断续周期工作制，不影响启动过程
负载力矩必须位于相应的电机温升极限曲线之下。
断续周期工作制时需要考虑过载设计。
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提示 弱磁区域中的工作制设计必须使用选型工具 SIZER for SIEMENS Drives。 弱磁区域以外的工作制设计可使用以下公式。
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M，单位：Nm；n，单位：rpm |
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AP 1 | = 400 Nm，100 rpm 时 |
AP 2 | = 0 Nm，0 rpm 时 |
图片: 断续周期工作制时的电机选择
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提示 电机静止状态下可能需要设置保持力矩。该保持力矩必须在有效转矩“M有效”中考虑。 考虑了电机的保持力矩后，便可以省去自锁式齿轮箱。
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任意工作制
此工作制可定义电机转速和转矩随时间变化的趋势。
图片: 工作制示例
为每个时间段规定一个负载力矩。此外，还必须在加速段考虑平均负载转动惯量和电机转动惯量。必要时，还需要考虑与运动方向相反的摩擦力矩。
在计算电机需要输出的负载力矩或加速力矩时，需要考虑齿轮箱传动比和传动效率。
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提示 弱磁区域中的工作制设计必须使用选型工具 SIZER for SIEMENS Drives。 弱磁区域以外的工作制设计可使用以下公式。
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时间段 Δt i 中的电机转矩：
J M | 电机转动惯量 |
J G | 齿轮箱转动惯量 |
J 负载 | 负载转动惯量 |
n 负载 | 负载转速 |
i | 齿轮箱传动比 |
η G | 齿轮箱传动效率 |
M 负载 | 负载力矩 |
M R | 摩擦力矩 |
T | 循环时间，周期时间 |
A; E | 时间段 Δt i中的起始值，结束值 |
t e | 负载持续时间 |
Δt i | 时间间隔 |
电机平均转速“n电机，平均”时的电机有效转矩“M电机，有效”必须位于 S1 特性曲线下方。
大转矩“M大”出现在加速过程中，在同步电机和异步电机上该大转矩必须位于电压极限曲线/M大特性曲线的下方。
电机的设计结果如下：
图片: 根据工作制选择电机
电机选择
在连续工作制下并出现过载时，必须根据要求的过载力矩计算过载电流。
此时的计算规则与使用哪种电机类型（同步电机或异步电机）和哪种工作制（连续工作制或断续周期工作制）有关。
步骤
找到正好满足工作制所需条件的电机
计算基本负载下的电机电流
检查是否符合温升限值
确定电机的其他属性。配置电机选件
