随着工业现代化的发展,数控自通的应用越来越广泛,世界上流行的数控系统包括FANUC,SIEMENS,A-B,FAGOR, HEIDENHAIN(海德汉)、三菱、NUM 等等。本文着重对西门子这一数控系统作了重要的介绍。

　　1、西门子数控系统的特点

    (1)SINUMERIK 802S base line集成了所有的CNC,PLC,HMI,I/O 于一身;(2)SINUMERIK 802C base line集成了所有的CNC,PLC,HMI,I/O 于一身;(3)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。

    2、西门子数控系统产品

    (1)专利产品,高度集成的SINUMERIK 810D。在数字化控制的领域中,SINUMERIK 810D第一次将CNC和驱动控制集成在一块板子上。可以控制5或6个轴。适用于车铣磨削机床。(2)突出的产品SINUMERIK 840D,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SIMATICS7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。标准的控制系统具有大量的特殊功能。如钻削、车削、铣削、磨削和手动加工技术。该系统也适用于其他特种技术,如剪切、冲压和激光加工等。

    3、西门子数控系统装置基本硬件构成

    CNC装置由CPU、BUS、存储器、HMI、I/O接口组成。

    3.1 (CPU)

    CNC系统的核心与“头脑”,主要具备的功能:可进行算术、逻辑运算;可保存少量数据;能对指令进行译码并执行规定动作;能和存储器、外设交换数据;提供整个系统所需的定时和控制;可响应其他部件发来的脉冲请求;包括的部件:算术、逻辑部件、累加器和通用寄存器组、程序计数器、指令寄存器、译码器、时序和控制部件。

    CNC装置中常用的CPU数据宽度为8位、16位、32位和64位。CPU满足软件执行的实时性要求,主要体现在CPU的字长、运算速度、寻址能力、中断服务等方面。

    3.2 总线(BUS)

    总线是传送数据或交换信息的公共通道。CPU板与其它模板如存储器板、I/O接口板等之间的连接采用标准总线,标准总线按用途分为内部总线和外部总线。数控系统中常用的内部标准总线有S-100、MULTI BUS、STD及VME等;外部总线有串行(如EIARS-232C)和并行(如IEEE-488)总线两种。

    STD总线(STD总线在1978年最早由Pro-Log公司作为工业标准发明的,由STDGM制定为STD-80规范,随后被批准为国际标准IEE961。STD-80/MPX作为STD-80追加标准,支持多主(MultiMaster)系统。STD总线工控机是工业型计算机,STD总线的16位总线性能满足嵌入式和实时性应用要求,特别是它的小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的工业I/O OEM模板、低成本、低功耗、扩展的温度范围、可靠性和良好的可维护性设计,使其在空间和功耗受到严格限制的、可靠性要求较高的工业自动化领域得到了广泛应用。 从1991年德国颁布FMS标准(DIN19245)至今已经历了十余年,现在已为全世界所接受。

    PROFIBUS现场总线的优越性1)符合国际标准,系统扩容与升级无障碍;2) 信号采集和系统控制模块均就近安装在采集点和控制点附近,模块之间以及模块和主控计算机之间仅使用一条通信线路连接,系统运行可靠性高,系统造价低,扩充和维修便利;3)充分发挥计算机网络技术的优越性,整个系统实现计算机三级网络管理,即实现现场终端设备-运行管理网络-自动化管理软件系统三部分有机结合;任意网络计算机节点上均可查询系统信息并进行相应操作; 4)系统状态灵活:人机界面友好,菜单式操作便于使用易于掌握。)

    3.3 存储器(ROM、RAM)

    存放CNC系统控制软件、零件程序、原始数据、参数、运算中间结果和处理后的结果的器件和设备。ROM用于固化数控系统的系统控制软件。RAM存放可能改写的信息。

    3.4 HMI及I/O接口

    HMI包括纸带阅读机、纸带穿孔机(很少见)、键盘、操作控制面板、显示器、外部存储设备。CNC装置与被控设备之间要交换的信息有三类:开关量信号、模拟量信号、数字信号,然而这些信号一般不能直接与CNC装置相联,需要一个接口(即设备辅助控制接口)对这些信号进行交换处理,其目的是:(1)对上述信号进行相应的转换,输入时必须将被控设备有关的状态信息转换成数字形式,以满足计算机对输入输出信号的要求;输出时,应满足各种有关执行元件的输入要求。信号转换主要包括电平转换、数字量与模拟量的相互转换、数字量与脉冲量的相互转换以及功率匹配等。(2)阻断外部的干扰信号进入计算机,在电气上将CNC装置与外部信号进行隔离,以提高CNC装置运行的可靠性。

　　 以上是西门子各数控系统的简单介绍,由上述介绍可知数控机床的数字控制系统由CNC、PLC、(I/O、HMI)及驱动系统组成。CNC和PLC可以综合设计称为内装型PLC(Built-in Type)或集成式、内含式,内装型PLC是CNC装置的一部分,一般不能独立工作,与CNC中CPU的信息交换是在CNC内部进行的,可与CNC装置共用一个CPU,如SINUMERIK802S/810D/802C等数控系统;也可以是单独CPU,如FANUC的0系统和15系统、美国A-B公司的8400系统和8600系统等。CNC装置和PLC功能在设计时就统一考虑,因而这种类型的PLC在硬件和软件的整体结构上合理、实用,可靠性高,性价比高,适用于类型变化不大的数控机床。对于开放式数控系统,某些板卡支持PLC软件编程,如PMAC;另外一类是专业化生产厂家生产的PLC产品来实现顺序控制,称为独立型(Stand-alone Type)PLC,或称为“通用型PLC”。具有完备的软硬件功能,能独立完成规定的控制任务。通过输入/输出接口与CNC装置连接,独立型PLC有:西门子SIMATIC S5、S7,FANUC公司的PMC-J系列产品等。

    参考文献
　　[1] Y.SHIBUYA 等.西门子数控系统的特点[J].国外大电机.1995,(2).

    [2] 李振宇 等.西门子数控系统的结构[J].防爆电机.2002,(4).