数控机床

  
 
    摘要：本文以SINUMERIK 840D在一台数控轧辊磨床上的应用，来解析SINUMERIK 840D系统软件结构及整个系统通讯，以提高我们对SINUMERIK 840D数控系统的理解和认识，更好的服务于生产。

     关键词：软件  通讯  数控系统  网络
 

      1. 引言

      SINUMERIK 840D系统是西门子公司于20世纪90年代推出的高性能数控系统。包括SINIMERIK 840D power line和SINUMERIK 840D solution line 两种版本，目前国内市场主流系统是SINUMERIK 840D power line数控系统，根据应用的对象和价格因素，可以选择各种版本的硬件配置。从结构上看SINUMERIK 840D包括三大部分，HMI(包括OP、PCU、MCP)、NCU(包括NCK和PLC)，和DRIVE（包括611D和电源），他们之间由总线连接，整个数控系统自成一个网络，完成通讯。

      2. 系统简介
  

      下面以SINUMERIK 840D在一台数控轧辊磨床上的应用来介绍整个系统的软件和通讯过程，该数控系统硬件配置为：数控核心采用的是NUC 572.5版本，PLC采用PLC 317_2DP ，HMI采用PUC50 ，驱动为SIMODRIVER 611D。控制对象是一台轧辊磨床，按要求完成轧辊的曲线磨削，同时保证一定的圆度、圆柱度、曲线误差和光洁度。

      3. 软件结构及通讯
  

     3．1  SINUMERIK 840D软件系统包括四大类：MMC软件系统、NC软件系统、PLC软件系统和通讯及驱动接口软件，它们之间即相互关联又有不同功能分工，共同完成整个系统的工作任务。
  

      (1) MMC软件也就是人机接口软件，主要完成的任务是支撑SINUMERIK 840D与MMC-CPU、PLC-CPU、NC-CPU之间的相互通讯和任务协调，它是整个数控系统的核心功能。在我们这台轧辊磨床上使用的是PCU50，它实际上就是一台完整的计算机，自带20G硬盘，Windows XP操作系统，带基本BIOS和MSDOS内核操作系统，以及串口、并口、鼠标键盘、网络接口等驱动程序。HMI 软件运行于Windows XP 平台之上，完成零件加工程序的编辑，程序模拟检查，程序操作加工数据设置等。值得注意的是MMC(我们这台设备是PCU50)硬盘分区和软件位置有要求：C、D区容量为2G，格式FAT16；D、E区容量没要求，格式为NTFS。C区为DOS区；D区为临时文件区；E区操作系统区，包括HMI软件；D区为用户数据区，可以存放用户程序数据。
  

      (2)  NC软件系统包括：NCK数控核初始引导软件、NCK数控核数字控制软件、SIMODRIVE 611D驱动数据、PCMCIA卡软件系统、PLC软件系统、通讯和驱动接口软件。

      NCK数控核初始化引导软件是固化的，负责完成NC数控系统的启动、检测、监控等功能。

      NCK数控核数字控制软件包括机床数据和标准的循环子系统，循环子系统是西门子开发的标准功能子程序，用户在需要时可以直接调用，只需修改相应的参数。

      SIMODRIVE 611D驱动数据是和伺服驱动相关的一些参数，用户配置好的轴数据以及轴优化参数，用于控制各个轴的进给动作。

      PCMCIA卡软件系统是安装在NCU板卡槽上的存储卡内，包括NCK、PLC、COM、DRIVE的系统软件、驱动通讯软件以及数控系统运行后由MMC传送来的用户数据和程序，完成轴的控制、程序解码等。

      PLC程序系统包括PLC系统支持软件、PLC基本程序和PLC用户程序，支持软件是支撑PLC程序运行的平台；基本程序是西门子事先编辑好的一些功能程序块，用户可以直接调用，只需修改相应的参数；用户程序是用户自己编写的程序。

      通讯和驱动接口软件主要作用是协调NCK-CPU，PLC-CPU和MMC-CPU三者之间的通讯，通讯协议的设置以及通讯接口的驱动。

      3．2  SINUMERIK 840D数控系统自成一个网络，它和其它网络通讯一样，也要遵循一定的规则：1，各组件（节点）地址不能冲突。在840D系统中默认MMC地位为1，MCP的地址为6，NCK地址为13，PLC地址13；值得注意的是如果BUS总线不是OPI，那么NCK地址应该是PLC地址加1，否则会造成地址错误。2，波特率要一致。在一个网络系统中，有时由于通讯协议不同，传送速率会有不同，在设置波特率时要注意这点。3，终端电阻的设置要正确。如果终端电阻在通讯节点的端点，要设置为ON；如果是在节点中间则要设置为OFF。

      (1) NCK和MMC之间的通讯一般采用OPI协议，即通讯总线接到NCU板的X101接口，这是SINUMERIK 840D专有的功能，也是为了提高系统通讯效率，因为OPI速率为1.5Mbps，而MPI速率为187.5Kbps。如果通讯总线接到X111接口则只能采用MPI协议，MPI总线和OPI总线在物理层结构是一样的，都是基于RS485，如果NCU板上X101接口出现问题，可以直接使用X111接口通讯，但数据传送速率降低了。

      (2) NCU和PLC之间的通讯采用两种总线，即MPI总线和Profibus总线。一般柜内ET200站采用MPI总线，接NCU板X111接口，而现场远程ET200站采用Profibus总线，接NCU板的X102口，Profibus总线传送速率也是1.5Mbps；内部信息交换由专用机床数据进行通讯。

      (3) NCU和驱动SIMODRIVE 611D间通讯是由两组总线完成的，即设备总线和驱动总线，NCU和611D是集成到一起的，根据驱动轴的多少来决定驱动模块的个数，在驱动总线的末端要插入终端电阻，表示驱动模块的结束。因为轴驱动模块上只有RAM单元，所以轴的控制信息和驱动文件，都通过驱动总线在数控系统启动后传送的，电子电源、使能信号和监控信号则由设备总线传送。

      (4) SINUMERIK 840D根据配置不同，最多可以支持10个通道，这些通道可以并行运行，独立进行处理程序数据，但它们之间也可以由指令进行通讯，进行数据交换，共同完成控制任务。

      (5)另外，SINUMERIK 840D还支持TCP/IP协议，通过相应的软件可以实现远程控制，远程诊断等。

       4. 结束语

      SINUMERIK 840D数控系统在各种行业的应用已经相当广泛，掌握其软件结构和通讯系统，对我们更好的理解整个数控系统大有裨益，也为在生产中840D数控系统的使用和维修维护人员提供借鉴。（本文来自;安阳钢铁集团有限公司)