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| 產(chǎn)地類別 | 進口 | 應用領域 | 化工,電子 |
|---|---|---|---|
| 產(chǎn)地 | 德國 | 品牌 | 西門子 |
SINUMERIK840D配置的驅動一般都采用SIMODRIVE611D.它包括兩部分：電源模塊+驅動模塊（功率模塊）。
電源模塊：主要為NC和給驅動裝置提供控制和動力電源，產(chǎn)生母線電壓，同時監(jiān)測電源和模塊狀態(tài)。根據(jù)容量不同，凡小于15KW均不帶饋入裝置，極為U/E電源模塊；凡大于15KW均需帶饋入裝置，記為I/RF電源模塊，通過模塊上的訂貨號或標記可識
產(chǎn)品簡介
詳細介紹
西門子6FC5357-0BB14-0AA0
基本信息
相對于802D在性能上有許多的改進，為廣大的客戶在希望擴大應用領域和范圍方面提供了更多的可能和受益，例如：可以方便的使用 DIN編程技術和 ISO 代碼進行編程，產(chǎn)品可靠性，數(shù)字控制器，可編程控制器，人機操作界面，輸入/輸出單元一體化設計的系統(tǒng)結構，由各種循環(huán)和輪廓編程提供的擴展編程幫助技術，通過DRIVE-CLiQ 接口實現(xiàn)的數(shù)字式驅動技術提供了統(tǒng)一的數(shù)字式接口標準，各種驅動功能按照模塊化設計，可以根據(jù)性能要求和智能化要求靈活安排，各種模塊不需要電池及風扇，因而無需任何維護。
各種功能體現(xiàn)了西門子公司的產(chǎn)品創(chuàng)新技術，例如5個數(shù)字驅動軸，其中任意4個都可以作為聯(lián)動軸進行插補運算，另一個作為定位軸使用，同時，還提供一個相應的數(shù)字式主軸（模擬主軸即將推出）作為一個變型使用, 在帶C 軸功能時，可以采用3個數(shù)字軸，一個數(shù)字主軸，一個數(shù)字輔助主軸和一個數(shù)字定位軸的配置。新一代的西門子驅動技術平臺SINAMICS S120伺服系統(tǒng)通過已經(jīng)集成在元件級的DRIVE-CLiQ來對錯誤進行識別和診斷，從操作面板就可以進行操作，使用的標準閃存卡（CF）可以非常方便的備份全部調試數(shù)據(jù)文件和子程序，通過閃存卡（CF）可以對加工程序進行快速處理，通過連接端子使用兩個電子手輪，216 個數(shù)字輸入和144 個數(shù)字輸出（0.25A），RCS802 - 遠程診斷和遠程控制（NC 和 PLC），RCS@Event（通過電子郵件進行遠程診斷），USB口（即將推出）。
產(chǎn)品種類
西門子數(shù)控系統(tǒng)是西門子集團旗下自動化與驅動集團的產(chǎn)品，西門子數(shù)控系統(tǒng)SINUMERIK發(fā)展了很多代。目前在廣泛使用的主要有802、810、840等幾種類型。
用一個簡要的圖表對西門子各系統(tǒng)的定位作描述如下：
西門子各系統(tǒng)的性價比較
1) 802D
（請參閱：802D 簡明調試指南）
具有免維護性能的SINUMERIK802D，其核心部件 - PCU （面板控制單元）將CNC、PLC、人機界面和通訊等功能集成于一體?？煽啃愿?、易于安裝。
<a class="image-bbbb" bbbb="http://baike.SINUMERIK 802D
SINUMERIK802D可控制4個進給軸和一個數(shù)字或模擬主軸。通過生產(chǎn)現(xiàn)場總線PROFIBUS將驅動器、輸入輸出模塊連接起來。模塊化的驅動裝置SIMODRIVE611Ue配套1FK6系列伺服電機，為機床提供了全數(shù)字化的動力。
通過視窗化的調試工具軟件，可以便捷地設置驅動參數(shù)，并對驅動器的控制參數(shù)進行動態(tài)優(yōu)化。
SINUMERIK802D集成了內置PLC系統(tǒng)，對機床進行邏輯控制。采用標準的PLC的編程語言Micro/WIN進行控制邏輯設計。并且隨機提供標準的PLC子程序庫和實例程序，簡化了制造廠設計過程，縮短了設計周期。
2) 810D
（請參閱：SINUMERIK 810D 840D 簡明調試手冊 - 2006版本）
在數(shù)字化控制的領域中，SINUMERIK 810D次將CNC和驅動控制集成在一塊板子上。
快速的循環(huán)處理能力，使其在模塊加工中獨顯威力。<a class="image-bbbb" bbbb="http://baike.SINUMERIK 810D NC軟件選件的一系列突出優(yōu)勢可以幫助您在競爭中脫穎而出。例如提前預測功能，可以在集成控制系統(tǒng)上實現(xiàn)快速控制。
另一個例子是坐標變換功能。固定點停止可以用來卡緊工件或定義簡單參考點。模擬量控制控制模擬信號輸出;
刀具管理也是另一種功能強大的管理軟件選件。
樣條插補功能(A，B，C樣條)用來產(chǎn)生平滑過渡；壓縮功能用來壓縮NC記錄；多項式插補功能可以提高810D/810DE運行速度。
溫度補償功能保證您的數(shù)控系統(tǒng)在這種高技術、高速度運行狀態(tài)下保持正常溫度。此外，系統(tǒng)還為您提供鉆、銑、車等加工循環(huán)。 SINUMERIK 840D
3) 840D
SINUMERIK 840D數(shù)字NC系統(tǒng)用于各種復雜加工,它在復雜的系統(tǒng)平臺上，通過系統(tǒng)設定而適于各種控制技術。840D與SINUMERIK_611數(shù)字驅動系統(tǒng)和SIMATIC7可編程控制器一起，構成全數(shù)字控制系統(tǒng)，它適于各種復雜加工任務的控制，具有優(yōu)于其它系統(tǒng)的動態(tài)品質和控制精度。
產(chǎn)品功能
控制類型
采用32位微處理器、實現(xiàn)CNC控制，用于完成CNC連續(xù)軌跡控制以及內部集成式PLC控制。。
機床配置
可實現(xiàn)鉆、車、銑、磨、切害、沖、激光加工和搬運設備的控制，備有全數(shù)字化的SIMDRIVE611數(shù)字驅動模塊：最多可以控制31個進給軸和主軸．進給和快速進給的速度范圍為100-9999mm/min。其插補功能有樣條插補、三階多項式插補、控制值互聯(lián)和曲線表插補，這些功能。為加工各類曲線曲面零件提供了便利條件。此外還具備進給軸和主鈾同步操作的功能。
操作方式
其操作方式主要有AUTOMATIC(自動)、JOG(手動)、示教（TEACH IN） 手動輸入運行（MDA） ，自動方式：程序的自動運行，加工程序中斷后，從斷點恢復運行；可進行進給保持及主軸停止，跳段功能，單段功能，空運轉。
輪廓和補償
840D可根據(jù)用戶程序進行輪廓的沖突檢測、刀具半徑補償?shù)倪M入和退出策略及交點計算、刀具長度補償、螺距誤差補償棚測量系統(tǒng)誤差補償、反向間隙補償、過象限誤差補償?shù)取?/div>
NC編程
840D系統(tǒng)的NC編程符合DIN 66025標準(德國工業(yè)標準)，具有高級語言編程特色的程序編輯器，可進行公制、英制尺寸或混合尺寸的編程，程序編制與加工可同時進行，系統(tǒng)具備1．5兆字節(jié)的用戶內存，用于零件程序、刀具偏置、補償?shù)拇鎯Α?/div>
PLC編程
840D的集成式PLC*以標準sIMAncs7模塊為基礎，PLC程序和數(shù)據(jù)內存可擴展到288KB，u/o模塊可擴展副2048個輸入/輸出點、PLC程序能以*的采樣速率監(jiān)視數(shù)據(jù)輸入，向數(shù)控機床發(fā)送運動停止/起動等指令。
操作部分硬件
840D系統(tǒng)提供了標準的PC軟件、硬盤、奔騰處理器，用戶可在Windows98/2000下開發(fā)自定義的界面。此外，2個通用接過RS232可使主機與外設進行通信，用戶還可通過磁盤驅動器接口和打印機并聯(lián)接口完成程序存儲、讀入及打印工作。
顯示部分
840D提供了多言種的顯示功能，用戶只需按一下按鈕．即可將用戶界面從一種語自轉換為一種語言，系統(tǒng)提供的話言有中文、英語、德語、西班牙語、法語、意大利語：顯示屏上可顯示程序塊、電動機軸位置、操作狀態(tài)等信息。
2.1 西門子數(shù)控系統(tǒng)的基本構成
請參閱：SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)操作部件
SIEMENS用于數(shù)控系統(tǒng)的HMI軟件
西門子數(shù)控系統(tǒng)有很多種型號，首先我們來觀察一下802D所構成的實物圖，SINUMERIK 802D是個集成的單元，它是由NC以及PLC和人機界面（HMI）組成，通過PROFIBUS總線連接驅動裝置以及輸入輸出模板，完控制功能。
而在西門子的數(shù)控產(chǎn)品中特點，代表性的系統(tǒng)應該是840D系統(tǒng)。因此，我們可以通過了解西門子840D系統(tǒng)，來了解西門子數(shù)控系統(tǒng)的結構。首先通過以下的實物圖觀察840D系統(tǒng)。
2.2西門子810D系統(tǒng)的結構組成 （請參閱：SINUMERIK 810D 840D 簡明調試手冊 - 2006版本）
SINUMERIK840D是由數(shù)控及驅動單元（CCU或NCU），MMC,PLC模塊三部分組成，由于在集成系統(tǒng)時，總是將SIMODRIVE611D驅動和數(shù)控單元(CCU或NCU)并排放在一起，并用設備總線互相連接，因此在說明時將二者劃歸一處。
1. 人機界面
人機交換界面負責NC數(shù)據(jù)的輸入和顯示,它由MMC和OP組成 MMC(Man Machine Communication)包括：OP(Operation panel)單元，MMC,MCP(Machine Control Panel)三部分。MMC實際上就是一臺計算機，有自己獨立的CPU,還可以帶硬盤，帶軟驅；OP單元正是這臺計算機的顯示器，而西門子MMC的控制軟件也在這臺計算機中。
（1）MMC(Man Machine communication)
常用的MMC有兩種：MMCC100.2和MMC103,其中MMC100.2的CPU為486,不能帶硬盤；而MMC103的CPU為奔騰，可以帶硬盤，一般的，用戶為SINUMERIK810D配MMC100.2,而為SINUMERIK840D配MMC103.PCU(PC UNIT)是專門為配合西門子的操作面板OP10、OP10S、OP10C、OP12、OP15等而開發(fā)的MMC模塊，目前有三種PCU模塊——PCU20、PCU50、PCU70, PCU20對應于MMC100.2，不帶硬盤，但可以帶軟驅；PCU50、PCU70對應于MMC103,可以帶硬盤，與MMC不同的是：PCU50的軟件是基于WINDOWS NT的。PCU的軟件被稱作HMI。
HMI有分為兩種：嵌入式HMI和高級HMI。一般標準供貨時，PCU20裝載的是嵌入式 HMI,而PCU50和PCU70則裝載高級HMI。
（2）OP(Operation pannel)
OP單元一般包括一個10.4〞TFT顯示屏和一個NC鍵盤。根據(jù)用戶不同的要求，西門子為用戶選配不同的OP單元，如： OP030,OP031,OP032,OP032S等，其中OP031常用。
（3）、MCP(Machine control pannel)
MCP是專門為數(shù)控機床而配置的，它也是OPI上的一個節(jié)點，根據(jù)應用場合不同，其布局也不同，目前，有車床版MCP和銑床版MCP兩種。對810D和840D，MCP的MPI地址分別為14和6，用MCP后面的S3開關設定。
對于SINUMERIK840D應用了MPI（Multiple Point Interface）總線技術，傳輸速率為187.5k/秒，OP單元為這個總線構成的網(wǎng)絡中的一個節(jié)點。為提高人機交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）總線，它的傳輸速率為1.5M/秒。
2. NCU(Numerical control unit)數(shù)控單元
SINUMERIK840D的數(shù)控單元被稱為NCU（Numenrical Controlunit）單元（在810D中稱為CCU（compact control unit））：控制單元,負責NC所有的功能,機床的邏輯控制,還有和MMC的通訊 它由一個COM CPU板. 一個PLC CPU板和一個DRIVE板組成.
根據(jù)選用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分為NCU561.2,NCU571.2,NCU572.2,NCU573.2(12軸)，NCU573.2(31軸)等若干種，同樣，NCU單元中也集成SINUMERIK840D數(shù)控CPU和SIMATIC PLC CPU芯片，包括相應的數(shù)控軟件和PLC控制軟件，并且?guī)в蠱PI或Profibus接口，RS232接口，手輪及測量接口，PCMCIA卡插槽等，所不同的是NCU單元很薄，所有的驅動模塊均排列在其右側。
數(shù)字驅動
（請參閱：Simodrive 611 Universal 產(chǎn)品介紹）
數(shù)字伺服：運動控制的執(zhí)行部分,由611D伺服驅動和1FT6(1FK6)電機組成。
SINUMERIK840D配置的驅動一般都采用SIMODRIVE611D.它包括兩部分：電源模塊+驅動模塊（功率模塊）。
電源模塊：主要為NC和給驅動裝置提供控制和動力電源，產(chǎn)生母線電壓，同時監(jiān)測電源和模塊狀態(tài)。根據(jù)容量不同，凡小于15KW均不帶饋入裝置，極為U/E電源模塊；凡大于15KW均需帶饋入裝置，記為I/RF電源模塊，通過模塊上的訂貨號或標記可識別。
611D數(shù)字驅動:是新一代數(shù)字控制總線驅動的交流驅動，它分為雙軸模塊和單軸模塊兩種，相應的進給伺服電機可采用1FT6或者1FK6系列，編碼器信號為1Vpp正弦波，可實現(xiàn)全閉環(huán)控制。主軸伺服電機為1PH7系列。
4. PLC模塊
SINUMERIK810D/840D系統(tǒng)的PLC部分使用的是西門子SIMATIC S7-300的軟件及模塊，在同一條導軌上從左到右依次為電源模塊（Power Supply），CPU模塊，接口模塊（Interface Module）及信號模塊（Signal Module）。PLC模塊的CPU與NC的CPU是集成在CCU或NCU中的。
電源模塊（PS）是為PLC和NC提供電源的+24V和+5V。
接口模塊（IM）是用于級之間互連的。
信號模塊（SM）使用與機床PLC輸入/輸出的模塊，有輸入型和輸出型兩種。
元件
系統(tǒng)集成和連接以下元件：可以連接2個電子手輪，小型手持單元，通過I/O 模塊PP 72/48 或通過 MCPA模塊控制的機床操作面板，MCPA 模塊被插入安裝在PCU 210的后背板。MCPA 模塊可以連接機床控制面板，同時具有用于模擬主軸的模擬接口?？梢赃B接3個I/O模塊PP 72/48。
西門子6FC5357-0BB14-0AA0
步驟
明確驅動類型和供電方式
確定邊界條件和集成至自動化系統(tǒng)
確定負載情況，計算大負載力矩，確定電機
確定 SINAMICS 電機模塊
其它軸重復第 3 步和第 4 步
計算所需的直流母線功率和確定 SINAMICS 電源模塊
確定電源側功率部件（主開關、熔斷器、電源濾波器等）
確定所需的閉環(huán)控制性能和選擇控制單元，確定組件布線
確定其他的系統(tǒng)組件
計算組件對直流 24 V 供電的電流需要量并確定電源規(guī)格（例如：SITOP 裝置及 24 V 電源模塊）
確定連接系統(tǒng)的組件
配置驅動系統(tǒng)的組件
?
1. 明確驅動類型
電機選型是以實際應用所需的轉矩為基礎的。
1FE2 的應用為主主軸驅動。
確定電機的輸出轉矩時，除了由應用決定的負載力矩外，還需明確以下機械數(shù)據(jù)：
要移動的質量
摩擦阻力
機械效率
大轉速
大加速度和大減速度
周期時間
此外還需注意以下幾點：
電網(wǎng)類型，在 IT 電網(wǎng)（非接地電網(wǎng)）上使用特定的電機類型和/或電源濾波器
環(huán)境溫度、電機和驅動組件的安裝高度
電機的選型應基于電機特定的極限特性曲線。這些極限特性曲線描述轉矩或功率隨轉速變化的趨勢。這些極限特性曲線展示了基于功率模塊或電機模塊的直流母線電壓的電機極限特性。
直流母線電壓取決于電網(wǎng)電壓和電源模塊的類型。
2. 確定邊界條件和集成至自動化系統(tǒng)
選型時要注意，電機利用率要符合 100 K 繞組超溫時的額定值。
將驅動集成至自動化系統(tǒng)時還需注意其他一些邊界條件。
對于運動控制功能以及同步功能，要使用相應的自動化系統(tǒng)，例如：SINUMERIK。
通過 PROFIBUS 實現(xiàn)驅動與上位自動化系統(tǒng)的連接。
3. 確定負載情況，計算大負載力矩，確定電機
電機的選型應基于電機特定的極限特性曲線。
極限特性曲線描述了不同轉速下的轉矩變化以及基于電網(wǎng)電壓和供電功能的電機極限。
M，單位：Nm；n，單位：rpm |
圖片: 同步電機極限特性曲線
電機的選型應根據(jù)所選應用中出現(xiàn)的負載情況而定。
為不同的負載情況使用不同的特性曲線。
定義了以下工作制：
連續(xù)工作制
斷續(xù)周期工作制
任意工作制
根據(jù)負載情況確定電機
在特性曲線上找到具備特定轉矩和轉速的工作點，根據(jù)該點上的負載情況確定電機規(guī)格。
確定工作制并確定負載情況
計算大電機轉矩
大電機轉矩出現(xiàn)在加速階段。在該加速階段中，負載力矩和啟動力矩相加，得出所需的電機大轉矩。
通過電機的極限特性曲線驗證大電機轉矩是否合適。
確定電機
在確定電機時必須考慮下列標準：
- 必須遵循動態(tài)極限值。所有“轉矩-轉速"點必須位于相關的極限特性曲線下方。
- 必須遵循電機溫升極限。同步電機的有效轉矩必須位于 S1（連續(xù)工作制）特性曲線下方。電機平均轉速下的電機有效轉矩根據(jù)工作制得出。
提示
同步電機時需注意，允許的大電機轉矩在電壓極限特性曲線的高速區(qū)內會減小。
為了防止電壓波動，要與電壓極限特性曲線保持 10 % 的距離。
?
連續(xù)工作制
在連續(xù)工作制下，轉矩與轉速之間存在特殊的函數(shù)關系，
例如：M = 常數(shù)，M ~ n
2，M ~ n 或 P = 常數(shù)。
該驅動通常在穩(wěn)態(tài)工作點上運行。此時需要為該穩(wěn)態(tài)工作點進行基本負載設計。
基本負載力矩必須位于 S1 特性曲線上或在其下方。
而針對短時過載的情況，例如電機啟動時，則需要進行過載設計。
同步電機的峰值轉矩必須位于電壓極限曲線下方
M，單位：Nm；n，單位：rpm | |
AP 1 | 啟動，例如 1 分鐘 |
AP 2 | 連續(xù)工作制（S1），連續(xù)工作多個小時（帶水冷） |
AP 3 | 連續(xù)工作制（S1），連續(xù)工作多個小時（不帶水冷） |
圖片: 連續(xù)工作制時的電機選擇
提示 不帶水冷的運行中必須存在自然對流。 |
斷續(xù)周期工作制
除了連續(xù)工作制（S1）之外，還有帶有不同負載持續(xù)率的斷續(xù)周期工作制（S3）。此時按一系列相同的工作周期運行。每一周期包括一段恒定負載運行時間和一段停機、斷能時間。
圖片: S1 連續(xù)工作制
圖片: S3 斷續(xù)周期工作制，不影響啟動過程
負載力矩必須位于相應的電機溫升極限曲線之下。
斷續(xù)周期工作制時需要考慮過載設計。
提示 弱磁區(qū)域中的工作制設計必須使用選型工具 SIZER for SIEMENS Drives。 弱磁區(qū)域以外的工作制設計可使用以下公式。 |
M，單位：Nm；n，單位：rpm | |
AP 1 | = 400 Nm，100 rpm 時 |
AP 2 | = 0 Nm，0 rpm 時 |
圖片: 斷續(xù)周期工作制時的電機選擇
提示 電機靜止狀態(tài)下可能需要設置保持力矩。該保持力矩必須在有效轉矩“M有效"中考慮。 考慮了電機的保持力矩后，便可以省去自鎖式齒輪箱。 |
任意工作制
此工作制可定義電機轉速和轉矩隨時間變化的趨勢。
圖片: 工作制示例
為每個時間段規(guī)定一個負載力矩。此外，還必須在加速段考慮平均負載轉動慣量和電機轉動慣量。必要時，還需要考慮與運動方向相反的摩擦力矩。
在計算電機需要輸出的負載力矩或加速力矩時，需要考慮齒輪箱傳動比和傳動效率。
提示 弱磁區(qū)域中的工作制設計必須使用選型工具 SIZER for SIEMENS Drives。 弱磁區(qū)域以外的工作制設計可使用以下公式。 |
時間段 Δt i 中的電機轉矩：
計算電機轉速 |
|
計算電機有效轉矩 |
|
計算電機平均轉速 |
|
J M | 電機轉動慣量 |
J G | 齒輪箱轉動慣量 |
J 負載 | 負載轉動慣量 |
n 負載 | 負載轉速 |
i | 齒輪箱傳動比 |
η G | 齒輪箱傳動效率 |
M 負載 | 負載力矩 |
M R | 摩擦力矩 |
T | 循環(huán)時間，周期時間 |
A; E | 時間段 Δt i中的起始值，結束值 |
t e | 負載持續(xù)時間 |
Δt i | 時間間隔 |
電機平均轉速“n電機，平均"時的電機有效轉矩“M電機，有效"必須位于 S1 特性曲線下方。
大轉矩“M大"出現(xiàn)在加速過程中，在同步電機和異步電機上該大轉矩必須位于電壓極限曲線/M大特性曲線的下方。
電機的設計結果如下：
M，單位：Nm；n，單位：rpm |
圖片: 根據(jù)工作制選擇電機
電機選擇
在連續(xù)工作制下并出現(xiàn)過載時，必須根據(jù)要求的過載力矩計算過載電流。
此時的計算規(guī)則與使用哪種電機類型（同步電機或異步電機）和哪種工作制（連續(xù)工作制或斷續(xù)周期工作制）有關。
步驟
找到正好滿足工作制所需條件的電機
計算基本負載下的電機電流
檢查是否符合溫升限值
確定電機的其他屬性。配置電機選件