机器视觉：浅析西门子数控系统

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　　3.1?(CPU)　　CNC装置由CPU、BUS、存储器、HMI、I/O接口组成。

　　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IEE961STD-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

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