1.2.2 SINUMERIK 840D数控系统各硬件的功能
1.数字控制单元（NCU）
数字控制单元NCU（Numerical Control Unit）是SINUMERIK840D数控系统的控制中心和信息处理中心，数控系统的直线插补、圆弧插补等轨迹运算和控制，PLC系统的算术运算和逻辑运算都是由NCU完成的。
根据选用硬件（如CPU芯片等）和功能配置的不同，NCU分为NCU561.4、NCU571.4、NCU572.4、NCU573.4、NCU573.5等若干种。NCU单元中也集成了SINU-MERIK 840D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，也就是包含HMI、NCK、PLC、驱动、CP等。
NCU单元很薄，所有的驱动模块均排列在其右侧，NCU单元在系统中的位置如下图所示。
NCU单元在系统中的位置
（1）NCU模块上的数码管 用于显示系统的运行状态，数码管显示的含义见下表。
数码管含义速查表
（2）指示灯
1）NCK状态指示灯。NCK模块上左面一组5个灯指示NCK的状态，其含义见下表。
NCK状态指示灯含义速查表
2）PLC状态指示灯。NCK模块上右面一组5个灯指示PLC的状态，其含义见下表。
PLC状态指示灯含义速查表
3）NCU模块上开关和按钮的作用。NCU模块上有两个微动多位旋转开关和两个按钮，S1按钮为复位按钮，按此按钮可对系统的软、硬件进行复位，然后引导系统重新启动。S2是系统非屏蔽中断请求按钮，按此按钮系统进行热启动。S3是NCK启动开关，设定NCK的启动运行方式。S4是PLC运行模式设定开关。这些开关的具体作用与位置设置见下表。
NCU模块上开关和按钮的作用
2.电源模块
电源模块（见下图）主要为NC和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。U/E电源模块不带馈入装置。I/RF电源模块带馈入装置。使用I/RF方式，应该在输入处加接三相电抗器，电源模块为驱动系统提供电源，NCU的5V、24V电压，功率模块的母线直流600V等电压都是其提供。
U/E型电源模块（如下所示为其电路图）整流部分采用二极管不可控整流电路，直流母线电压在490～644V范围内波动。功率等级有：5kW、10kW、28kW（需外接制动电阻）。
电源模块外形图
I/RF型电源模块（如下所示为其电路图）整流部分采用IGBT管，直流母线采用PWM，直流母线电压恒定在600V。功率等级有：16kW、36kW、55kW、80kW、120kW。
电源模块接口图
U/E型电源模块电路图
I/RF型电源模块电路图
电源模块上面的6个指示灯分别指示模块的故障和工作状态。一般正常情况下绿灯亮表示使能信号丢失（63和64），黄灯亮表示模块准备好信号，这时600V直流电压已经达到系统正常工作的允许值。
电源模块正常工作的使能条件：48、112、63、64接高电平，NS1和NS2短接，显示为一个黄灯亮，其他灯都不亮。直流母线电压应在600V左右。
电源模块接口及其作用见下表。
电源模块接口表
（续）
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电源模块故障现象、故障诊断及排除见下表。
电源模块故障速查表
3.611D驱动模块
SIMODRIVE 611D驱动模块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；相应的进给伺服电动机可采用1FT6或者1FK6系列，编码器信号为1Vpp正弦波，可实现全闭环控制；主轴伺服电动机为1PH7系列，其驱动模块采用了模块化设计，分功率模块、测量模块，各轴的测量模块可以不作任何设置的互换，功率模块只要功率相同也可以不用设置的互换。一般来说，X411接口是接电动机的编码器，这个是必须接的。X421接的是直接位置测量接口，如直线光栅、圆光栅。当组成半闭环系统时，可以只接电动机编码器，但需要设置相关机床参数。611D驱动模块及其电源工作原理见下图。
611D驱动模块
驱动模块电源工作原理图
611D控制模块与数控系统主要通过一根数据总线相连，基本没有太多的接口信号。611D接口及其作用见下表。
小提示
611D控制板的速度环和电流环的参数设置在NCK里面，故更换控制板后不需要重新设置参数。
4.OP单元
OP（Operator Panel）单元一般包括一个10′′/12′′/15′′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OP010、OP012、OP015等。OP单元建立起SINUMERIK 840D与操作者之间的交互界面，可以在OP上进行编程、调试、监控、查看报警信息、备份与恢复数据、设置机床参数等操作，OP012操作面板如下图所示。
OP012操作面板
5.MCP控制面板（见下图）
MCP（Machine Control Panel）是专门为数控机床而配置的，机床的开启，手动、自动、MDA等的选择，轴选择、轴使能开启、倍率等操作功能，机床的运行方式、状态等由LED灯指示。它也是OPI上的一个节点，840DMCP的MPI地址是6，用MCP后面的S3开关设定。
MCP的主要作用是完成数控机床的各类硬功能键的操作。主要有以下6个硬功能键操作：
1）操作模式键区，可选择的操作模式有JOG、MD、TEACHIN和AUTO这四种操作模式。
2）轴选择键区，实现轴选择，完成轴的点动进给、回参考点和增量进给。
3）自定义键区，供用户使用，通过PLC的数据块实现与系统的联系，完成机床生产厂所要求的特殊功能。
4）主轴操作区，主轴倍率开关实现主轴转速0～120%倍率修调，主轴起停按钮实现主轴驱动系统的起停，一般控制主轴驱动系统的脉冲使能和驱动使能。
5）进给轴操作区，进给轴倍率开关实现主轴转速50%～120%倍率修调，进给轴起停按钮实现进给轴驱动系统的起停，一般控制进给轴驱动系统的脉冲使能和驱动使能。
6）急停按钮实现机床的紧急停机，切断进给轴和主轴的脉冲使能和驱动使能。
机床上的MCP控制面板正面
机床上的MCP控制面板背面
LED1、LED2没有使用，LED3为24V电源指示灯，LED4为MPI通信指示灯。
6.PCU
PCU（PC Unit）实际上就是一台计算机。它有自己独立的CPU，还可以带硬盘和软驱。OP单元正是这台计算机的显示器，而西门子PCU的控制软件也在这台计算机中。PCU是专门为配合西门子最新的操作面板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（见下图）的软件是基于Windows NT（新版为Windows XP）的。PCU的软件被称作HMI，HMI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。
7.PLC模块
SINUMERIK 840D系统的PLC部分使用的是西门子SIMATICS7-300的软件及模块，在同一导轨上，从左到右依次为电源模块（Power Supply）、接口模块（Interface Module）及信号模块（Signal Module），PLC的CPU集成在NCU中，通过NCU上的X111（SIMATIC S7-300IM）接口与PLC模块连接。
内装型PLC的CNC系统框图见下图。
内装型PLC的CNC系统框图
