数控系统构成与连接概述

第一讲 FANUC 数控系统结构及特点1第一讲 FANUC 数控系统结构及特点 ..................................... 2 1-1 FANUC 数控系统简介 ......................................... 2 1-2 FANUC 系统构成............................................... 4 1-3 与其它系统地区别 ............................................ 7 1-3-1 西门子硬件结构......................................... 7 1-3-2 FANUC 系统与西门子系统的差异.......................... 162第一讲 FANUC 数控系统结构及特点 1-1 FANUC 数控系统简介 目前在国内市场上的常见的 FANUC 数控系统有： FANUC 0C/D 系列 FANUC 0i 系列-A/B/C FANUC-21/21i 系列 FANUC-16/16i FANUC-18/18i 系列 FANUC-15/15i 系列 FANUC- 30i/31i/32i 系列 FANUC Power-Mate 系列 FANUC Open CNC（FANUC 00/210/160/180/150/320 等） 总体上讲 FANUC 0 C/D 系列、FANUC 0i A/B/C 系列以及 FANUC21i 系列 数控系统是用于 4（数控）轴以下的普及型数控机床。

FANUC 0 C/D 系列是上个世纪 90 年代的产品，早已停产，但目前在国内有 一定的保有量，因为 FANUC 0 D 是由北京-FANUC 生产的早期产品，硬件结构 是双列直插型的芯片， 大板结构， CPU 是 Intel-486 系列， 驱动采用全数字伺服。

图 1-1 FANUC 0C/D 系统FANUC 0i A/B/C 系列是 2000 后北京-FANUC 的新一代产品， 硬件采用 SMT ——表面贴装， 驱动采用 α 及 αi 系列或 β 及 βi 系列全数字伺服， 特别是 αi 系列 采用 FSSB——FANUC Series Servo Bus 总线结构，光缆传输，具有 HRV1~3 ——High Response Vector（高精度矢量控制）功能，可以实现高速高精度轮廓 加工。

第一讲 FANUC 数控系统结构及特点3图 1-2FANUC 0i-A/B/C 系统FANUC-21/21i 系列数控系统与 0i-C 基本上是同类系统，FANUC 公司本土 生产，主要在海外市场销售。

图 1-3FANUC 21 系统FANUC-16i/18i 系列数控系统属于 FANUC 中档系统， 适用于 5 轴以上的卧 式加工中心、龙门镗铣床，龙门式加工中心等。

图 1-4FANUC 16i/18M 系统FANUC-15/15i 系列数控系统是 FANUC 公司的全功能系统，主要体现在软 件丰富，可扩充联动轴数多。

4图 1-5FANUC 15 系统FANUC 30i/31i/32i 系列是新一代数控系统，采用新一代数控系统 HRV4， 可以实现纳米级加工，被用于医疗器械、大规模集成电路芯片模具加工等。

而 FANUC Power-Mate 系列一般与上述系统 Link 线相连接，用于上下料、 刀库、鼠牙盘等非插补轴。

FANUC Open CNC（FANUC 00/210/160/180/150/320 等）就是在上述系 统系列标志后面“加上 O”表示 Open CNC——开放式数控系统。

所谓开放式 数控系统，就是可以在 FANUC 公司产品平台之外，灵活挂接非 FANUC 公司产 品，如工业 PC 机 + Windows 软件平台 + FANUC NC 硬件+FANUC 驱动，或 FANUC 硬件平台 + Windows 软件平台，便于机床制造厂开发工艺软件和操作 界面。

图 1-6FANUC Open CNC 结构FANUC 数控系统在电气结构上主要由： ① CNC——Computer Numerical Control 即计算机数字控制系统 ② 内置 PMC——Programmable Machine Control 及接口电路。

③ 主轴及伺服驱动装置 1-2 FANUC 系统构成 通用型 FANUC 数控系统（OPEN CNC 除外） ，其 CNC 系统平台及软件完 全由 FANUC 公司开发， 没有 Windows 界面， 硬件采用 F-BUS （FANUC 总线） 。

整个数控系统由 CNC、伺服及主轴驱动、PMC（programmable machine tools control）及 I/O 电路组成和外围开关组成。

（参见下图 1-7~图 1-12）第一讲 FANUC 数控系统结构及特点5图 1-7FANUC i 系列系统图 1-8FANUC βi 系列伺服图 1-9 内置 PMC 梯形图图 1-10I/O 单元（接口电路）以及继电气电路、电磁阀、接近开关等外部设备。

图 1-11 三位四通液压阀图 1-12接近开关上述各组成部分详细说明请参见第三讲。

6图 1-13 FANUC i 系列连接图第一讲 FANUC 数控系统结构及特点71-3 与其它系统地区别 目前在市场上的主流数控系统 西门子 802s、802d（base line） 、802d-sl、810D、840D（power line） FANUC 0i 系列-A/B/C、FANUC-16i/18i21i、FANUC15 系统等。

三菱数控 M60S 系列-M64A、M64SM、M50、E60、C6、C64、系列等。

OKUMA 大隈数控等 由于目前在企业中用量最大的数控系统是 FANUC 和西门子， 所以本讲座主 要讨论这两种数控系统的结构差异。

1-3-1 西门子硬件结构 ⑴ 西门子 840D（power line）结构 其中：主要组成部分： NCU — — Numerical Control 单 元 ， 数 控 系 统 单 元 ， 含 不 同 版 本 的 NC-CPU 组件。

MCP 单元——Machine Control panel 机床操作面板。

Operator panels（operator panel front + PCU） ，operator panel front— —液晶显示器及 MDA 键盘，PCU 单元硬件，包括 CPU，硬盘等。

PCU ——Personal Computer 单元，PCU 又由 HMI——Human Machine Interface 人机界面（西门子开发的适宜操作者编程操作、维修管理人员 诊断故障、调整参数的人机对话操作画面） 。

HHU——HandHeld Unit 手持单元。

S7-300 I/O with IM 361 interface module —— 西门子 PLC 接口模块及 I/O 模块。

Single I/O module —— 独立 I/O 模块 主连接图如下：8图 1-14 西门子 840D 连接MS——Main Supply 主要为NCU和驱动部分提供电源、为电机提供直 流动力（DC600V）电源、为驱动部分提供再生制动 Regenerative braking（I/RF）。

MSD——Main Spindle Driver 主轴电机驱动控制模块。

FDD——Feed Driver 伺服电机（同步电机）驱动控制模块。

SIMATIC STEP-7 I/O devices —— PLC 接口模块及 I/O 装置。

PCU 与外围设备的连接第一讲 FANUC 数控系统结构及特点9图 1-15 西门子 840D PCU 及 NCK 连接其中 MPI bus cable——Multi Point Interface 多点接口总线，速率187.5kbaud。

DP——Profibus DP 欧洲工业标准总线。

HHU——HandHeld Unit 手持单元。

⑵ 西门子 802D-sl（solution-line）结构10图 1-16 西门子 802D-sl 的连接802D-sl 与 802d 最大的不同点，是采用西门子公司 SINAMICS S120 新的 一代驱动系统，又称 solution-line 总线结构（802d 采用的是 base-line 总线）。

S120 驱动系统的采用了最先进的硬件技术、软件技术以及通讯技术。

采用 高速驱动接口，配套的 1FK7 永磁同步伺服电机具有电子名牌，系统可以自动识 别所配置的驱动系统。

具有更高的控制精度和动态控制特性，更高的可靠性。

机 床制造厂应首先根据其机床选择合适的进给电机和主轴电机， 然后选择适合于该 电机的电机模块以满足电机的输出功率， 最后根据各个电机模块选出匹配的进线 电源模块。

滤波器和电抗器应根据进线电源模块的功率来选择，所有的进线电源 模块应该配置电抗器。

SINAMICS S120的电源模块全部采用馈能制动方式，其配置分为调节型电 源模块（Active Line Module缩写为ALM） 和非调节型电源模块（Smart Line Module缩写为SLM） 无论选用ALM或SLM， 。

均需要配置电抗器。

电机模块 （Motor Module缩写为MM）。

SINAMICS 的电源模块、电机模块均需要24V直流供电。

驱动器由进线电源模块和电机模块组成。

进线电源模块的作用是将380V三 相交流电源变为600V直流电源，为电机模块供电。

进线电源模块分为调节型和第一讲 FANUC 数控系统结构及特点11非调节型两种。

调节型的母线电压为直流600V。

非调节型的母线电压与进线的 交流电压有关。

不论是调节型的进线电源模块， 还是非调节型的电源进线模块均采用馈电制 动方式–制动的能量馈回电网。

调节型进线电源模块（Active Line Module 缩写为ALM） ALM 具有DRIVE CLiQ 接口，由802D sl X1接口引出的驱动控制电缆 DRIVE CLIQ连接到ALM的X200接口，由ALM的X201连接到相邻的电机模块的 X200，然后由此电机模块的X201连接至下一相邻电机模块的X200，按此规律连 接所有电机模块。

图 1-17 西门子 802D-sl 调节型驱动连接图 1-18 802D-sl 动力线与反馈线非调节型进线电源模块（Smart Line Module 缩写为SLM） SLM 没有DRIVE CLiQ接口， 由802D sl X1接口引出的驱动控制电缆DRIVE CLIQ直接连接到第一个电机模块的X200接口， 由电机模块的X201连接到下一个 相邻的电机模块的X200，按此规律连接所有电机模块。