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西门子6FC5357-0BB31-0AE0代理商  SINUMERIK 840D/DE NCU 573.2 32MB D-RAM W/O SYSTEM SOFTWARE MEMORY: NC 1.5 MB, PLC 64 KB PREP. PROFIBUS-DP PREP. F. DIGITIZING
西门子出色的产品质量树立了业界*。对环保的高要求是我们环境管理的目标，我们始终贯彻执行。从产品

设计初期，我们便对产品可能对环境造成的影响进行考量，因而我们的产品符合 RoHS（有害物质限令）标准。

同样地，我们的生产环境通过了 DIN EN ISO 14001 认证。但对于西门子而言，环境保护不只是这些，它还意

味着我们要充分利用有价值的资源。我们的节能型驱动产品便是有力证明，它们可以节约高达 60% 的能源。

敬请了解西门子自动化与驱动解决方案为您带来的机遇，从中发现经济有效的解决之道，携手西门子，提高您

的竞争力。  上海楚控自动化设备有限公司
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西门子6FC5357-0BB31-0AE0

SINUMERIK 840D sl 是一个用于实现模块化高级机床设计的开放式数控系统。由于具有强大的创新系统功能，SINUMERIK 840D sl 的工艺应用十分广泛。SINUMERIK 840D sl 引领着全球机加工领域的趋势，成为将来各领域内的首选数控系统。

卓越性能

SINUMERIK 840D sl 配有采用*先进多核处理器技术、基于驱动的高性能 NCU，具有几乎无穷无尽的性能潜力。在 NCU-Link 中的 30 个加工通道中，可以控制*多 93 个轴。需要较少轴的机床设计可获益于 SINUMERIK 840D sl 的性能，既有极高的加工精度，加工时间又很短。

广泛的工艺技术足以满足车削和铣削应用的苛刻要求。

SINUMERIK 840D sl 的优势是能够在极限条件下进行铣削和车削。铣削应用的范围从汽车工业中制造动力传动系的大规模加工中心，直至航空工业中动态性很高的磨具制造 5 轴加工中心。车削应用则涵盖从带有 B 轴的多通道五轴车削中心，到高效多主轴应用。

除车削和铣削应用外，SINUMERIK 840D sl 还可用于众多其它工艺技术。这些工艺技术包括磨削、激光加工、齿轮加工和多任务加工。SINUMERIK 840D sl 的系统灵活性很高，这使得它在开辟全新工艺领域方面成为首选的数控系统，例如，航空领域复合材料加工中的铺带机应用。

 

Design

模块化，可扩展

采用 SINAMICS S120 Combi 的 SINUMERIK 840D sl BASIC – *多 6 轴，步入优级行列。

通过将 SINUMERIK 840D sl BASIC 与 SINAMICS S120 Combi 紧凑型变频器进行组合，可开发出*优的紧凑式机床。

采用 SINAMICS S120 的 SINUMERIK 840D sl – 具有*多 93 轴的数控性能。

除可扩展的 NCU 性能外，SINUMERIK 840D sl 还提供了高度模块化的操作员控制。由于采用灵活的 M:N 操作方式（例如，可将操作面板与 NCU 任意组合），SINUMERIK 840D sl 可基于现代高级机器设计的操作理念做出*佳调整。

模块化操作设计

工程组态

SINUMERIK 840D sl 系统具有无法匹敌的开放性。通过 SINUMERIK Integrate，可根据机床的工艺对数控系统进行*佳调整。SINUMERIK Integrate 还在生产自动化方面提供了很高自由度。例如，即使集成有机器人和搬运系统，也可对操作设备系统进行进一步完善和调整。借助于 CNC 内核和变频器的开放性，可实现独一无二的机械设计，如自适应控制犯法和特定运动变换。

在所有层次上通信

SINUMERIK 840D sl 通过领先的工业以太网标准 PROFINET 完美集成到西门子全集成自动化环境当中。全集成自动化代表着从现场层、生产层直至公司管理层的独特一致性。

其结果是：自动化系统的所有部件之间实现*佳相互作用，从而带来极为透明的高可用性制造过程。

适用于机床设备的完美传动解决方案

SINAMICS S120 Combi具有模块化 SINAMICS S120 系统的高性能，结构紧凑而坚固。一个整流装置和组多 4 个逆变装置集成到一个外壳内。由于可通过 2 个逆变装置进行智能扩展，SINAMICS S120 Combi 非常适合装备主轴功率*高为 15 kW 且*多有 5 个进给轴的紧凑式、标准化机床设计。

SINAMICS S120 代表着机床装备方面的高性能与灵活性。不仅有功率*高可达 300 kW 的各种逆变装置可供使用，而且还可以使用采用闭环直流回路的整流装置。这样就可达到极短的主轴加速时间，并能够对整台机器进行理想的无功电流补偿 (cosφ = 1)。而且，动态伺服控制 (DSC) 还针对进给和主轴电极的极高动态响应，提供了独特的闭环位置控制过程。

SINAMICS S120 和 S120 Combi 的所有组件（包括 SIMOTICS 电机和编码器）均通过高速 DRIVE CLiQ 接口连接到 SINUMERIK 840D sl。通过这种方式，数控系统检测所连接的全部组件的电子铭牌（即相关性能数据与生产数据）。这不仅可确保自动调试，而且还能实现*佳诊断、更快的服务和高效维护。

机床应用中具有*高精度和动态性能的 SIMOTICS 电机。

SIMOTICS 1FK7/1FT7 伺服电机的特点是堵转转矩高、转速极高以及具有完美的运转特性。高防护等级、高强度轴承部件和防振动安装方式可确保同步伺服电机的性能绝对可靠。优质磁性材

西门子SINUMERIK 数控系统
无论是高技术高精度机床，还是经济型数控设备，从全球技术领先的840D sl 到经济实用的808D，SINUMERIK的全系列产品必有一款适合您的需求。

 

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本文交流伺服电机中所采用的编码器为多摩川公司生产的型号为TS5668N21的17位绝对式编码器，一般的做法是采用生产厂商提供的专用芯片进行数据处理，但该做法有一个缺点，就是专用芯片的成本十分昂贵，与本文需要研制经济型的工业机器人宗旨相违背，为了降低成本，本文自己设计了将绝对式编码器信号转变为DSP能识别的串口信号电路。 

电感与光耦可以起到滤波和防浪涌的功能，由于该绝对式编码器输出的是差动信号，所以需要通过芯片SN65176BD(BDR)G4将绝对式编码器的差动信号转化为DSP可以识别的串口信号，即TTL信号，此外该芯片的供电电压为直流5V，所以该驱动系统还应该提供5V的直流电源，由于该工业机器人伺服驱动系统采用了利用一个DSP来控制两个永磁同步电机的想法，好处是降低成本，充分发挥了TMS320F2812的运算速度快及外设资源丰富的特点，所以两个电机的编码器信号分别通过串口SCIA和SCIB输入到同一个DSPTMS320F2812中。 

1.3低速外部输入信号转化电路设计 

由于外部的输入信号例如参数设置按钮等输入信号需要将其采集到DSP中，但只有3.3V的TTL电平才能被DSPTMS320F2812所识别，所以需要一个信号转化电路，该电路中采用了双向光耦，很好的起到了隔离保护的作用，一旦由于电压过大等意外，只需要更换光耦即可，防止DSP的接口也被烧坏。该电路采用的双向光电耦合器的型号为东芝公司生产的TLP280-4/SOP-16，其中SOP-16为其封装形式，该双向光耦公共端既可以接24V，也可以接0V，使用非常方便，通过该电路将可以将低速信号转化为3.3V的TTL信号，完成信号的转化，其中电路中的电容起滤波作用。 

经过转化后的TTL信号与输出之间还需要一个隔离电路，该电路主要起的隔离保护的作用，该电路采用单向的光电耦合器，其型号为东芝公司生产的TLP181/SOP-4，其中SOP-4为其封装形式。 

1.4智能功率模块及隔离驱动电路设计 

智能功率模块简称IPM模块，是一种将直流电转换为交流电的逆变器，是本系统的关键元件[3]，本系统采用MITSUBISHISEMICONDUCTOR公司生产的第四代IPM模块，型号为PS21767，该模块的*大输出电压为600V，*大输出电流为20A，输出范围广，该模块还具有短路保护及欠压保护功能，当检测到欠压或短路时，该模块停止工作的同时，还通过FO引脚发出故障信号给DSP，DSP立即停止发送PWM信号，实现自我保护。 

IPM模块采用POWEREX公司生产的PS21767模块，其周边接口电路主要包括供电电路、故障信号输出电路等。IPM的输入信号电压为15V，而PWM信号输出电压为5V，为了把不同的电压信号隔离开，抑制干扰，本系统使TMS320F2812的 

PWM信号先经过光电耦合器，再输入IPM模块，选取光电耦合器型号为ACPL-P480，该款芯片具有传播延迟短、共模抑制(CMR)能力高等优点，适合应用于IPM接口隔离。 

IPM模块具有过压、过流、欠压等保护功能，当这些情况发生时，IPM模块输出故障信号，然后输入到DSP，为了将IPM信号与DSP隔离，防止干扰，需要故障信号隔离电路。 

2.结论  本章首先简单介绍了选择DSPTMS320F2812芯片的原因，完成了DSP的选型，其次详细的说明了工业机器人伺服驱动系统的硬件设计，包括位置检测电路设计、低速外部输入信号转化电路设计、信号电平转化电路设计、变送器电路设计、DSP及外围接口电路设计、电压转换电路设计、智能功率模块及隔离驱动电路设计、电源系统电路设计、通讯接口电路设计、主回路整流电路设计、电流检测电路设计。


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图 2-10

图 2-11发送完成中断
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