SINUMERIK 840D是西门子公司20世纪90年代推出的高性能数控系统。它保持西门子前两代系统SINUMERIK 880和840C的三CPU结构：人机通信CPU（MMC-CPU）、数字控制CPU（NC-CPU）和可编程逻辑控制器CPU（PLC-CPU）。三部分在功能上既相互分工，又互为支持。

　　在物理结构上，NC-CPU和PLC-CPU合为一体，合成在NCU（Numerical Control Unit）中，但在逻辑功能上相互独立。

　　相对于前几代系统，SINUMERIK 840D具有以下几个特点：

（1）数字化驱动

　　在SINUMERIK 840D中，数控和驱动的接口信号是数字量，通过驱动总线接口，挂接各轴驱动模块。

（2）轴控规模大

　　最多可以配31个轴，其中可配10个主轴。

（3）可以实现五轴联动

　　SINUMERIK 840D可以实现X、Y、Z、A、B五轴的联动加工，任何三维空间曲面都能加工。

（4）操作系统视窗化

　　SINUMERIK 840D采用Windows 95作为操作平台，使操作简单、灵活，易掌握。

（5）软件内容丰富功能强大

　　SINUMERIK 840D可以实现加工（Machine）、参数设置（Parameter）、服务（Services）、诊断（Diagnosis）及安装启动（Start-up）等几大软件功能。

（6）具有远程诊断功能

　　如现场用PC适配器、MODEM卡，通过电话线实现SINUMERIK 840D与异域PC机通信，完成修改PLC程序和监控机床状态等远程诊断功能。

（7）保护功能健全

　　SINUMERIK 840D系统软件分为西门子服务级、机床制造厂家级、最终用户级等7个软件保护等级，使系统更加安全可靠。

（8）硬件高度集成化

　　SINUMERIK 840D数控系统采用了大量超大规模集成电路，提高了硬件系统的可靠性。

（9）模块化设计

　　SINUMERIK 840D的软硬件系统根据功能和作用划分为不同的功能模块，使系统连接更加简单。

（10）内装大容量的PLC系统

　　SINUMERIK 840D数控系统内装PLC最大可以配2048输入和2048输出，而且采用了Profibus现场总线和MPI多点接口通信协议，大大减少了现场布线。

（11）PC化

　　SINUMERIK 840D数控系统是一个基于PC的数控系统。

二、SINUMERIK 840D数控系统硬件结构

SINUMERIK 840D系统硬件组成原理如图1所示。

图1 SINUMERIK 840D数控系统硬件组成框图

下面介绍其主要的功能部件。

1. 数字控制单元NCU

　　NCU（Numerical Control Unit）是SINUMERIK 840D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。在SINUMERIK 840D中，NC-CPU和PLC-CPU采用硬件一体化结构，合成在NCU中。

2. 人机通信中央处理单元MMC-CPU

　　MMC-CPU的主要作用是完成机床与外界及与PLC-CPU、NC-CPU之间的通信，内带硬盘，用以存储系统程序、参数等。

3. 操作员面板OP031

　　操作员面板OP的作用是：显示数据及图形，提供人机显示界面；编辑、修改程序及参数；实现软功能操作。

　　在SINUMERIK 840D中有OP031、OP032、OP032S、OP030以及PHG等5种操作员面板。其中，OP031是常使用的操作员面板。

4. 机床操作面板MCP

　　MCP的主要作用是完成数控机床的各类硬功能键的操作。主要有以下列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、TEACH IN和AUTO 等4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0～150%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0～200%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

　　实现机床的紧急停车，切断进给轴和主轴的脉冲使能和驱动使能。

5. I/RF主电源模块

　　主电源模块主要功能是实现整流和电压提升功能。

6. 驱动系统

　　它包括主轴驱动系统和进给驱动系统两部分。

三、SINUMERIK 840D数控系统软件结构

SINUMERIK 840D系统软件结构如图2所示。

图2 SINUMERIK 840D数控系统软件结构图

　　SINUMERIK 840D软件系统包括4大类软件：MMC软件系统、NC软件系统、PLC软件系统和通信及驱动接口软件。

1. MMC软件系统

　　在MMC102/103以上系统均带有5GB或10GB的硬盘，内装有基本输入、输出系统（BIOS），DR-DOS内核操作系统、Windows95操作系统，以及串口、并口、鼠标和键盘接口等驱动程序，支撑SINUMERIK与外界MMC-CPU、PLC-CPU、NC-CPU之间的相互通信及任务协调。

2. NC软件系统

NC软件系统包括下列内容：

(1)NCK数控核初始引导软件

　　该软件固化在EPROM中。

(2)NCK数控核数字控制软件系统

　　它包括机床数据和标准的循环子系统，是西门子公司为提高系统的使用效能，而开发的一些常用的车削、铣削、钻削和镗削功能等软件。用户必须理解每个循环程的参数含义才能进行调用。

(3)SINUMERIK 611D驱动数据

　　它是指SINUMERIK 840D数控系统所配套使用的SIMODRIVE 611D数字式驱动系统的相关参数。

(4)PCMCIA卡软件系统

　　在NCU上设置有一个PCMCIA插槽，用于安装PCMCIA个人计算机存储卡，卡内预装有NCK驱动软件和驱动通信软件等。

3. PLC软件系统

　　PLC软件系统包括PLC系统支持软件和PLC程序。

(1)PLC系统支持软件

　　它支持SINUMERIK 840D数控系统内装的CPU315-2DP型可编程逻辑控制器的正常工作，该程序固化在NCU内。

(2)PLC程序

　　它包含基本PLC程序和用户PLC程序两部分。

4. 通信及驱动接口软件

　　它主要用于协调PLC-CPU、NC-CPU和MMC-CPU三者之间的通信