数控改造与西门子数控系统性能对照
近年来，随着国内各种类型机床改造需求的扩大，机床改造已经逐渐形成了一个产
业，其中绝大部分是数控机床的改造，也有一部分业务来自非数控机床的升级改造。作
为一个稳步发展的专业公司，我们在运用西门子系统，进行数控机床改造以及为机床厂
提供设计服务两个方面，取得了比较大的成果，已经跻身国内前列。
在改造实践中，我们始终认为一个好的改造方案是改造成功的重要基础，并在这个
环节严格把关，保证了改造的成功实施；而且这个环节看似简单，实际包涵了很重要的
内容，对于自己对系统的了解熟悉、以往维修改造的基础都有很高的要求。本文将就改
造方案的选择进行阐述，分析每一个步骤的具体内容，供大家参考。
一、 现代数控驱动产品带来丰富的选择
作为西门子数控产品的核心代理和系统集成商，我们这些年来主要采用西门子产品
为广大用户提供服务。西门子产品的更新也在最近几年出现了新气象，改变了过去德国
电气产品贵而娇气的形象，形成了与日本数控产品双雄整天下的局面。
下面逐一加以剖析
1、SINUMERIK 802S/C 系统：
802S 和 802C 系统标准配置包具备了所有的必要组成单元: NC, PLC, 操作面板, 机床
控制面板, 输入/输出单元及系统软件. 操作编程极其简便、免维护、性能价格比高，是
专门为低端 CNC 机床市场而开发的经济型 CNC 控制系统。在中国的销售非常成功。
802S/C 两个系统具有同样的显示器，操作面板，数控功能，PLC 编程方法等，所
不同的只是 SINUMERIK 802S 带有步进驱动系统，控制步进电机，可带 3 个步进驱动
轴及一个+/- 10V 模拟伺服主轴； SINUMERIK 802C 带有伺服驱动系统,它采用传统的
模拟伺服+/- 10V 接口 ,最多可带 3 个伺服驱动轴及一个伺服主轴。最新推出的
802Se/Ce , 更是将 CPU、输入输出点、控制接口等所有部件集成在面板背后，一体化的
设计使得使用维护更为方便。因此 802S 和 802C 系统非常适合于普通机床、数显机床
的数控化改造以及低档数控机床的数控配套和改造。我们曾经应用的场合有数控车床、
数控镗铣床、数控磨床、枪钻机床、专机等。
其中 SINUMERIK 802C 在车/铣加工应用技术上具有优势，配的是新型的西门子
SIMODRIVE 611U，这种系统甚至可以连接 3 个坐标轴的光栅尺，形成闭环控制，所以
我们也曾把它应用在座标镗床、坐标磨床，性能价格比很高
2、SINUMERIK 802D 系统：
西门子公司在新世纪推出了 802D 数控系统。该系统属于中低档系统，其特点是：
全数字驱动，中文系统，结构简单 (通过 Profibus 连接系统面板， I/O 模块和 伺服驱动
系统。) 调试简单 (通过 PCMCIA 卡批量调试)。具有免维护性能的 SINUMERIK 802D
核心部件-控制面板单元（PCU）具有 CNC、PLC、人机界面和通讯等功能，集成的 PC
硬件可使用户非常容易地将控制系统安装在机床上。
SINUMERIK 802D 可控制 4 个数字进给轴和 1 个主轴。主轴完全通过 PCU 控制，既
有数字接口，也可通过模拟接口控制。使用 Profibus 总线可非常简洁地将伺服和 I/O 模
块等系统各部件直接相连。模块化的驱动装置 SIMODRIVE 611 UE 可以根据数控车床
或数控铣床的需要配置各种驱动和电机，强大的 Windows 工具可非常轻松地设置驱动
参数，位置测量可用电机端编码器，也可以选用光栅尺，SINUMERIK 802D 具有功能
强大的 PLC-SIMATIC S7-200，其编程工具可运行在任何 PC 机上，其诊断功能也非常
完善。梯形图编程和经典的 PLC 程序举例可非常方便地应用于机床控制。
SINUMERIK 802D 系统虽属于低档系统但是基本上已经是标准的数控系统，最适合
于数控车床、铣床、磨床和带小型刀库的数控加工中心的配套及改造。
3、SINUMERIK 840D/810D/840Di 系统具有以下特点：
①840D/810D 是几乎同时推出的，具有非常高的系统一致性，
①显示/操作面板，机床操作面板
①STEP7-300PLC 输入/输出模块，PLC 编程语言
①数控系统操作，工件程序编程，参数设定，诊断等
①伺服驱动的许多部件
由于以上的特点，该系列产品在许多企业应用及其广泛，尤其在汽车，航空，机械
等行业。采用 810D/840D 系统，S7300，Profibus，HMI 等产品，客户的利益得到了非
常好的维护：操作的一致性，编程的一致性，备件的一致性，培训，维修方便等，都可
显示中文。
A、 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 611D 数字驱动系统和 SIMATIC S7 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
控制系统的特征是具有大量的控制功能，如钻削、车削、铣削、磨削以及特殊控制，这
些功能在使用中不会有任何相互影响。
由于开放的结构，这个完整的系统也适于其它技术如剪切、冲压和激光加工等。
SINUMERIK 840D 的突出之处在于其不断扩展的特性。其自学习、自优化系统使
系统的调整时间大为缩短。精调也可按机床用户的要求简单自动地进行。远程诊断使其
故障的分析解决更加方便快捷。
SINUMERIK 840D 最大限度集成在与 SIMODRIVE 611 控制模块相同的 50mm 宽
框架中，将 SINUMERIK 840D，SIMODRIVE 611D，加上先进的 SIMATIC S7 系统，
即为机床的自动化提供了全方位的解决方案：全数字化的系统、革新的系统结构、更高
的控制品质、更高的系统分辨率以及更短的采样时间，确保了一流的工件质量。
840D 采用了当今最先进的控制概念、适用于钻削、铣削以及车削和磨削机床加工
的控制。例如，具有数控系统和 SIMODRIVE 间数字通讯的车床可以达到磨床的加工精
度。 SINUMERIK 840D 还可以实现许多特殊的 NC 功能，这在同类系统中是难以看到
的。
B、 SINUMERIK 810D 是 840D 的 CNC 和驱动控制集成型，NC CPU 和驱动集成在
在一块板子上，驱动的功率部分又可提供 3 个坐标和 2 个坐标两种。简单来说，也就
是 SINUMERIK 810D 系统没有驱动接口，SINUMERIK 810D NC 软件选件的基本包含
了 840D 的全部功能，例如：
1） 同样的钻、铣、车等加工循环；
2） 提前预测功能，可以在集成控制系统上实现快速控制；
3） 坐标变换功能；
4） 固定点停止可以用来卡紧工件或定义简单参考点；
5） 模拟量控制控制模拟信号输出；
6） 刀具管理也是另一种功能强大的管理软件选件；
7） 样条插补功能(A，B，C 样条)用来产生平滑过渡；
8） 压缩功能用来压缩 NC 记录；
9） 多项式插补功能可以提高 SINUMERIK 810D/810DE 运行速度；
10） 温度补偿功能保证您的数控系统在这种高技术、高速度运行状态下保持正常
温度；
由此可见 SINUMERIK 810D 的功能和选件非常强大，并不低于 840D，只是它的应
用场合有其特殊性，合理的利用它内部集成的驱动系统，可以减少成本并且获得高性能。
因而它不仅仅局限于数控机床配套，在木加工、石材处理或包装机械等行业也有广阔的
应用前景。
在我们的改造实践中，近 2 年来，运用最多的就是 SINUMERIK 840D/810D，尤其
是 810D 在强力磨床、外圆磨床、瓦楞辊磨床等机型应用上，颇有心得。
最近随着采用 PROFIBUS-DP 现场总线结构西门子 840Di 系统的推出，我们又多了
一种颇有竞争力的选择：
1） 全 PC 集成的 SINUMERIK 840Di 数控系统为您提供了一个基于 PC 的新潮的
控制概念。得益于此概念的主要用是那些以某种方式使用了 PC 的场合或者使用分布式
驱动和 I/O 的自控方案。应用领域包括木制品，玻璃，制陶，包装，贴片机，冲压机，
弯 曲 机 ， 以 及 各 种 机 床 和 类 似 机 床 的 机 械 。 除 了 高 度 的 软 、 硬 件 开 放 性 ，
SINUMERIK 840Di 的显著特点是，CNC 控制控制功能与 HMI 功能一起都在 PC 处理器
上运行。也就是说，可以省略传统控制系统中所需的 NC 处理单元。这种控制系统包含
大量的标准化部件：带接口卡的工业 PC 机，PROFIBUS-DP，Windows NT 操作系统，
OPC（用于过程控制的 OLE）用接口和 NC 控制软件。
2） SINUMERIK 840Di 可提供给您的还很多。特别有利的是其在 SINUMERIK 家
庭中的地位。例如，SINUMERIK 840D 与 SINUMERIK ８４０Di 的 NC 和 PLC 功能，
操作者功能和机床数据是兼容的。相应的 NC 程序和 PLC 程序在这两个系统上都可运
行。而且由于系统高度开放，软件应用可同样适用于两个系统。SINUMERIK 840Di 是
SIMATIC 和 SIMODRIVE 自动化控制环境的一部分。
3） 利用 PROFIBUS-DP 实现分布式配置。如今系统朝着分布式方向发展的趋势是
十 分 明 显 的 。 而 SINUMERIK 840Di 的 另 一 个 重 要 特 点 就 是 带 有 位 置 控 制 的
PROFIBUS-DP。這是一种用于驱动和 I/O 的统一的现场总线。它允许数个系统实现分
布式配置。
4） SIMATIC ProTool/Pro 配置工具加上附属的“SINUMERIK ProTool/Pro 选件”为
您提供了特殊便利。即，用户可利用其来生成自己专用的用户界面而不必掌握额外的软
件技能。
5） 全部功能集于同一模块，实现最佳通讯。MCI 板是一块 PCI 式的插板。该模块
包含了集成的 SIMATIC S7 315-2 DP PLC-CPU 及用于 MPI(多接口)和 PROFIBUS DP
接口接和 I/O。可连接 SIMODRIVE611 通用型驱动装置。SIMATIC DP ET200 模块则可
作为 I/O。
4、SINUMERIK 840C 系统：
SINUMERIK 840C 系 统一 直 雄居 世界 数 控系 统水 平之 首 ，内 装功 能强 大 的
PLC 135WB2，可以控制 SIMODRIVE 611A/D 模拟式或数字式交流驱动系统，适合于
高复杂度的数控机床。虽然已经推出很多年，但依然表现良好，深受用户欢迎。
我们的应用主要是在复杂的数控镗铣床、加工中心、龙门加工中心、五面体加工中
心、高档磨床。
表 2 SINUMERIK 840C 功能表
显示
屏幕显示
运行状态文字显示
机床控制面板和带 LED 的用户按
键
图形编程(固定循环参数编程)
多通道显示
显示器暗置
双溜板显示
铣削程序模拟
操作
分为 5 个操作范围(区域)
14 个软件按键支持的软件菜单操作
操作面板禁止
操作面板转换
机床操作面板的钥匙开关
不用操作面板和 NC 全键盘操作
内装文本编辑器,可方便地进行文字编辑
运行方式
自动
中断或暂停后继续自动运行方式
在自动或调整方式下存入
参数
在自动运行方式下,下述操作操作
的影响
JOG 方式(调整)
机床进给轴配置
车、铣加工
输入系统:公制或英制；机床:公制或英制
公制或英制转换
输入单位可选
测量系统精度可由适配因子和位置控制
精度相适应
位置控制精度和输入单位无关并可选择
示数
MDA(手动输入)
预置,设定新的坐标参考点
运行方式可通过机床功能补充
机床主轴配量
主轴功能软件包
主轴变换
通道和运行方式组的机床配置
一个 CNC 通道
一个运行方式组
通道结构: 和 NC 轴或插补轨迹同
时异步运行
把插补通道分成运行方式组
热起动
适应于运动过程的机床配置
直线与圆弧插补
3D 插补,螺旋线插补
和独立的进给轴同时定位
加权因子
程序范围为+/-8 位数取决于输入单位和
位置控制精度,
位置控制输出：最大+/-10v/2mA
进给和快进：最小进给量 mm/分$10X 输
入单位
5 个测量回路功能用于伺服轴和主轴
15 个测量回路功能用于伺服轴和主(最
大 6 个主轴)
轴的地址可由机床数据位选择
轴特殊的采样时间
轴的特殊精度
根据程序钥匙对轴任意编址
轴的跟随运行
程序试运行,不启动机床或仅带一个轴运
行程序
扩展地址,例如用 Q1$, Q2$, Q3$标记辅
助轴
无限制转动的旋转轴
双溜板或双主轴结构
高精度的旋转轴
轴变换
校正和补偿
进给修调 0%-120%(0%-130%内部)
快进修调 0%-100%
主轴速度修调 50%-120%(0%-150%
内部)
每轴可存 4 个零点偏置
每轴可存 4 个附加零点偏置
每轴有 2 个可编程零点偏置
外部附加的零点偏置
刀具补偿包括 819 个刀补段,包括刀具号,
刀具类型,几何长度,磨损情况, 基本尺寸
5 轴刀具长度补偿(和 5 轴线性插补相关)
切削半径/铣削半径轨迹补偿
每个轴的间隙补偿
补偿
CNC 编程
在加工过程中同时编程
在加工过程中可同时进行程序和
PLC 报警文本复制,删除和编辑
在程序中加注释
PLC 编程
STEP 5 编程语言,具有丰富的指令库
编 程 方 式 可 用 AWL,KOP,FUP 和
GRAPH 5
在 CNC 和 PLC 之间宽接口用于数据快
主程序号 4 位+进制数
每个程序段,3 个 M 功能
子程序技术
子程序号 4 位+进制数
扩展地址方式
程序跳转 GOTO, CASE, IF THEN
ELSE, WHILE
图形支持的轮廓编程
图形支持的车削和铣削标准循环
圆弧半径直接编程
灵活的平面选择
绝对地址与相对地址编程
极坐标编程
参数技术
坐标变换 TRANSMIT 用于车床上
的车/铣方式变换
速交换
所有线性轴路径镜象
1024 个输入点
1024 个输出点
128 个计时器,时间范围 秒-9990 秒
128 个计数器,计数范围 0-999
1024 个标志
程序结构
通过 PLC 给出 CNC 轴路径
通过 PLC 进行换刀和刀库控制
备用刀具
功能块调用
PLC 中 256 个定时器 256 个计数器
存储器结构
在硬盘中可存 32000 个程序(取决
于存储器结构)
CNC-用户存储器中 1MbyteRAM
为加工子程序使用
硬盘上 5Mbyte 中央用户存储器
PLC 用 户 程 序 存 储 器
32Kbyte(RAM)
PLC-用户数据存储器 8Kbyte(RAM)
数据交换
通用串行接口 RS232C(V-24)TTY(20mA),
参数可设置 9600 波特
在加工时可同时读入和输出程序及 PLC
报警信息
功能全面的文件管理方式
根据工件的数据处理
用一条指令存入/取出一个工件的所有
数据和程序
（------摘自《中国数控机床网》）
