【正文】 統(tǒng)的控制部分采用PLC控制。本書以S7200系列PLC為目標(biāo)機(jī)型，介紹西門子PLC的特點(diǎn)，為今后更好地學(xué)習(xí)和掌握S7300/400打下基礎(chǔ)。S7200系列PLC作為西門子SIMATIC PLC家族中的最小成員，以其超小體積，靈活的配置，強(qiáng)大的內(nèi)置功能，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。其系統(tǒng)構(gòu)成包括基本單元、擴(kuò)展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等。（1）．基本單元S7200系列PLC中可提供4種不同的基本型號的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配見表21：表21 S7200系列PLC中CPU22X的基本單元型 號輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)可帶擴(kuò)展模塊數(shù)S7200CPU22164—S7200CPU222862個(gè)擴(kuò)展模塊78路數(shù)字量I/O點(diǎn)或10路模擬量I/O點(diǎn)S7200CPU22414107個(gè)擴(kuò)展模塊168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7200CPU22624162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn)S7200CPU226XM24162個(gè)擴(kuò)展模塊248路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O點(diǎn) （2.）.擴(kuò)展單元S7200系列PLC主要有6種擴(kuò)展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴(kuò)展I/O點(diǎn)數(shù)，S7200系列PLC擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù)的分配如表22所示。表22 S7200系列PLC擴(kuò)展單元型號及輸入輸出點(diǎn)數(shù)類 型型 號輸入點(diǎn)輸出點(diǎn)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM2218無EM222無8EM2234/8/164/8/16模擬量擴(kuò)展模塊EM2313無EM232無2EM23531 （3）.編程器PLC在正式運(yùn)行時(shí)，不需要編程器。編程器主要用來進(jìn)行用戶程序的編制、存儲和管理等，并將用戶程序送入PLC中，在調(diào)試過程中，進(jìn)行監(jiān)控和故障檢測。S7200系列PLC可采用多種編程器，一般可分為簡易型和智能型。簡易型編程器是袖珍型的，簡單實(shí)用，價(jià)格低廉，是一種很好的現(xiàn)場編程及監(jiān)測工具，但顯示功能較差，只能用指令表方式輸入，使用不夠方便。智能型編程器采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程操作，將專用的編程軟件裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)，可直接采用梯形圖語言編程，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測，非常直觀，且功能強(qiáng)大，S7200系列PLC的專用編程軟件為STEP7Micro/WIN。 （4）程序存儲卡為了保證程序及重要參數(shù)的安全，一般小型PLC設(shè)有外接EEPROM卡盒接口，通過該接口可以將卡盒的內(nèi)容寫入PLC，也可將PLC內(nèi)的程序及重要參數(shù)傳到外接EEPROM卡盒內(nèi)作為備份。程序存儲卡EEPROM有6ES 72918GC000XA0和6ES 72918GD000XA0兩種，程序容量分別為8K和16K程序步。 （5）.寫入器寫入器的功能是實(shí)現(xiàn)PLC和EPROM之間的程序傳送，是將PLC中RAM區(qū)的程序通過寫入器固化到程序存儲卡中，或?qū)LC中程序存儲卡中的程序通過寫入器傳送到RAM區(qū)。 （6） 文本顯示器文本顯示器TD200不僅是一個(gè)用于顯示系統(tǒng)信息的顯示設(shè)備，還可以作為控制單元對某個(gè)量的數(shù)值進(jìn)行修改，或直接設(shè)置輸入/輸出量。文本信息的顯示用選擇/確認(rèn)的方法，最多可顯示80條信息，每條信息最多4個(gè)變量的狀態(tài)。過程參數(shù)可在顯示器上顯示，并可以隨時(shí)修改。TD200面板上的8個(gè)可編程序的功能鍵，每個(gè)都分配了一個(gè)存儲器位，這些功能鍵在啟動和測試系統(tǒng)時(shí)，可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和診斷。 2. S7200系列PLC的主要技術(shù)性能下面以S7200 CPU224為例說明S7系列PLC的主要技術(shù)性能。 （1）一般性能S7200 CPU224的一般性能如表23所示。表23 S7200 CPU224一般性能電源電壓DC 24V，AC 100~230V電源電壓波動DC ，AC 84264V（4763Hz）環(huán)境溫度、濕度水平安裝0~550C，垂直安裝0~450C，5~95%大氣壓860~1080hPa保護(hù)等級IP20到IEC529輸出給傳感器的電壓DC 24V （）輸出給傳感器的電流280mA，電子式短路保護(hù)（600mA）為擴(kuò)展模塊提供的輸出電流660mA程序存儲器8K字節(jié)/數(shù)據(jù)存儲器存儲器子模塊1個(gè)可插入的存儲器子模塊數(shù)據(jù)后備整個(gè)BD1在EEPROM中無需維護(hù)在RAM中當(dāng)前的DB1標(biāo)志位、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等通過高能電容或電池維持，后備時(shí)間190h（400C時(shí)120h），插入電池后備200天編程語言LAD，F(xiàn)BD，STL程序結(jié)構(gòu)一個(gè)主程序塊（可以包括子程序）程序執(zhí)行自由循環(huán)。中斷控制，定時(shí)控制（1~255ms）子程序級8級用戶程序保護(hù)3級口令保護(hù)指令集邏輯運(yùn)算、應(yīng)用功能位操作執(zhí)行時(shí)間掃描時(shí)間監(jiān)控300ms（可重啟動）內(nèi)部標(biāo)志位256，可保持：EEPROM中0~112計(jì)數(shù)器0~256，可保持：256，6個(gè)高速計(jì)數(shù)器定時(shí)器可保持：256，4個(gè)定時(shí)器，1ms~30s16個(gè)定時(shí)器，10ms~5min236個(gè)定時(shí)器，100ms~54min接口一個(gè)RS485通信接口可連接的編程器/PCPG740PII，PG760PII，PC（AT）本機(jī)I/O數(shù)字量輸入：14，其中4個(gè)可用作硬件中斷，14個(gè)用于高速功能數(shù)字量輸出：10，其中2個(gè)可用作本機(jī)功能，模擬電位器：2個(gè)可連接的I/O數(shù)字量輸入/輸出：最多94/74模擬量輸入/輸出：最多28/7（或14）AS接口輸入/輸出：496最多可接擴(kuò)展模塊7個(gè) （2）輸入特性S7200 CPU224的輸入特性如表24所示。表24 S7200 CPU224輸入特性類型源型或匯型輸入電壓DC 24V，“1信號”：1435A，“0信號”：05A，隔離光耦隔離，6點(diǎn)和8點(diǎn)輸入電流“1信號”：最大4mA輸入延遲（額定輸入電壓）所有標(biāo)準(zhǔn)輸入：（可調(diào)節(jié)）中斷輸入：（）（可調(diào)節(jié)）高速計(jì)數(shù)器：（）最大30kHz （3）輸出特性S7200 CPU224輸出特性如表25所示。表25 S7200 CPU224的輸出特性類型晶體管輸出型繼電器輸出型額定負(fù)載電壓DC 24V（）DC 24V（430V）AC24230V（20250V）輸出電壓“1信號”：最小DC 20VL+/L隔離光耦隔離，5點(diǎn)繼電器隔離，3點(diǎn)和4點(diǎn)最大輸出電流“1信號”：“1信號”：2A最小輸出電流“0信號”：10μsA“0信號”：0mA輸出開關(guān)容量阻性負(fù)載：燈負(fù)載：5W阻性負(fù)載：2A燈負(fù)載：DC30W，AC200WS7200系列PLC是模塊式結(jié)構(gòu)，可以通過配接各種擴(kuò)展模塊來達(dá)到擴(kuò)展功能、擴(kuò)大控制能力的目的。目前S7200主要有三大類擴(kuò)展模塊。（1）輸入/輸出擴(kuò)展模塊 S7200 CPU上已經(jīng)集成了一定數(shù)量的數(shù)字量I/O點(diǎn)，但如用戶需要多于CPU單元I/O點(diǎn)時(shí)，必須對系統(tǒng)做必要的擴(kuò)展。CPU221無I/O擴(kuò)展能力，CPU 222最多可連接2個(gè)擴(kuò)展模塊（數(shù)字量或模擬量），而CPU224和CPU226最多可連接7個(gè)擴(kuò)展模塊。S7200 PLC系列目前總共提供共5大類擴(kuò)展模塊：數(shù)字量輸入擴(kuò)展板EM221（8路擴(kuò)展輸入）；數(shù)字量輸出擴(kuò)展板EM222（8路擴(kuò)展輸出）；數(shù)字量輸入和輸出混合擴(kuò)展板EM223（8I/O，16I/O，32I/O）；模擬量輸入擴(kuò)展板EM231，每個(gè)EM231可擴(kuò)展3路模擬量輸入通道，A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs，12位；模擬量輸入和輸出混合擴(kuò)展模板EM235，每個(gè)EM235可同時(shí)擴(kuò)展3路模擬輸入和1路模擬量輸出通道，其中A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs，D/A轉(zhuǎn)換時(shí)間]100μs，位數(shù)均為12位。 基本單元通過其右側(cè)的擴(kuò)展接口用總線連接器（插件）與擴(kuò)展單元左側(cè)的擴(kuò)展接口相連接。擴(kuò)展單元正常工作需要+5VDC工作電源，此電源由基本單元通過總線連接器提供，擴(kuò)展單元的24VDC輸入點(diǎn)和輸出點(diǎn)電源，可由基本單元的24VDC電源供電，但要注意基本單元所提供的最大電流能力。（2）熱電偶/熱電阻擴(kuò)展模塊 熱電偶、熱電阻模塊（EM231）是為CPU222，CPU224，CPU226設(shè)計(jì)的，S7200與多種熱電偶、熱電阻的連接備有隔離接口。用戶通過模塊上的DIP開關(guān)來選擇熱電偶或熱電阻的類型，接線方式，測量單位和開路故障的方向。（3）通訊擴(kuò)展模塊 除了CPU集成通訊口外，S7200還可以通過通訊擴(kuò)展模塊連接成更大的網(wǎng)絡(luò)。S7200系列目前有兩種通訊擴(kuò)展模塊：PROFIBUSDP擴(kuò)展從站模塊（EM277）和ASi接口擴(kuò)展模塊（CP2432）。S7200系列PLC輸入/輸出擴(kuò)展模塊的主要技術(shù)性能如表26所示。表26 S7200系列PLC輸入/輸出擴(kuò)展模塊的主要技術(shù)性能類型數(shù)字量擴(kuò)展模塊模擬量擴(kuò)展模塊型號EM221EM222EM223EM231EM232EM235輸入點(diǎn)8無4/8/163無3輸出點(diǎn)無84/8/16無21隔離組點(diǎn)數(shù)824無無無輸入電壓DC24VDC24V輸出電壓DC24V或AC24230VDC24V或AC24230VA/D轉(zhuǎn)換時(shí)間250μs250μs分辨率12bitA/D轉(zhuǎn)換電壓：12bit電流：11bit12bitA/D轉(zhuǎn)換 主要參數(shù)的設(shè)定直線工作臺面尺寸 （長寬高）：100080040；縱向工作行程為150mm，橫向工作行程為150mm，垂直方向的工作行程為150mm。光杠的最大距離根據(jù)夾具的尺寸確定。工作進(jìn)給速度為11500mm/min，快速進(jìn)給速度 12m/min進(jìn)給運(yùn)動的總阻力F∑測量工件的尺寸大小最大體積（120mm120mm120mm） 最小高度為20mm第3章 三坐標(biāo)測量進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 進(jìn)給系統(tǒng)電動機(jī)的容量的選擇在機(jī)電傳動系統(tǒng)中選擇一臺合適的電動機(jī)是極為重要的。電動機(jī)的選擇主要是容量的選擇，如果電動機(jī)的容量選小了，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使生產(chǎn)效率降低，另一方面電動機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，會使它過早損壞，同時(shí)還可能出現(xiàn)啟動困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障。 選擇電動機(jī)應(yīng)根據(jù)以下三項(xiàng)基本原則進(jìn)行。（1）發(fā)熱：電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)，必須保證電動機(jī)的實(shí)際最高工作溫度等于或略小于電機(jī)允許的最高工作溫度。（2）過載能力：電動機(jī)再運(yùn)行時(shí)，必須具有一定的過載能力。特別是在短期工作時(shí)，由于電動機(jī)的熱慣性較大，電動機(jī)在短期內(nèi)承受高于額定功率的負(fù)載說仍可保證上面的原則，故此時(shí)，決定電動機(jī)容量的主要因素不是發(fā)熱而是電動機(jī)的過載能力。既所選電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩或允許電流必須大于運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大負(fù)載電流即： （3） 啟動能力：由于鼠籠式異步電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩一般較小，所以，為使電動機(jī)能可靠啟動，必須保證 式中選擇電動機(jī)容量的方法一般有計(jì)算法、統(tǒng)分析計(jì)法和類比法。 步進(jìn)電動機(jī)的概述本設(shè)計(jì)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)工作臺的直線進(jìn)給的。步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖馬達(dá)，是一種把電脈沖信號變換成直線位移或角位移的控制電機(jī)。它的位移速度和輸入脈沖數(shù)成正比，因此可以在較寬的范圍內(nèi)，通過改變脈沖頻率來調(diào)速，并能實(shí)現(xiàn)快速啟動、反轉(zhuǎn)和制動。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)已作為重要的執(zhí)行元件應(yīng)用于數(shù)空機(jī)床、智能儀器和自動控制中。 步進(jìn)電動機(jī)的容量的計(jì)算下面的計(jì)算結(jié)果所以選用反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，同步轉(zhuǎn)速1500r/min電動機(jī)的參數(shù)如下表一所示：表31 電動機(jī)的各種參數(shù)：電動機(jī)型號步距角最大靜轉(zhuǎn)矩（）運(yùn)行頻 率最高空載啟動頻率軸徑長度55BF003 18006mm70mm選取電動機(jī)的輸出功率P= 轉(zhuǎn)速為800r/min 軸概述 軸的用途軸也是組成機(jī)器的主要零件之一，一切做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進(jìn)行運(yùn)動及動力的傳遞。因此軸的主要功能是支撐和傳遞運(yùn)動和動力。軸的設(shè)計(jì)也和其它零件的設(shè)計(jì)相似，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和震動穩(wěn)定方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。而對剛度要求的軸和受到大力的細(xì)長軸，還應(yīng)進(jìn)行剛度計(jì)算，防止工作時(shí)產(chǎn)生過大的彈性變形。對高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸，還應(yīng)進(jìn)行震動穩(wěn)定性的計(jì)算，防止發(fā)生共振而破壞。 軸的材料軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)