【文章內(nèi)容簡介】 各種測頭配件，既可以對遠(yuǎn)程和深孔進(jìn)行數(shù)據(jù)采點(diǎn)，也能 完成中、小型零部件的測量 7） 本測量儀具有方便的現(xiàn)場自校定功能，用戶可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行精度校正，保證在不同環(huán)境溫度下測量數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠 。 設(shè)計(jì)要求 在繪制產(chǎn)品總裝圖和部件裝配圖時(shí)要注意設(shè)計(jì)的科學(xué)性和條理性。設(shè)計(jì)一個(gè)部件，其過程大致如下：首先，確定末端執(zhí)行件的概略形狀尺寸，然后，設(shè)計(jì)末端執(zhí)行件與其相臨的下一個(gè)功能部件的結(jié)合的形式與概率尺寸。若為運(yùn)動導(dǎo)軌結(jié)合部，則執(zhí)行件一測相當(dāng)于滑臺，相臨部件一測相當(dāng)于滑座，考慮導(dǎo)軌精度，選擇并確定導(dǎo)軌的類型及尺寸。根據(jù)導(dǎo)軌結(jié)合部的設(shè)計(jì)結(jié)果和該運(yùn)動的行程，直到基礎(chǔ)支撐 件。 在設(shè)計(jì)中，處處從實(shí)際出發(fā)分析和處理問題是至關(guān)重要的。從大處講，聯(lián)系實(shí)際是指對工藝可能性的分析，在參數(shù)擬訂和方案確定中，既要了解當(dāng)今的先進(jìn)生產(chǎn)水平和可能趨勢，更應(yīng)了解我國的實(shí)際生產(chǎn)水平，使設(shè)計(jì)的機(jī)器能發(fā)揮最佳的效果。從小處講，指對設(shè)計(jì)的機(jī)械零部件的制造工藝、裝配和維修要進(jìn)行認(rèn)真的切實(shí)際的考慮和分析。學(xué)會使用設(shè)計(jì)手冊，對推薦的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和各類標(biāo)準(zhǔn)要結(jié)合實(shí)際情況取舍。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，了解和掌握結(jié)合實(shí)際、綜合思考的設(shè)計(jì)方法。 13 第 2 章 三坐標(biāo)測量機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)任務(wù)和內(nèi)容 設(shè)計(jì)任務(wù)定位三坐標(biāo)測 量機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中機(jī)械部分的設(shè)計(jì)工作臺包括縱向、橫向和 Z 軸的運(yùn)動，工作臺承擔(dān)運(yùn)動功能。其次是夾具體的設(shè)計(jì)，包括手柄、浮動滑塊的設(shè)計(jì)， 夾具承擔(dān)的是定位夾緊的作用。 總體設(shè)計(jì)方案擬訂 方案擬訂為測量機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)其中主要是測量機(jī)的傳動系統(tǒng)：工作臺的橫向和縱向進(jìn)給系統(tǒng)， Z 軸的進(jìn)給系統(tǒng)，工作臺上面疊加一個(gè)可拆卸的夾具體，可拆卸夾具具有兩大優(yōu)點(diǎn)：第一，使用時(shí)夾具可固定在工作臺上，不用時(shí)，即可拆下。 三坐標(biāo)測量機(jī)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 三坐標(biāo)測量機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)可歸類于機(jī)械 制造裝備設(shè)計(jì)，可分為創(chuàng)新設(shè)計(jì)、變形設(shè)計(jì)、和組合設(shè)計(jì)三大類型，設(shè)計(jì)的過程隨設(shè)計(jì)類型而不同，其中創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過程最典型，可分為產(chǎn)品規(guī)劃階段、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)四個(gè)階段。產(chǎn)品規(guī)劃階段的任務(wù)是明確設(shè)計(jì)任務(wù)，通常應(yīng)在市場調(diào)查與預(yù)測的基礎(chǔ)上識別產(chǎn)品需求，進(jìn)行可行性分析，制定設(shè)計(jì)技術(shù)任務(wù)書。 初步設(shè)計(jì)方案具體化，技術(shù)設(shè)計(jì)階段是將方案設(shè)計(jì)階段擬訂的初步設(shè)計(jì)方案具體化，確定結(jié)構(gòu)原理方案；進(jìn)行總體技術(shù)方案設(shè)計(jì)；進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，選擇較優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。 1）確定結(jié)構(gòu)原理放案 根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，再充分理解原理 的基礎(chǔ)上，確定結(jié)構(gòu)原理方案。其中包括決定尺寸的依據(jù)，如功率、流量和聯(lián)系尺寸等；決定布局的依據(jù)等，決定和限制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的空間條件。在上述的依據(jù)約束下，對主要功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)思，初步確定其材料和形狀，進(jìn)行粗略的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 （ 2）總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)階段的任務(wù)是將結(jié)構(gòu)原理方案進(jìn)一步具體化?？傮w設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致包括主要結(jié)構(gòu)參數(shù)、總體布局、系統(tǒng)原理圖、其它。 （ 3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)原理方案結(jié)構(gòu)化， 14 繪制產(chǎn)品總裝圖；提出初步的零件表及裝配說明書。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須遵守有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范， 充分考慮人機(jī)工程、外觀造型、結(jié)構(gòu)可靠和耐用性、加工和裝配工藝性等。三坐標(biāo)測量機(jī)常見的是三個(gè)直線運(yùn)動坐標(biāo)（沿 X、 Y、 Z）和夾具體的裝配設(shè)計(jì)。 三坐標(biāo)測量機(jī)電路部分設(shè)計(jì) 三坐標(biāo)測量系統(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。 系列 PLC 的 基本硬件組成 S7200 系列 PLC 可提供 4 種不同的基本單元和 6種型號的擴(kuò)展單元。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) S7200CPU221 6 4 — S7200CPU222 8 6 2 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) S7200CPU224 14 10 7 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) S7200CPU226 24 16 2 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) S7200CPU226XM 24 16 2 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) 15 （ 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 EM221 8 無 EM222 無 8 EM223 4/8/16 4/8/16 模擬量擴(kuò)展模塊 EM231 3 無 EM232 無 2 EM235 3 1 （ 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)?PLC 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 16 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) /典型值為 條指令 數(shù)據(jù)存儲器 字 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， FBD， 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) 17 指令集 邏輯運(yùn)算、應(yīng)用功能 位操作執(zhí)行時(shí)間 s 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~30s 16 個(gè)定時(shí)器， 10ms~5min 236 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 /PC PG740PII， 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：全部 （可調(diào)節(jié)） 中斷輸入：（ ） （可調(diào)節(jié)） 高速計(jì)數(shù)器：（ ）最大 30kHz 18 （ 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 20V L+/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”： 10μ sA “ 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， AC200W S7200 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 25μ s，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 25μ s， D/A 轉(zhuǎn)換時(shí)間 ]100μ s，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。 19 （ 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)