客车箱体磷化加工处理程控搬行车电气控制系统毕业设计(论文).doc

客车箱体磷化加工处理程控搬行车电气控制系统摘 要继电器接触器控制系统是应用最早的控制系统，具有结构简单、容易掌握、维修方便、价格低廉等优点，但要使继电器接触器控制线路达到简便、接线短、元件少、控制速度较快的目的，可采用基于可编程序控制器（PLC）的控制系统代替。PLC是以计算机技术为核心的通用自动控制装置，具有功能强、可靠性极高、编程简单、使用方便、体积小巧、产品规模种类齐全等优点，能满足各种设备的控制要求，在工业生产中得到了广泛的应用。可利用三菱FX系列PLC来控制磷化自动生产线。磷化过程用PLC控制搬行车来进行磷化加工处理，行车在前后运行及停车时采用变频调速控制系统控制，以实现搬运车精确定位控制，并且搬行车在每个槽位停留的时间由定时器控制，可根据工艺需要由外部设定。搬行车有多种操作方式，便于实际生产的需要，主要有：自动循环、单周期、单步操作和手动操作这四种操作方式。采用PLC和变频器对搬行车的工作过程进行控制的方法，简化了控制系统的接线，提高了系统的可靠性和灵活性，在实际生产中减少了劳动力，提高了工作效率。关键词：可编程序控制器，变频调速控制系统，三菱FX1N系列，操作方式BUS BOX PHOSPHATE PROCESSING PROGRAM-CONTROLLED ELECTRIC CONTROL SYSTEMT TO MOVE TRAFFICABSTRACTRelay contactor control system is the first application of control system with simple structure, easy to grasp, easy maintenance, low cost, etc., but to make the relay - contactor control circuit to achieve a simple, short wiring components, the control rate thanpurpose of fast, can be used instead of the programmable logic controller (PLC) based control system. PLC is based on computer technology as the core of the universal automatic control device, with strong functions, high reliability, and programming is simple, easy to use, compact, full range of product size, etc., to meet the control requirements of a variety of equipment in industrial production in a wide range of applications. Mitsubishi FX Series PLC can be used to control the phosphide automatic production line. To move traffic to the phosphating processing phosphating process with PLC control, frequency control system to control, in order to achieve the van precise positioning control lane in the before and after the operation and parking, and to move traffic in each time slot to stay the timer control, according to the process by an external set. Move traffic to a variety of actions, to facilitate the needs of the actual production, are: automatic cycle, single-cycle, single-step operation and manual operation of these four operating modes. PLC and inverter to control the work process of moving traffic, and simplify the wiring of the control system, improve system reliability and flexibility in the actual production to reduce labor, improve the work efficiency.KEY WORDS:PLC,Frequency control system,Mitsubishi FXN1 Series,Operating mode目录前言1第1章 工艺概述21.1 起重机工作原理21.2 客车箱体磷化加工程控起重机31.3客车箱体磷化工艺概述61.3.1 脱脂71.3.2 清洗9第2章 可编程序控制器控制系统的设计142.1 变频器142.1.1 直接转矩控制142.1.2 直接转矩控制变频器152.2 大车控制电路162.3 小车控制电路172.4 升降变频器17第3章 可编程序控制器控制系统的设计193.1 输入地址分布表203.2 输出地址分布表213.3 梯形图22第4章 手动自动控制流程234.1 控制流程图234.2 手动操作234.3 自动操作25第5章 系统的干扰与抗干扰措施315.1 电磁干扰的产生315.1.1 电磁兼容性概述315.1.2 电磁干扰产生和形成的条件315.2 干扰源及干扰形式325.2.1 电网噪声325.2.2 信号传输线上的噪声325.2.3 直接混入PLC的辐射干扰335.2.4 PLC本身产生的干扰335.3 PLC系统的抗干扰措施335.3.1 PLC本身抗干扰措施335.3.2 PLC应用系统的抗干扰措施34结论37谢 辞38参考文献39附录41外文资料翻译57前言电气控制技术应用于国民经济的各行各业。电气控制技术的发展，是随着科学技术的不断发展、生产工艺的不断改进和电气控制的日新月异而迅速发展的。从最早的手动控制发展到自动控制，从简单的控制设备发展到复杂的控制系统，从有触点的硬接线继电器控制系统发展到以计算机为中心的上位对下位的监控控制系统，现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测试等许多先进的科学技术的成果。目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性也就不奇怪了。PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。第1章 工艺概述1.1 起重机工作原理 1起重机是具有起重吊钩或其他取物装置（如抓斗，电磁吸铁，集装箱吊具等）在空间内实现垂直升降和水平运移重物的起重机械。绝大多数汽车起重机的起重臂是用钢丝绳拉出去的。在起重臂里面下面有一个转动卷筒，上面绕钢丝绳，钢丝绳通过在下一节臂顶端上的滑轮，将上一节起重臂拉出去，依此类推。缩回时，卷筒倒转回收钢丝绳，起重臂在自重作用下回缩。这个转动卷筒采用液压马达驱动。 起重机类型很多，按其结构分，有桥架型起重机（如桥式起重机，龙门起重机等），缆索型起重机，臂架型起重机（如塔式起重机，流动式起重机等）；按其取物装置和用途分为吊钩起重机，抓斗起重机，电磁起重机等。它们广泛应用于工厂企业，港口车站，仓库料场，建筑安装，水（火）电站等国民经济各部门。桥式起重机主要由桥架，大车运行机构，装有起升机构的小车及电气控制设备等组成。桥架是桥式起重机的基本构件，主要由主梁，端梁，走台等组成。主梁上铺有钢轨供小车运行。一般在主梁外侧装有走台，一侧为安装和检修大车运行机构而设，另一侧为安装小车导电装置。主梁两端各与端梁相连接。大车运行机构有分别驱动和集中驱动两种，目前我国生产的桥式起重机大都采用分别驱动方式。小车由起升机构和小车运行机构组成，小车运行机构采用集中驱动方式。上部结构的主要受压构件为管桁结构。主(副)臂分段制造后用销轴连接，各个分段均能互换装配。受拉件为带有铝合金压制接头的钢丝绳拉索组，具有受力明确、重量轻、风阻力小、安装组合方便等优点。下部结构为空间矩型板梁式门架，有较好的刚度和抗扭性能。在门架下方四个门腿上分别装有四套双轨式运行机构， 由电动机单独驱动。 下部回转采用直径11m的滚子夹套转盘式回转支承装置， 它兴下部环形轨道及上部两段弧形轨道同时接触并支承上部回转部分。以便于陆路运输，结构分件均制造为拆拼形式，采用精制交制孔螺栓连接。I型的起升机构采用电动机驱动。一大一小两台电动机分别连接在减速器的双伸出轨上，起重时两个电动机同时驱动。轻载或空钩时小电动机单独驱动（大电机空转），由八极切换到四极状态即以2倍额定速度运行。本机II型有两个起升机构，均为单电动机驱动。当起重量在10t及以下时，用副起升机构作业，可提高起升速度至20m/min。当起重机量小于主钩60%额定起重量时，允许主、副钩联合动作，从而提高了吊装效率，扩大了作业范围。本机I型也可加装15t副钩（含吊具重量），起升速度为20m/min。两种形式的起重机起升机构均采用过流制动器调速，起重和制动平稳无冲突，并可实现较低的就位速度。为防止臂架运动超过极限位置和吸收冲能量，副臂用蝶黄式撑杆限位。I型机的主臂和主撑臂撑杆是液压式的，II型机已全部改为构造简单的蝶黄式。I型机为手动夹轨器。II型机增设了一套电动夹轨器，更方便于操作。起重机的全部操作均在操作室里进行。在工地现场的统装方式是先在地面分件组装，再整理扳起至直立状态。与其他大型塔式起重机相比，“扳起式”具有明显的拆装方便的优点。1.2 客车箱体磷化加工程控起重机客车箱体磷化加工程控起重机由运行机构，起升机构（见图1-1），和夹紧机构（见图1-2）组成。起升及运行机构采用变频调速控制，夹紧机构采用双向电磁阀控制。大车的进退和夹具的升降均由相应的限位开关定位。工艺要求为：设备从上件工位抓取车体后将车体放入水洗槽中，水洗360秒后提起，停放20秒，让洗液从车体上滴回槽中，然后放入脱脂槽中浸300秒，提起后停20秒，接着放入磷化槽中浸600秒，提起后停20秒，接着放入表调槽中浸600秒，提起后停20秒，然后放入水洗槽中进行水洗，300秒后提起，停放20秒后向下件工位移动，在下件工位将车体放下后，行车返回到上件工位，准备进行下一循环的工作。根据上述工艺要求，客车箱体磷化加工生厂线的工艺流程图（见图1-3）。图1-1 客车箱体磷化加工程控起重机起升机构结构示意图图1-2 客车箱体磷化加工程控起重机夹紧机构结构示意图图1-3客车箱体磷化加工生产线的工艺流程图具体说明如下：原位是指大车停在上件工位的正上方，夹具处在最高位，并且保持在打开的状态。在原位，操作人员按下启动按钮，即可开始磷化加工工作。.首先两夹具同时下降，碰到上件工位下限开关SQ0时停止，接着两夹具同时夹紧客车箱体。.两夹具同时上升，碰到高限位开关SQ20时停止，延时10秒。.大车开始前进，当压下减速开关SQ1时，大车开始减速前进。.大车开始前进，当压下减速开关SQ2时，大车开始减速前进，直至压下停车开关SQ3时，大车停止前进，延时4秒。.两夹具开始同时下降，至压下限位开关SQ14时停止下降，延时2秒，延时时间到后，夹具1下降，5秒后，夹具1停止下降，延时2秒，夹具2开始以与夹具1相同的速度下降，5秒后停止，延时2秒后，两夹具开始同时下降，直至压下限位开关SQ21时停止下降，延时1秒后，夹具1开始上升，3秒后停止，延时1秒，然后下降，直至压下限位开关SQ21时停止。延时1秒，夹具2开始上升，3秒后停止，延时1秒，接着下降，直至压下限位开关SQ21时停止。同时计数器计数一次，当计数器的次数没有达到设定值时，程序返回至夹具1开始上升处，只有当计数器记够设定值时，程序接着往下执行。延时360秒。.延时时间到后，两夹具开始同时上升，5秒钟后停止，接着夹具1开始上升，直至压下限位开关SQ14时停止上升，延时1秒后，夹具2开始上升，也是至压下SQ14时停止上升。延时2秒后，两夹具开始同时上升，至压下高限位开关SQ20时停止，并延时20秒。.延时时间到，大车开始快速前进，至压下减速开关时，开始减速前进。.接着的四个工艺槽的步骤与前述水洗槽的步骤类似，只需将相应的定时器和计数器的数值做出相应的修改即可。.当大车行驶到下件工位的上方停止时，经过延时4秒后，两夹具开始同时下降，直至压下限位开关SQ14时停止。延时2秒，接着夹具打开将车体放在下件工位上后，延时1秒后，两夹具开始同时上升，直至压下高限位开关SQ20时停止。同时计数器计数一次，延时10秒后，大车开始快速后退，当计数器计够七次后，大车开始减速后退，至压下停车开关时，大车停止后退，此时大车刚好回到原位。至此，整个客车箱体磷化加工完成一个工作循环。当操作人员再次按下启动按钮时，则开始第二个工作循环。1.3客车箱体磷化工艺概述磷化是大幅度提高金属表面耐腐蚀性的一个简单可靠、费用低廉、操作方便的工艺方法，是化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程，所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。因此被广泛的应用在实际生产中。 现代磷化工艺流程一般为： 脱脂水洗除锈表调磷化水洗烘干1.3.1 脱脂钢材及其零件在储运过程中要用防锈油脂保护，一般合金在压力加工时要用到拉延油，零件在切削加工时要接触乳化液，热处理时可能接触冷却油，零件上还经常有操作者手上的油迹和汗迹，零件上的油脂还总是和灰尘等杂质掺和在一起的。零件上的油脂不仅阻碍了磷化膜的形成，而且在磷化后进行涂装时会影响涂层的结合力、干燥性能、装饰性能和耐蚀性。 要脱去金属表面的油脂，首先就要了解油脂的有关性质：1. 油污的性质和组成在选择脱脂方法和脱脂剂时，首先要了解金属表面所带的油污的性质和组成，只有这样，才能进行正确的选择，达到满意去油效果。 2. 油污的组成(1).矿物油、凡士林是防锈油、防锈脂、润滑油、润滑脂及乳化液的主要成分。 (2).皂类动植物油脂、脂肪酸等他们是拉延油的主要成分。 (3).防锈添加剂他们是防锈油和防锈脂的主要成分。 此外，油污中还混有其他污渍，比如，金属屑、灰尘和汗渍等污物也会混杂在油污中。3. 脱脂方法及材料 脱脂是依靠脱脂剂对污物的溶解作用，皂化作用，依靠表面活性剂对污物的润湿、渗透、分散等物理作用等等，使污物成为可溶解的或可分散的。但还必须使污物离开金属表面，而让新的清洗剂占据表面，这样金属表面才能达到清洁。因固体表面有相对稳定的液膜，溶解后的污物自动离开金属表面以及表面上清洗剂的更新等都不是很容易的。这就要求加以搅拌、擦拭等方式，以完成清洗过程或提高清洗效果等。4. 脱脂时间在脱脂操作中，必须保证有足够的脱脂时间，压力喷射脱脂时间一般为1.53分钟，浸渍脱脂为35分钟(视油污的种类和多少而定)。增加脱脂时间，即延长脱脂液与油污的接触时间，从而提高脱脂效果。油污越多，脱脂时间就需越长。在流水线作业中，往往不允许采用太长的时间，因此一般先用喷射脱脂1分钟，再用浸渍脱脂3分钟。5. 机械作用 在脱脂中，借助于压力喷射或搅拌等机械作用是非常有效的，因为，喷射时迫使新鲜的脱脂溶液与零件表面有良好的接触，而且整个脱脂液含量均匀，有利于提高脱脂效果；喷射时依靠机械作用力促使脱脂剂渗透和破坏油膜，从而有效的迫使油污脱离零件表面；喷射时促使脱离零件的油污乳化和分散于脱脂溶液中，防止油污再吸附到洗净的零件表面上。在中低温脱脂中，机械作用尤为重要。一般的说，压力喷射比浸渍脱脂速度快1倍以上。喷射压力通常为(0.10.2)Mpa(用于压力喷射的脱脂剂必须是低泡的，以免泡沫过多影响正常操作和脱脂液流失)，浸渍脱脂也不能认为是静止浸渍，必须装备循环泵，使溶液不停的搅动，每小时的循环量约为槽液体积的5倍。6. 其它因素 在实际使用中，必须考虑各方面因素，使各个因素都控制在最佳状态下，使脱脂达到满意的效果。在进行脱脂前，应考虑脱脂剂的选择及以下几个方面： (1).被处理零件的材质 不同的金属在碱液中有不同的腐蚀界限，因此，必须根据零件的材质选择合适的PH值的脱脂剂。(2).脱脂剂的正确选择 脱脂方法不同，对脱脂剂要求也不同。压力喷射脱脂因机械作用力大，脱脂效果好，但由于是处在极易起泡的状态下，因而选用低泡脱脂剂是必要的，浸渍脱脂的机械作用较弱，因此要选用脱脂性能更好的脱脂剂，适当的增加脱脂剂含量和延长脱脂时间。 (3).注意与下道工序的配合 下道工序是酸洗还是磷化，磷化前有没有表面调整工序，都与脱脂剂的选用有关。因为不同的前处理与磷化配套，所得磷化膜的质量不同，品质也不同。酸洗和强碱脱脂的磷化结晶大且疏松。对于脱脂，如果下道工序是薄型磷化处理，要选用低碱度的带表调处理的脱脂剂；如果有单独的表调工序，则只考虑脱脂效果，碱度影响不大，不必多虑；如果下道工序是酸洗除锈，则不必选用带表调的脱脂剂，而在磷化前单独进行表调处理；如工序间隔较长，则选用水洗后生锈倾向较小的脱脂剂(如磷酸盐类型的脱脂剂)或增加喷湿处理。对于油污较重或不易起清洗到位的表面，要采用手工预擦洗，他不仅是脱脂的要求，也能明显的改善磷化质量，经预擦洗的磷化膜结晶细小、致密，而未经预擦洗的结晶则粗大的多。 (4).脱脂效果的检查 检查脱脂效果的方法有很多，例如：目视法、擦拭法、水浸润法、接触角法、硫酸铜法、残留油份质量法、比色法、荧光法、红外分光法等。最常用的是水浸润法，即观察脱脂水洗后的表面水膜连续完整情况。充分脱脂的表面，其水膜应连续完整，无水珠悬挂。在磷化条件正常的情况下，观察磷化膜也可检查脱脂效果，只有在无油污的金属表面才能形成外观完整的均匀磷化膜，任何清洗方面的不足都会立即显示出来1.3.2 清洗1. 清洗的方式 (1).机械搅拌。在液体中加以机械搅拌，使固体表面之液膜减薄。搅拌越强，液膜越薄，但其作用有一定限度。(2).擦洗。 (3).加温清洗，增加热运动。 (4).喷洗。用高压喷洗。 (5).蒸汽清洗。用溶剂蒸汽清洗，溶剂在金属表面上冷凝成液体，液体流淌时带下污物。(6).超声波辅助清洗。利用超声波振荡作用，使固体表面被冲击震动，促使污物离开金属表面。(7).电解清洗。利用金属表面电化学反应生成气体。气体自表面溢出时，使污物析出，自表面剥离。 2. 清洗用材料 清洗用材料有几类：石油系溶剂，卤代烃溶剂，碱性化学水溶液，乳化液等。简单的说就是溶剂清洗和碱液清洗两种。 (1).常见的有机溶剂为： 石油系溶剂有溶剂汽油、煤油、正己烷等；芳香族溶剂有甲苯、二甲苯等；氯系溶剂有三氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯、二氯甲烷等。 有机溶剂的特点是脱脂效率高，特别是清除那些高黏度、高滴落点的油脂具有特殊的效果，而且可以在常温下用简单的器具和石油系溶剂进行手工清洗，对于各种金属、各种尺寸和形状的零件都适用，在产量不大、机械化水平不高及有特殊要求的工厂中仍然采用。 为了使油污除净，至少要用有机溶剂稀两次以上，使用一段时间后，当溶剂中的油污含量增加到一定程度时，要及时更换，最后一道清洗要用比较干净的溶剂。 除了液相有机溶剂脱脂，还有气相有机溶剂脱脂。例如利用三氯乙烯、三氯甲烷等物质，他们的沸点低、受热易汽化，遇冷易液化、蒸汽密度大、蒸汽界面不易扩散、不燃烧、溶解能力强(15°时三氯乙烯的溶解能力比汽油大四倍，50°时大七倍)，因而常用做气相脱脂，即把零件置于这类有机溶剂的蒸汽中蒸汽就在冷的零件上冷凝化，零件上的油脂就溶解于液化了的有机溶剂中而脱离零件，液化了的溶剂又被加热成蒸汽，这种过程一直持续到零件表面的温度与溶剂的温度相等，蒸汽不在被液化为止。 虽然气相有机溶剂去油效率内很高，但是不能洗掉无机盐类和碱类物质，不能除去零件上的灰尘微粒。把三氯乙烯的浸洗、气相清洗和喷洗来联合采用，可以获得极好的清洗效果。由于采用有机溶剂去油的劳动条件差、毒性较大，气相脱脂必须有良好的封闭式脱脂设备和通用装置，大多数有机溶剂防火要求严格，而且脱脂费用高，现在又有高效的水基清洗剂的出现，现在一般已不采用有机溶剂去油。 (2).碱性水基清洗 以碱性清洗剂为主的水溶液，对动植物油脂通过皂化作用使之成为可溶于水的皂类。此皂为表面活性剂，对非极性的矿物油有乳化作用，使之“增溶”于水相中碱性清洗剂的水溶液也可溶解汗迹等无机污物，故也能将其洗去。加入合成洗涤剂的清洗液，对油脂的清洗作用更有效。 碱性化学水溶液能清洗各种污物，在下一工序要求亲水表面时特别适用。他有较溶剂经济、清洗液能用水洗净，有不燃性，无毒性。 一般的碱性水溶液不如有机溶剂清洗快，而且需要加温，还要有机械搅拌，并需注意PH值高时对铜、铝、锌等金属的腐蚀作用3. 涂装前除锈、除氧化皮钢铁热加工时受氧化产生硬而脆的氧化皮，如热轧钢板、热处理零件、锻件、焊接件都会有氧化皮。此外钢铁在储运过程中，接触水或其他腐蚀介质，都极易出现一层黄锈。而这氧化皮和黄锈在涂层下时会加快钢铁的腐蚀速度。可见充分的除去钢铁表面的氧化皮和黄锈，对涂装物得到有效保护是非常重要的。除锈方法就两类，一是机械法，二是化学法。 4. 磷化处理所谓磷化处理是指金属表面与含磷酸二氢盐的酸性溶液接触，发生化学反应而在金属表面生成稳定的不溶性的无机化合物膜层的一种表面的化学处理方法。所形成的膜称为磷化膜。它的成膜机理为(以锌系为例)： (1).金属的溶解过程当金属浸入磷化液中时，先与磷化液中的磷酸作用，生成一代磷酸铁，并有大量的氢气析出。其化学反应为： Fe + 2H3PO4 = Fe(H2PO4)2 + H2 （1-1）上式表明，磷化开始时，仅有金属的溶解，而无膜生成。 (2).促进剂的加速 上步反应释放出的氢气被吸附在金属工件表面上，进而阻止磷化膜的形成。因此加入氧化型促进剂以去除氢气。其化学反应式为： 3Zn(H2PO4)2 +2Fe+2NaNO2 = Zn3(PO4)2+2FePO4+N2+ 2NaH2PO4+ 4H2O （1-2）上式是以亚硝酸钠为促进剂的作用机理。 (3).水解反应与磷酸的三级离解磷化槽液中基本成分是一种或多种重金属的酸式磷酸盐，其分子式Me(H2PO4)2，这些酸式磷酸盐溶于水，在一定浓度及PH值下发生水解反应产生游离磷酸： Me(H2PO4)2 = MeHPO4 + H3PO4 （1-3）3MeHPO4 = Me3(PO4)2 + H3PO4 （1-4）H3PO3 = H2PO4- + H+ = HPO42- + 2H+ = PO43- + 3H+ （1-5）由于金属工件表面的氢离子浓度急剧下降，导致磷酸根各级离解平衡向右移动，最终成为磷酸根。 (4).磷化膜的形成 当金属表面离解出的三价磷酸根与磷化槽液中的(工件表面)的金属离子(如锌离子、钙离子、锰离子、二价铁离子)达到饱和时，即结晶沉积在金属工件表面上，晶粒持续增长，直至在金属工件表面上生成连续的不溶于水的黏结牢固的磷化膜。 2Zn2+ + Fe2+ + 2PO43- +4H2O Zn2Fe(PO4)2H2O （1-6）3Zn2+ + 2PO42- +4H2O = Zn3(PO4)2H2O （-）金属工件溶解出的二价铁离子一部分作为磷化膜的组成部分被消耗掉，而残留在磷化槽液中的二价铁离子，则氧化成三价铁离子，发生式的化学反应，形成的磷化沉渣其主要成分是磷酸亚铁，也有少量的Me3(PO4)2。 5. 磷化的分类方法有以下几种 (1).根据组成磷化液的磷酸盐分类 有磷酸锌系、磷酸锰系、磷酸铁系。此外还有在磷酸锌中加钙的锌钙系，在磷酸锌中加镍、加锰的“三元体系”磷化等。(2).根据磷化的温度分类 有高温(80°以上)磷化、中温(5070°)磷化和低温(40°以下)磷化。 (3).按磷化施工法分类 有喷淋式磷化、浸渍式磷化、喷浸结合式磷化、涂刷型磷化。 (4).按磷化膜的质量分类有重量型(7.5g/m2以上)，中量型(4.37.5g/m2),轻量型(1.14.3g/m2)和特轻量型(0.31.1g/m2)。 铁盐磷化膜最薄，其膜重为(0.31.1)g/m2，属于轻量型。锌盐磷化视配方而定，可以分为轻量型、中量型或重型磷化膜。膜重范围广，在(1.05.0)g/m2之间。磷化成膜原理可以用过饱和理论来解释。即构成磷化膜的离子积达到该种不溶性磷酸盐的溶度积时，就在金属表面沉积形成磷化膜。磷化处理的材料主要成分为酸式磷酸盐，其分子式为Me(H2PO4)2。金属离子Me通常为锌、锰、铁等。这些酸式磷酸盐均能溶解于水。在含有氧化剂及各种添加剂的酸性磷化液中，磷酸二氢盐要发生离解，产生金属离子Me和磷酸根离子，但此时离子积未达到不溶性磷酸盐的溶度积，并不产生膜的沉积： Me(H2PO4)2 Me2+ + H2PO4- HPO4- + H+ PO4- + H+ 为在适当的温度下使磷化液与被处理的金属表面接触时，发生金属的溶解反应： Fe + 2H+ Fe2+ + H2 由于上式反应，铁与磷化液界面处H+不断被消耗，引起PH值上升，这就又促使了三步离解反应。于是界面处Me2+与PO43-浓度不断上升，直到Me2+PO43->Me3(PO4)2时，就产生Me3(PO4)2不溶性磷酸盐的沉积，覆盖在金属表面，构成磷化膜。 但是，上式生成的氢气吸附在金属表面，造成所谓的阴极极化，使磷化反应的进程受到阻碍。因此要添加一定量的氧化剂作为阴极去极化，以保证磷化反应在规定的时间内完成。氢气被氧化剂氧化成水除掉。产生Fe2+除部分参与成膜形成Zn2Fe(PO4)2H2O外，剩余部分被氧化成Fe3+，Fe3+与PO43-结合成浓度积很小的FePO4,成为淤渣沉淀出来排除于体系外。第2章 可编程序控制器控制系统的设计2.1 变频器变频器即交流电压由交流器部分一次转变成直流，该直流再由变频器部分转变成频率可变的交流，使频率变化后控制负载三相感应电动机的回转速度。改变频率后，能够有效的控制电动机的旋转速度。采用变频调速控制系统，具有以下显著优点：（1）变频调速系统属于转差功率不变型调速系统。无论低速还是高速，其转差功率不变，效率最高。（2）变频器采用无触点电力电子元件，节省了大量的继电器和接触器，简化了外部接线，缩小了控制设备的体积。（3）变频器内部控制的核心是CPU单元，具有较强的运算和控制能力，能够实现参数化调速控制，设置合理的电机运行参数，保证起重机各机构有较大的调速范围和较高的调速精度。（4）变频器内部具有故障自诊断功能，能实现系统的过电压，过电流和过载保护等功能，液晶显示界面可显示出故障信息。因此，该系统性能可靠，故障率极低。对整个工艺过程要求能够自动运行，同时大车和夹具的正反向运行，以及夹具的夹紧和放松均能进行手动控制。起升与运行机构采用变频调速，以实现搬运车精确定位控制。2.1.1 直接转矩控制直接转矩控制（DTC）是一种新的感应电动机控制方法。它充分整合了变频器及电动机的控制，算法简单。直接转矩控制的核心是直接转矩和磁通控制及最优开关逻辑控制，精确的电动机模型也是DTC核心的重要部分。电动机模型利用电动机的两相电流和中间电压辨识电动机的转矩，定子磁通和电动机转速。转矩和磁通的实际值分别比较，产生一组优化的开关控制信号，控制逆变桥IGBT，达到控制电动机转矩和转速的目的。实际电压矢量是由逆变桥的开关位置计算出的。电动机转矩等于定子磁通矢量和转子磁通矢量或转子电流矢量的叉积。定子磁通矢量的幅值一般保持恒定，以保证电动机的最大出力和避免电动机过磁发热。控制定子磁通矢量和转子磁通矢量之间的矢量夹角就可以控制电动机转矩的大小。一般来说，电动机的转子时间常数较大，因此相对定子磁通矢量来说，转子磁通矢量变化很慢。由此，直接控制定子磁通矢量的运动就可以极快地控制电动机的转矩。由逆变器中间电压和开关控制信号生成定子电压矢量。直接转矩控制思想的本质就是根据电动机转矩给定值与电动机模型辨识的转矩实际值得出最优的瞬态定子电压矢量，用这些瞬态定子矢量去控制定子磁通矢量的旋转方向和旋转速度。例如，电压矢量会减少定子磁通矢量的幅值，同时会促使定子磁通矢量沿旋转方向运动。定子磁通矢量的幅值变化会改变电动机的激磁。定子磁通矢量沿旋转方向运动会增加矢量夹角和转矩。2.1.2 直接转矩控制变频器直接转矩控制变频器是在DTC核心添加许多控制功能实现的。其中主要功能是与转矩给定相关的。转矩给定可以使速度调节器的输出，也可以使外部转矩给定。转矩给定被实时修正，以保证适当的中间电压和电气角频率。变频器的过载由转矩极限保护，但允许瞬态过载。转矩极限保护同样会避免电动机转矩超过矢步转矩。电动机的速度控制是变频器的主要控制内容。过程量的控制品质往往取决于速度调节器。DTC变频器的速度控制不像传统的变频器将速度控制作为变频器的一个内部环节，速度调节器的输出是转矩控制的一个外部给定。这样就允许更多种类的过程变量可以在速度调节器中处理。最基本的速度调节器算法是PID。另外一个很有用的功能加减速度补偿，它控制负载的加减速度偏差。PID和加减速度补偿的调整，是根据辨识的机械负载的时间常数自动进行的。定子磁通幅值可以作为给定值送入DTC核心。灵活的控制定子磁通幅值可以实现许多功能，如磁通优化，电动机弱磁等。这对提升卷取类负载的控制极为有用。逆变桥开关频率可以控制在1.5MHZ至3.5MHZ之间，它主要与转矩和磁通的滞环参数有关。这可有效地避免电动机啸叫。DTC变频器可以使电动机在任何激磁状态下快速启动，即便是在转子磁通消失时，也可以做到无延迟启动。当变频器供电电压消失时，DTC算法将使变频器的中间电压维持在一定的水平，同时变频器可以继续运行。当变频器供电电压恢复时，变频器又可以使电动机处于电动运行状态。变频器维持运行时间的长短，主要取决与负载和系统的转动惯量，也即有多少能量可以回馈到变频器。DTC变频器的磁通制动给电动机提供了另一个制动方法。它类似于直流制动，直流制动使转子发热，磁通制动使定子发热。DTC变频器在磁通制动时是可控的。一般来说，在轻载时，电动机的效率会下降到60%以下。DTC变频器的DTC核心可以根据负载的情况，自动计算出电动机所需的最优磁通，这可有效地提高运行电动机的效率。在轻载时，使用50%的激磁电流，就可以减少75%的转子电阻损耗。总之，DTC变频器在有或无速度反馈时，都表现出了极高的转矩和速度控制品质。零速满转矩，掉电维持，磁通制动和磁通优化等功能又给各种工程应用的实现提供了丰富与灵活的手段。2.2 大车控制电路选用三菱公司FX1N系列PLC,F1-40MR。其输入输出点数为40，有24个输入点，16个输出点，其输出为继电器输出方式，输出为开关量。根据系统控制功能的要求，PLC选用一个继电器输出的单元。 PLC输出的控制信号作用于变频器，变频器产生频率连续变化的交流电，驱动电机，使得电机的转速可以连续变化，实现无级调速。本系统采用3台三菱的变频器，分别驱动大车电机，小车电机和抓具电机。大车控制电路，如图2-1。三相电压经过大车变频器转换成可变的交流电压，达到控制电动机的运转速度，制动单元控制大车前电动机和大车后电动机的制动。图2-1 大车控制电路2.3 小车控制电路小车控制电路，如图2-2。三相电压经过小车变频器转换成可变的交流电压，达到控制小车电动机的运转速度，制动单元控制小车电动机的制动。2.4 升降变频器变频器在夹具中的应用，控制夹具的升降，如图2-3。三相电压经过升降变频器转换成可变的交流电压，控制升降电机的运转速度，制动单元控制着升降电动机的制动。图2-2 小车控制电路 图2-3 升降变频器在控制电路中的运用第3章 可编程序控制器控制系统的设计本加工过程选用F1-40MR型PLC，输入输出配置（见图3-1）。F1-40MR可编程序控制器，输入输出点数为40，M表示基本单元，R为继电器输出方式。输入开关量24点，地址编号（45）00（45）07，（45）10（45）13.输出开关量16点，地址编号（45）30（45）37.F1-40MR具有16点特殊辅助继电器。其中，M71为初始化脉冲。M71的触点用于对计数器，移位寄存器，状态指示器等进行初始化。F1-40MR中，CJP为条件转移指令，EJP为转移结束指令。图中KM1和KM2为夹具升降电动机正反转控制接触器，KM3和KM4位夹具2升降电动机正反转控制接触器，KM5和KM6为大车电动机正反转接触器。KM7，KM8，KM9为大车运行时的速度控制端子所对应的线圈。KM10和KM11为小车1电动机正反转接触器。KM12和KM13为小车2电动