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基于三菱P L C和触摸屏的零件锰系磷化工艺自动线设计 口陈慧 口陈国兴 1 ． 武汉理工大学 机电工程学院武汉4 3 0 0 7 0 2 ． 中船重工集团 七二二研 究所武汉4 3 0 0 7 0 摘 要 介绍 了三 菱 F X2 N 可编程控 制器及 G OT 9 7 0触摸 屏控 制 系统在零件锰 系磷化 工艺 自动线控 制上的应用 阐述 了主要控 制方案和原理 ， 同时介绍 了零件锰 系磷化的 工艺规格 、 控制 系统 的构成和 触摸屏设计。 关 键 词 可 编 程 控 制器触 摸 屏锰 磷 化 工 艺 中图分类号T H1 6 2 文献标 识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 1 0 9 0 0 6 0 0 3 钢 铁 材 料 在 含 锰 的 磷 酸 溶 液 中 处 理 后 ， 会 在 表 面 形 成 一 层 难 溶 于 水 的 锰 盐 磷 膜 ，该 膜 层 主 要 由 磷 酸 锰 和 酸 式 磷 酸 锰 铁 组 成 ] 。 此 磷 化 膜 能 有 效 降 低 摩 擦 因 数 ， 防 止 工 件 咬 合 或 擦 伤 ， 减 小 机 械 运 动 阻 力 和 噪 声 ] 。 这 种 以 改 善 润 滑 减 摩 性 能 、 提 高 耐 磨 性 为 主 要 目 的 的 磷 化 工 艺 ， 已 被 广 泛 应 用 于 轻 工 、 电 器 、 军 事 工 业 等 领 域 的 摩 擦 零 件 。 可 编 程 控 制 器 P L C 是 采 用 微 机 技 术 的 通 用 工 业 自动 化 装 置 ， 有 着 可 靠 性 高 、 抗 干 扰 能 力 强 、 编 程 方 便 、 收稿 日期 2 0 1 1年 3月 性 价 比高 的 特 点 。利 用 P L C对 零 件 锰 系 磷 化 自动 线 进 行 控 制 ， 并 结 合 触 摸 屏 的 远 程 操 作 和 监 视 功 能 ， 使 系 统 编 程 方 便 。 调 试 和 运 行 维 护 简 单 ， 显 著 提 高 了 工 作 效 率 。 本 文 将 以无 氟 冰 箱 压 缩 机 锰 系 耐 磨 磷 化 工 艺 为 例 ， 阐述 P L C和 触 摸 屏 在 自动 线 控 制 中 的 应 用 。 1 锰 系磷化 工艺要求 无 氟 冰 箱 压 缩 机 内 部 的 曲 轴 、 活 塞 、 外 支 承 等 主 要 运 动 件 在 高 温 环 境 下 作 往 复 运 动 ， 工 作 环 境 恶 劣 ， 需 对 零 部 件 进 行 锰 系 耐 磨 磷 化 的 工 艺 处 理 。其 工 艺 流 程 及 1 7 5 0 l 4 0 o 莹1 0 5 0 删 曩7 0 0 3 5 0 0 时间／ ms a 进 给量 为 0 ．1 m m／ r 时间／ ms b 进给量为 0 ． 1 5 mm ／ r ▲图 7不同进 给量下． 工件一 刀具热流曲线图 c 进给量为 O ． 2 m m ／ r [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 邓 文君 ， 夏伟 ， 周照耀． 有限元法在切削加工 过程分析中 的 应用 [ J ] ． 工具技术 ， 2 0 0 4， 3 8 1 1 2 0 - 2 7 ． Do me n i c o Umb r e l l o ． F i n i t e El e me n t S i mu l a t i o n o f Co n v e n t i o n al a n d Hi g h S p e e d Ma c h i n i n g o f T i 6 A 1 4 V A l l o y[ J 1 ． J o u r n a l o f Ma t e ria l s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 8 ， 1 9 6 1 3 7 9 8 7 ． Mo r iwa k i T ，S u g i mu r a N ，L u a n S ．C o mb i n e d S t r e s s ， Ma t e ri a l F l o w a n d He a t An a l y s i s o f Or t h o g o n a l Mi c r o m a c h i n i n g o f C o p p e r[ J ]． A n n als of t h e I n t e rna t i o n a l Ac a d e my f o r P r o d u c t i o n En g i n e e ri n g ，1 9 9 3， 7 6 2 - 3 4 3 - 51 ． 2 0 1 1 ／ 9 [ 5 ] S h i r a k a s h i T ， U s u i E ． S i mu l a t i o n A n al y s i s o f O h o g o n a l Me t al C u t t i n g P r o c e s s [ J ] ．J o u mal o f t h e J a p a n S o c i a l P r e c i s e E n g i n e e ri n g ， 1 9 7 6 ， 4 2 5 6 5 7 2 ． [ 6 ] 明兴祖 ， 严宏志 ， 陈书涵 ， 等． 3 D力热耦 合磨齿模型 与数值 分析 [ J ] ． 机械工程学报 ， 2 0 0 8 ， 4 4 5 1 7 2 4 ． [ 7 ] 周 泽华 ． 金属 切 削原 理 [ M] ． 上海 上 海科 学 技 术 出版 社 ， 1 9 8 8 ． [ 8 ] 李传明， 王 向丽 ， 闫华军． 金 属成型有 限元分 析实例指导教 程 [ MI ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 7 ． △ 编 辑 小 前 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 参 数 见 表 1 。 表 1 锰 系耐磨磷化工艺过程厦工艺参数 序 工序 工作 温 处理时 蒸 汽加 自来 纯 压缩空 备注 号 名称 度／ ℃ 间／ rai n 热管 水 水 气搅 拌 1 脱脂 1 5 0 7 O 3 、 ／ 、 ／ 、 ／ 2 脱脂 2 5 0 7 0 3 、 ／ 、 ／ 、 ／ 3 水洗 R T 1 、 v ／ 4 活化 2 0 - 3 5 1 、 ／ 、 ／ 、 ／ 配置制冷机组 5 锰磷化 7 5 ～ 9 5 5 、 ／ 、 ／ 、 ／ 6 水洗 R T 1 、 ／ 7 防锈 5 0 8 O l 、 ／ 、 ／ 8 干燥 1 o o l 4 O 6 、 ／ 2 控 制方案及 系统构 成 2． 1控 制 方 案 设 计 针 对 上 述 工 艺 要 求 ，设 计 了 龙 门 式 程 控 行 车 自动 生 产 线 以 实 现 自 动 化 批 量 生 产 。 整 个 设 备 主 要 由 脱 脂 槽 、 漂 洗 槽 、 活 化 槽 、 磷 化 槽 、 除 锈 槽 、 加 热 系 统 、 零 件 输 送 系 统 、 过 滤 系 统 、 烘 干 装 置 、 冷 却 装 置 、 通 风 排 气 装 置 、 电 气 控 制 系 统 等 组 成 ， 采 用 槽 浸 方 式 ， 将 工 件 装 入 上 ／ 下 料 位 的 行 车 搬 运 周 转 筐 内 ． 由程 控 行 车 将 其 送 至 各 工 艺 槽 内 进 行 零 件 锰 系 磷 化 的 工 艺 处 理 。 设 计 P L C 程 序 ， 按 不 同 工 艺 时 间 的 要 求 ， 逐 次 分 时 管 理 多 个 周 转 筐 进 行 各 工 艺 处 理 。 2 ． 2控 制 部 分 的 硬 件 构 成 根 据 零 件 锰 系 耐 磨 磷 化 的 控 制 要 求 。控 制 系 统 采 用 日本 三 菱 F X2 N一 8 0 MR 可 编 程 控 制 器 、 GOT 9 7 0触 摸 屏 、 F X2 N一 4 AD P T模 拟 量 特 殊 输 人 模 块 、 F X2 N一 2 DA 模 拟 量 输 出 模 块 。 t - 围 设 备 有 5 7 DT 8 0 K 4 ／ B MG／ HF型 行 走 减 速 机 、 F R E7 4 0 0 ． 7 5 K CHT 型 行 走 变 频 器 、 传 感 器 、 液 位 开 关 、 接 近 开 关 、 行 程 开 关 等 。 2． 3控 制 系 统 的 应 用 软 件 可 编 程 控 制 器 的 编 程 软 件 采 用 S WOP C F XGP ／ WI N C ， 可 用 梯 形 图 、 程 序 语 句 来 创 建 顺 序 指 令 程 序 。 建 立 注 释 数 据 及 设 置 寄 存 器 数 据 。 程 序 可 在 串 行 系 统 中 与 可 编 程 控 制 器 一 起 进 行 通 信 、 文 件 传 送 、 操 作 监 控 以 及 各 种 测 试 。触 摸 屏 的 编 写 软 件 采 用 F X P C S DU／ W I N C， 具 有 图形 库 、 数 据 文 件 、 系 统 设 定 、 项 目检 查 、 蜂 鸣 器 等 功 能 Ⅲ。 3主要控制方案及原理 如 图 1所 示 ， 生 产 线 的 控 制 系 统 以 可 编 程 控 制 器 P L C 为 核 心 ， 以 工 业 级 人 机 界 面 为 输 入 、 输 出 设 备 ， 控 制 部 分 包 括 行 车 控 制 、 温 度 控 制 等 。 3 ． 1 行 车 运 行 控 制 方 案 由 P L C控 制 行 车 运 行 ， 按 工 艺 分 布 距 离 设 置 定 位 机械制造4 9卷 第 6 5期 数 据 点 ，按 程 控 行 车 运 动 方 向及 定 位 点 设 置 减 速 区 间 数 据 点 ， 用 三 点 式 信 号 采 集 系 统 对 行 车 定 位 。 为 保 证 行 车 运 行 平 稳 ，采 用 行 走 变 频 器 和 升 降 变 频 器 来 控 制 速 度 。 行 车 上 装 有 对 射 式 光 电 开 关 来 判 断 槽 位 ． 若 发 现 槽 位 内有 工 件 ， 则 吊 钩 停 止 下 降 。在 吊 钩 的 上 、 下 限 都 设 有 极 限 保 护 开 关 ， 当 吊 钩 上 升 或 下 降 冲 过 上 限 或 下 限 开 关 时 ， 极 限 开 关 使 行 车 断 电 。 在 轨 道 的 两 端 设 有 极 限 保 护 开 关 ， 当 行 车 超 出其 运 行 范 围 时 ， 极 限 开 关 使 行 车 断 电 。 人 机 界 面 上 显 示 行 车 的 运 行 状 态 、 所 处 的 位 置 以 及 行 车 的 各 种 故 障 。 3 ． 1 ． 1 三 点 式 信 号 采 集 行 车 定 位 控 制 方 案 由 于 行 车 在 各 工 艺 处 理 槽 间 按 工 艺 处 理 时 间 及 顺 序 往 复 穿 插 运 动 完 成 多 个 工 件 筐 的 逐 次 搬 移 。行 车 的 准 确 定 位 与 平 滑 减 速 停 车 是 控 制 的关 键 。 为 确 保 定 位 信 号 与 定 位 效 果 的 稳 定 一 致 ，在 定 位 信 号 的 两 侧 等 距 离 加 入 进 减 速 、 退 减 速 信 号 位 。 形 成 三 点 式 信 号 采 集 方 式 。 无 论 信 号 测 量 感 应 体 从 哪 个 方 向 到 达 定 位 点 ． 均 要 先 经 过 减 速 信 号 点 ， 依 此 信 号 ， 可 将 高 速 运 动 状 态 的 行 车 在 较 短 的 时 间 内 通 过 变 频 器 减 速 时 间 的 设 定 ， 实 现 在 规 定 区 域 减 至 规 定 速 度 的 要 求 。 这 样 的定 位 控 制 方 案 ， 使 行 车 水 平 和 垂 直 的 行 走 均 具 备 柔 性 。 能 平 滑 启 动 与 稳 定 行 走 ， 提 高 了 行 车 的 使 用 寿 命 。 3 ． 1 ． 2定 位 区 域 的 信 号 布 置 优 化 传 统 方 案 将 定 位 信 号 布 置 在 与 槽 位 布 置 中 心 相 对 应 的 静 止 物 体 上 ， 而 运 动 部 位 布 置 了 碰 撞 式 感 应 块 ． 即 有 多少个 槽 就有 多少 个定 位信 号 。故三 点式 信号 采 集 定 位 控 制 方 案 需 3 0个 信 号 元 件 ， 占用 P L C 3 0多 个 输 入 口 ， 线 路 多 ， 综 合 应 用 成 本 高 。 考 虑 到 静 止 与 运 动 的 相 对 关 系 ， 将 定 位 信 号 布 置 在 运 动 装 置 上 ， 而 感 应 块 布 置 在 静 止 的 槽 位 上 。 这 样 ， 三 点 式 信 号 采 集 装 置 在 运 动 部 位 上 只 需 3个 信 号 元 件 ， 占用 P L C 3个 输 人 口 ， 线 路 也 大 幅 减 少 ，只 需 采 取 技 术 手 段 对 槽 位 及 该 槽 位 的 进 ／ 退 减 速 信 号 加 以 区 分 并 考 虑 计 数 错 误 的 识 别 与 防 范 ． 便 可 将 综 合 应 用 成 本 缩 小 到 优 化 前 的 十 分 之 一 。 3 ． 2 温 度 控 制 系 统 控 制 系统 设 有 温 度 采 集 模 块 ， 各 溶 液 槽 、 烘 干 槽 的 实 际 温 度 、 工 艺 处 理 时 间 在 触 摸 屏 的 “ 运 行 画 面 ” 和 “ 参 数 设 定 ” 上 可 显 示 出 来 。 如 图 2所 示 ， 置 人 槽 中 的 温 度 传 感 器 热 电 阻 把 2 0 1 1 ／ 9 回 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 槽 内 的 温 度 信 号 经 A ／ D 模 块 转 换 传 给 P L C 的 温 度 采 集 模 块 ，再 经 过 P L C 的 运 算 在 人 机 界 面 上 显 示 出 来 。 同时 ， 操作 者 可在 人 机界 面上 对温 度 的上 限值 、 下 限值 等 数 值 进 行 设 置 ，并 通 过 数 据 线 将 信 号 传 递 到 P L C． P L C通 过 D／ A 模 块 将 数 字 信 号 转 换 为 模 拟 信 号 ， 进 而 控 制 比例 调 节 器 与 加 热 器 来 自动 调 节 各 槽 的温 度 。 4触摸屏设计 人 机 界 面 作 为 系 统 的 输 出 显 示 、输 人 参 数 等 不 同 操 作 的 窗 口 ， 包 含 了 参 数 设 定 、 功 能 选 择 、 状 态 显 示 、 设 备 运 行 监 视 、 故 障 指 示 、 特 殊 操 作 等 人 机 对 话 窗 口 ， 各 画 面 简 要 介 绍 如 下 。 4． 1 工 艺 处 理 及 行 车 运 行 监 视 画 面 如 图 3所 示 ， 该 画 面 显 示 各 槽 内 温 度 、 工 艺 处 理 时 间 、 生 产 节 拍 、 行 车 所 处 的 位 置 、 各 设 备 的 运 行 状 态 、 各 开 关 的 状 态 、 时 间 、 日期 等 ； 状 态 显 示 栏 显 示 设 备 的 故 障 及 原 因 图 中数 字 表 示 可 显 示 的 位 数 。 瞪 i 蜜 豳 雒 l - j 。 戡 l ■ 鐾 冀 鹾 麓嚣 穗 鬻 受 i 露 I ▲图 3 零件锰磷化线运行 画面 4． 2 参 数 设 定 画 面 设 计 如 图 4所 示 ， 该 画 面 不 但 显 示 各 槽 温 度 ， 而 且 可 以 让 用 户 输 入 温 度 的 目标 值 、 上 限 值 、 下 限 值 ， 烘 干 槽 、 燃 烧 室 的 设 定 值 以及 烘 干 槽 与 燃 烧 室 温 度 监 控 的 转 换 值 等 数 据 图 中 数 字 表 示 可 输 入 的 位 数 。 5 结束 语 本 文 采 用 三 菱 F X2 N 系 列 P L C 和 GO T 9 7 0触 摸 屏 ， 设 计 了零 件 锰 系 耐 磨 磷 化 工 艺 自动 线 控 制 系 统 。整 个 系 统 采 用 P L C实 现 对 行 车 运 行 和 各 工 艺 槽 的 全 自 动 控 制 ．通 过 状 态 画 面 进 行 实 时 监 控 并 设 有 故 障 报 警 回 2 0 1 1 ／ 9 一 i l 菠 撼 蓬 落 i i l 鞠 豳 i 疆 目 露 黼 u 礤 黼 黼鞠 黼 l l l l i 麴 嘲 I ▲图 4参数设定画面 指 示 画 面 、 帮 助 画 面 等 ， 人 机 界 面 友 好 ， 操 作 简 便 ， 可 靠 性 高 。 与 传 统 工 艺 控 制 流 程 相 比 ， 大 幅 度 提 高 了生 产 效 率 ， 具 有 重 要 的 实 用 价 值 。 参 考 文 献 [ 1 ] 顾 国成 ， 吴 文森． 钢 铁材料 的 防蚀 涂层 [ M] ． 北京 科 学 版 社 ． 1 9 8 7 ． [ 2 ] 王章 忠，蔡璐． 磷化膜后处理与润滑状况对其摩擦学特性 的影响 [ J ] ． 材料保 护 ， 2 0 0 3 ， 3 6 1 5 4 ～ 5 5 ． [ 3 ] 李 向东． 电气控制 与 P L C [ M] ． 北京 机械 T业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 4 ] 苟 晓卫 ，汪 国民 ，田昕．P L C与触摸屏快 速入 与实践 [ M] ．北京 人民邮电出版社 ， 2 0 1 0 ． 编 辑 禾 禾 页岩气示范工程纳入 国家重大专项 国家发展和改革委员会 副主任 、国家能源局局长刘 铁男近 日指 出．我 国要抓 紧制定并争取 尽快 出台页岩气 专项发展规划 ． “ 十二 五”期 间应初 步形成页岩气发展 的 资源 、 技术和产业基础 ， 为 “ 十三五” 我国加快发展创造条 件 。 刘铁男强调 ，页岩气 大规模产业性开发 已成 为全球 能源领域 的一场重要变革 。 加快我 国页岩气开发 ， 对 于增 加天然气有效供 给 、 改善能源结构 、 保障能源安全具有重 大意义。 我国要科 学制定 页岩气发展 的相关产业政策 、 评 价标准 、 准人条件和环境标 准等 。 目前 ， 国家发改 委和国 家能源局已在国家科 技重大专项 中设立 了页岩气 专题 和 示范工程。 推进页岩气产业健康有序 发展 ， 要通过加大科 技攻关和对外合作 ， 引进 、 消化 、 吸收先进技术 ， 掌握适应 我 国资源状况的勘探开发生产 和管理技术 。 辛殉 机械制造 4 9卷 第 5 6 5期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m