車用水泵清洗裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

余鍵

摘要：根據(jù)車用水泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和清洗要求，設(shè)計(jì)了由超聲波高壓噴射清洗的清洗系統(tǒng)，利用三菱PLC實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)順序控制，并進(jìn)行車用水泵清洗裝置的運(yùn)動(dòng)。其實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明：該裝置完全滿足水泵的清洗要求，并且提高了清洗效率。

Abstract： According to the structural characteristics and requirements for vehicle water pump， a cleaning system with the ultrasonic high pressure injection is designed， which can realize the power system's sequence control using Sanling PLC， and take a movement of the vehicle water pump cleaning device. The practical results show that the device can satisfy the cleaning requirement of water pump， and improve the cleaning efficiency.

關(guān)鍵詞：車用水泵；超聲波；PLC；清洗裝置

Key words： vehicle water pump；ultrasonic；PLC；cleaning device

中圖分類號(hào)：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）13-0148-02

0 引言

清洗工序是汽車零部件加工制造過(guò)程中不可或缺的一道工序。對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、水泵等功能、性能要求較嚴(yán)格的產(chǎn)品，清洗工序則關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)階段，車用水泵制造行業(yè)的清洗裝置種類較多，所采用的清洗工藝也各有特點(diǎn)，相關(guān)技術(shù)措施日趨成熟。然而，制造業(yè)產(chǎn)品的零部件的形狀是不同的，比如車用水泵等帶有深孔、盲孔、階梯多孔類等特殊形狀元素的復(fù)雜零件，僅以當(dāng)前的技術(shù)設(shè)備和相應(yīng)的成本進(jìn)行清洗通常達(dá)不到要求的清潔度。對(duì)此，在制造技術(shù)和制造工藝不斷升級(jí)換代的當(dāng)今社會(huì)，大部分產(chǎn)品的生產(chǎn)線早已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但處在制造工藝末端的清洗工序目前仍以人工操作為主。清洗工序的作業(yè)條件差，工作任務(wù)繁重，而且清洗液無(wú)法實(shí)現(xiàn)回收處理，一定程度上對(duì)環(huán)境造成了污染，因而長(zhǎng)期以來(lái)，清洗工序的操作成本一直居高不下，成為制約生產(chǎn)效率提升的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。企業(yè)當(dāng)下面臨著一項(xiàng)嚴(yán)肅的問(wèn)題：即便企業(yè)能夠生產(chǎn)出高精度的水泵，但是在清洗裝配環(huán)節(jié)，高投入、低效率的清洗工藝嚴(yán)重拉低了水泵產(chǎn)品的質(zhì)量和使用性能。

因此，根據(jù)零件表面特征及加工工藝的特殊性，通過(guò)設(shè)計(jì)和研制專門的附件或裝備來(lái)實(shí)現(xiàn)滿足車用水泵要求的清洗工序，是目前工業(yè)清洗技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)發(fā)展方向。本課題所進(jìn)行的研究來(lái)源于車用水泵生產(chǎn)企業(yè)項(xiàng)目，目標(biāo)為自動(dòng)清洗車用水泵的設(shè)備研制。課題主要研究利用三菱PLC進(jìn)行車用水泵清洗設(shè)備的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力系統(tǒng)順序控制，使車用水泵清洗設(shè)備獲得良好清洗工藝質(zhì)量，用以降低零件生產(chǎn)的成本，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。

1 超聲波清洗機(jī)原理

超聲波清洗是借助液體中氣泡破裂后產(chǎn)生的沖擊力對(duì)零件表面進(jìn)行持續(xù)沖刷的一種清洗工藝。相對(duì)于傳統(tǒng)清洗工藝來(lái)講，超聲波清洗速度快，耗時(shí)少，一般在幾十秒到幾分鐘內(nèi)就可完成清洗任務(wù)。液體中超聲波所產(chǎn)生的空化頻率大概是每秒2.8萬(wàn)次，因此在由于空化作用而產(chǎn)生的氣泡數(shù)量眾多，零部件的各個(gè)部位只需接觸到清洗液體，就能達(dá)到快速、有效地清除污漬的目的。

清洗時(shí)，先把待洗零件置于吊籃中，開啟系統(tǒng)，使吊籃在傳動(dòng)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)下自動(dòng)放入清洗槽中。啟動(dòng)給水泵，在清洗槽中灌注高溫高壓凈水到設(shè)計(jì)水位。啟動(dòng)給液泵，注入化學(xué)清洗液，水和清洗液的混合比例通過(guò)液位傳感器控制，達(dá)到設(shè)定液位，關(guān)閉給液泵。開啟攪拌設(shè)備，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)攪拌葉片，達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，由延時(shí)觸點(diǎn)關(guān)閉攪拌設(shè)備，浸泡待洗零部件。若清洗槽中溫度未達(dá)到設(shè)定溫度，則啟動(dòng)加熱器將清洗液加熱至設(shè)定溫度，此時(shí)接通超聲波發(fā)生器電路。通過(guò)定時(shí)器延時(shí)設(shè)定清洗時(shí)間，驅(qū)動(dòng)污水泵觸點(diǎn)動(dòng)作將廢液抽出。同時(shí)驅(qū)動(dòng)給水泵，用高溫高壓凈水噴洗零部件。清洗延時(shí)設(shè)定完成時(shí)，將給水泵和污水泵關(guān)閉。啟動(dòng)烘干機(jī)烘干，烘干延時(shí)完成后吊籃上升至初始位置，指示燈發(fā)出警報(bào)，提示清洗完成。其中，烘干機(jī)裝置由風(fēng)管、風(fēng)泵和加熱裝置組成。本系統(tǒng)中的控制量均為開關(guān)量，整個(gè)工藝過(guò)程以邏輯順序控制為主，故選用PLC作為控制模塊核心，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工藝過(guò)程的自動(dòng)控制。

汽車零部件超聲波清洗裝置主要由超聲波發(fā)生器、機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備、烘干機(jī)、加熱器、給排設(shè)備、攪拌裝置和驅(qū)動(dòng)電路等7部分組成，如圖1所示。

2 部分器件選型

電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制，本系統(tǒng)輸入量8個(gè)，輸出量11個(gè)，可選擇三菱公司的FX2N-48MT型PLC。作為整個(gè)清洗控制系統(tǒng)的核心，PLC在清洗裝置的主要任務(wù)有：①通過(guò)信號(hào)控制整個(gè)清洗流程的工作；②接收、運(yùn)算以及輸出系統(tǒng)的信號(hào)；③保證水泵的清洗程度；④通過(guò)內(nèi)部程序運(yùn)算保持各電機(jī)的同步速度。在軟件程序設(shè)計(jì)時(shí)，主體采用順序控制，并利用邏輯運(yùn)算功能加以輔助。每一工位采用限位開關(guān)設(shè)定準(zhǔn)確位置，保證在清洗過(guò)程中各狀態(tài)的正確執(zhí)行，以此為系統(tǒng)安全有序運(yùn)行提供保障。

3 工作過(guò)程分析

按下啟動(dòng)按鈕，散熱器開始工作，同時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)吊籃下降到下限位并停止。此時(shí)，給水泵電磁閥得電，高溫水注入，開始對(duì)待清洗零件進(jìn)行噴洗，直至箱中液位上升至中液位限位，停止供水。之后驅(qū)動(dòng)給液泵電磁閥得電，化學(xué)清洗液注入，直到上液位限位，注液停止。此時(shí)，攪拌設(shè)備工作，持續(xù)設(shè)定值T時(shí)間后停止。若在工作過(guò)程中，溫度沒(méi)有達(dá)到預(yù)設(shè)值，則加熱裝置啟動(dòng)，加熱至設(shè)定溫度，并將信號(hào)傳遞給控制器，開始對(duì)零件進(jìn)行延時(shí)浸泡處理。等浸泡到達(dá)設(shè)定時(shí)間，超聲波驅(qū)動(dòng)電路自動(dòng)啟動(dòng)。超聲波驅(qū)動(dòng)電路執(zhí)行T工作時(shí)間后，污水泵電磁閥得電，系統(tǒng)開始放液排出清洗污水，液位下限位到達(dá)后，整個(gè)清洗周期完成。由于清洗液中有化學(xué)成分，此時(shí)可以設(shè)定改過(guò)程執(zhí)行次數(shù)為2，由計(jì)數(shù)器進(jìn)行周期數(shù)的控制。清洗工作完成之后，烘干設(shè)備自動(dòng)啟動(dòng)，對(duì)零件進(jìn)行烘干處理，并維持設(shè)定值T時(shí)間。烘干完成后，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)開始，驅(qū)動(dòng)吊籃上升至上限位，電機(jī)停轉(zhuǎn)，限位開關(guān)同時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警器蜂鳴，T時(shí)間后系統(tǒng)自動(dòng)停止。在整個(gè)執(zhí)行過(guò)程中，如出現(xiàn)工作意外，可由急停按鈕隨時(shí)進(jìn)行停機(jī)，以避免事故擴(kuò)大，工作流程如圖2所示。

4 自動(dòng)清洗裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

自動(dòng)清洗裝置控制系統(tǒng)由電路的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。

4.1 硬件電路設(shè)計(jì)

根據(jù)自動(dòng)水泵清洗裝置的工作特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)要求，列取主要驅(qū)動(dòng)設(shè)備分別如下：①傳動(dòng)裝置拖動(dòng)電機(jī)1臺(tái)；②機(jī)箱散熱風(fēng)機(jī)1臺(tái)；③給水泵、供液泵、污水泵電磁閥各1個(gè)；④攪拌器驅(qū)動(dòng)電機(jī)1臺(tái)；⑤加熱裝置1套；⑥烘干機(jī)1臺(tái)；⑦超聲波驅(qū)動(dòng)電路1套；⑧報(bào)警器1臺(tái)?？刂齐娐酚蒔LC控制，其供電源主要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器，將交流22OV電源轉(zhuǎn)換為直流24V，供給給PLC、各泵的電磁閥和各觸點(diǎn)，同時(shí)作為控制電路電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電路的控制。水泵清洗裝置的PLC供電電路設(shè)計(jì)如圖3所示。

4.2 軟件電路設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)清洗機(jī)的工作流程分析，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的軟件控制程序，由于篇幅所限，截取部分梯形圖程序，如圖4所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本清洗裝置控制系統(tǒng)采用自動(dòng)控制，結(jié)合車用水泵清洗裝置的工作流程，對(duì)其反饋信號(hào)進(jìn)行采集和處理，通過(guò)設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和工藝過(guò)程的優(yōu)化，進(jìn)一步提高水泵的清洗質(zhì)量和清洗效率。本機(jī)采用PLC作為核心控制器件，外形尺寸僅為1400m×860mm×1750mm，可根據(jù)工作要求進(jìn)行多次循環(huán)噴洗，噴洗方式采用液流對(duì)位沖洗，其清洗壓力最高可達(dá)400kPa?？紤]生產(chǎn)發(fā)展需要，系統(tǒng)預(yù)留了部分端口，可外接顯示器、觸摸屏等進(jìn)行方便控制與監(jiān)控。目前，水泵清洗裝置的改進(jìn)樣機(jī)已投入生產(chǎn)線運(yùn)行，大大節(jié)省了工作時(shí)間，清洗效果達(dá)到預(yù)定改進(jìn)目標(biāo)。

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