基于PLC鐵路客車軸承清洗機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

劉寧

摘 要：本文設(shè)計(jì)了基于可編程控制器PLC的鐵路客車軸承清洗機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，由程序控制的清洗機(jī)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作的實(shí)際要求改變部分功能，以滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)需要。采用PLC進(jìn)行控制的列車軸承清洗機(jī)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)各個(gè)地方的機(jī)車廠和機(jī)務(wù)段檢測(cè)部門實(shí)際應(yīng)用，不僅提高了勞動(dòng)效率，而且延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PLC可編程控制器 軸承 清洗機(jī) PLC硬件與軟件設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）02-0-01

一、前言

本課題選用OMRON CPM1A—40CDR—A型可編程控制器作為鐵路客車軸承清洗機(jī)的核心控制系統(tǒng)，完成了對(duì)軸承清洗的整個(gè)過(guò)程控制，清洗效率高，清洗效果很好。

二、軸承清洗機(jī)的基本原理及設(shè)計(jì)思路

列車軸承清洗機(jī)是對(duì)軸承進(jìn)行一系列清洗工作的動(dòng)作機(jī)構(gòu)。對(duì)軸承的處理應(yīng)包括：脫脂，粗洗，除銹，精洗，控油，烘干等工序。

脫脂的工作原理是應(yīng)用熱水或熱的清洗液通過(guò)噴槍噴出（由電機(jī)帶動(dòng)水泵）將從列車上拆卸下的軸承的表面上的油脂祛除。

當(dāng)軸承到達(dá)脫脂位并且清洗機(jī)的門已經(jīng)關(guān)閉時(shí)，脫脂位開(kāi)始工作。由PLC控制噴水或噴清洗液對(duì)軸承的內(nèi)部和外部同時(shí)進(jìn)行清洗。噴水機(jī)構(gòu)由水泵帶動(dòng)，水泵有電機(jī)控制，水泵對(duì)水加壓，通過(guò)噴頭高速射出，拍打在軸承表面，帶動(dòng)油脂脫落。同時(shí)水或清洗液也起到熱溶解的作用，可以將部分油脂溶解入水中。

第二步是粗洗位，粗洗是為了將從脫脂位送來(lái)的軸承進(jìn)一步清洗，將附著其上的塵土，油脂，清洗液粗略的洗干凈。粗洗程序是將軸承表面的雜物進(jìn)一步祛除，目的仍然為的是將軸承清洗干凈。在設(shè)計(jì)中將粗洗步驟安排為兩位。因?yàn)檩S承在長(zhǎng)時(shí)間的伴隨列車走行過(guò)程中，其污染程度是可想而知的，僅僅靠循環(huán)的熱水或熱清洗液進(jìn)行脫脂是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

粗洗位后是除銹工序。在經(jīng)過(guò)兩步粗洗后軸承的表面已經(jīng)基本可以看見(jiàn)軸承材料原來(lái)的金屬色了。這時(shí)該進(jìn)行的就是除銹步驟。具體做法就是利用電機(jī)帶動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)，利用毛刷對(duì)軸承表面進(jìn)行打磨。電機(jī)的轉(zhuǎn)速不能太快以免毛刷對(duì)軸承表面造成損傷。

精洗步驟安排在除銹步驟之后，是利用電機(jī)帶動(dòng)泵將煤油加壓，使其以一定速度噴射到軸承內(nèi)外表面，將軸承邊角及螺線部位的殘余機(jī)油和前幾步驟中脫落的污物和金屬碎屑清洗掉。

最后到了控油及烘干工序?？赜褪菫榱藢⑤S承上的殘油及多余水分控出?？赜筒襟E的翻轉(zhuǎn)由汽缸的活塞帶動(dòng)。烘干是利用加熱后的高速氣流對(duì)軸承進(jìn)行噴吹，以使軸承表面的水分快速蒸發(fā)。在烘干過(guò)程中PLC的輸出端同時(shí)對(duì)兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行控制，既用來(lái)加熱空氣的電阻絲和用來(lái)控制是否噴氣的汽缸閥門。在烘干步驟中加熱器不能先于汽缸的動(dòng)作而動(dòng)作，不然電阻絲在持續(xù)加熱過(guò)程中汽缸不動(dòng)作，空氣不流動(dòng)，容易燒壞電阻絲。

整條清洗機(jī)的工作結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在整部清洗機(jī)的外部還有兩個(gè)工作位以保證機(jī)器安全穩(wěn)定的運(yùn)行，這就是開(kāi)關(guān)門機(jī)構(gòu)和軸承的提升機(jī)構(gòu)。開(kāi)關(guān)門是為了在機(jī)器正常運(yùn)行過(guò)程中避免水或清洗液的外濺和避免工作人員誤操作帶來(lái)的人身傷害。開(kāi)關(guān)門由PLC進(jìn)行控制，PLC的輸出端控制單電控汽缸線圈以控制汽缸的進(jìn)出氣，帶動(dòng)門的開(kāi)關(guān)。在系統(tǒng)正常運(yùn)行既工作位工作時(shí)，門應(yīng)該是關(guān)閉的。而工作位結(jié)束工作時(shí)，門又能可靠的打開(kāi)。在機(jī)器急停時(shí)，門無(wú)論是在打開(kāi)狀態(tài)還是在關(guān)閉狀態(tài)都應(yīng)該自動(dòng)打開(kāi)。提升機(jī)構(gòu)的作用是在清洗的每個(gè)中斷將軸承自動(dòng)提升到門旁邊。提升機(jī)構(gòu)的動(dòng)作同樣由汽缸控制。固定行程的汽缸活塞可以將等待進(jìn)入清洗機(jī)的軸承帶到清洗機(jī)的門旁邊，由軸承依靠重力滾落到脫脂位上去。PLC的外部輸出節(jié)點(diǎn)直接對(duì)汽缸的電磁閥進(jìn)行控制。

三、軸承清洗機(jī)PLC控制電路的軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)是在軟件的指揮下有條不紊的運(yùn)行，軟件程序功能是否完善將直接關(guān)系到系統(tǒng)的可靠性和安全性，為此作了以下的軟件設(shè)計(jì)。

1.鐵路客車軸承清洗機(jī)工作流程

整條列車軸承清洗機(jī)由啟動(dòng)開(kāi)始，首先判斷能否進(jìn)行清洗工作。當(dāng)系統(tǒng)判斷為能執(zhí)行清洗工作時(shí)，PLC輸出節(jié)點(diǎn)控制提升裝置和進(jìn)位裝置同時(shí)啟動(dòng)，進(jìn)位裝置將脫脂，粗洗，除銹，精洗，控油及烘干位的軸承依次向下一位頂起，軸承由自身重量滾向下一位，被下一位清洗工序的提升汽缸的活塞擋住。提升裝置將待清洗的軸承由清洗線外提升至脫脂位前，當(dāng)提升裝置的活塞與脫脂位左端的門齊平時(shí)，軸承由自身重量的作用，滾入脫脂位，被進(jìn)位汽缸的活塞擋住。進(jìn)位與提升定時(shí)5秒鐘，當(dāng)5秒鐘到時(shí)，各位軸承都已經(jīng)進(jìn)位或提升到位，此時(shí)開(kāi)始進(jìn)位裝置和提升裝置落位，同樣定時(shí)2秒鐘時(shí)間。落位定時(shí)到后PLC輸出端控制清洗機(jī)關(guān)門，關(guān)門裝置定時(shí)3秒，3秒到后門已經(jīng)完全關(guān)閉。各工作位開(kāi)始正常執(zhí)行工作。

2.鐵路客車軸承清洗機(jī)PLC控制電路圖解析

可編程控制器梯型圖互鎖條件及各種限制條件。

1）啟動(dòng)按鈕00000（與）被按下后停止功能回路斷開(kāi)，停止功能不能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)停止按鈕00001（與）被按下后，啟動(dòng)回路斷開(kāi)連接，系統(tǒng)停止運(yùn)行。

2）整臺(tái)清洗機(jī)啟動(dòng)后，中間繼電器20000輔助功能及清洗步驟應(yīng)在自動(dòng)工作擋，此時(shí)手動(dòng)操作應(yīng)當(dāng)失效，既要求手動(dòng)功能應(yīng)在中間繼電器線圈20001得電下運(yùn)行，而在線圈20000得電下失效。

3）對(duì)清洗機(jī)門的控制應(yīng)該包括三部分，在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下PLC對(duì)門的控制。在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，急停時(shí)，PLC對(duì)門的延時(shí)打開(kāi)控制。在手動(dòng)狀態(tài)下，關(guān)門操作旋鈕對(duì)門的控制。這三個(gè)控制不能發(fā)生沖突，尤其是在普通自動(dòng)控制以及在急停狀態(tài)下要求門延時(shí)3秒打開(kāi)的控制。

4）7個(gè)清洗位的工作分自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)和手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下受定時(shí)器T003及各位檢測(cè)信號(hào)輸入的控制，在手動(dòng)操作狀態(tài)下受中間繼電器20001及手動(dòng)操作信號(hào)輸入端00012的控制。

5）當(dāng)整條清洗T005定時(shí)結(jié)束后，整臺(tái)清洗機(jī)有進(jìn)位，提升控制處開(kāi)始復(fù)位。定時(shí)器清零，斷開(kāi)的常閉觸點(diǎn)重新閉合，閉合的常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)。除中間繼電器線圈20000通電之外，所有機(jī)構(gòu)線圈全部失電。

6）系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)位裝置1001和提升裝置1002同時(shí)開(kāi)始工作，工作過(guò)程中門始終是打開(kāi)狀態(tài)的。進(jìn)位，提升裝置動(dòng)作5秒后停止，開(kāi)始復(fù)位，復(fù)位時(shí)間為2秒。此時(shí)仍舊要求機(jī)構(gòu)門是打開(kāi)狀態(tài)的。

7）2秒定時(shí)結(jié)束后，機(jī)構(gòu)門1000開(kāi)始關(guān)閉。此時(shí)要求進(jìn)位裝置和提升裝置都開(kāi)始回落或已經(jīng)回落到位。

8）7個(gè)工作位開(kāi)始工作時(shí)要求機(jī)構(gòu)門已經(jīng)完全關(guān)閉，所以，關(guān)門要有定時(shí)T003，以保證在門完全關(guān)閉后，清洗工作位才開(kāi)始工作。

9）當(dāng)各工作位開(kāi)始正常工作即工作位輸出節(jié)點(diǎn)有電壓輸出時(shí)要求工作位輔助電機(jī)也同時(shí)開(kāi)始工作，即1105節(jié)點(diǎn)有輸出電壓，

10）要求無(wú)論是在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下還是在手動(dòng)控制狀態(tài)下，只要在工作之中時(shí)，要求輔助電機(jī)就應(yīng)該也在工作狀態(tài)下，以保證軸承在工作位置始終旋轉(zhuǎn)，以有利于清洗工作的正常進(jìn)行。

本文完成了鐵路客車軸承清洗機(jī)PLC控制電路的軟件設(shè)計(jì)。目前我國(guó)在客車軸承清洗方面的技術(shù)還比較落后，較其他發(fā)達(dá)國(guó)家有一定的差距。本課題的設(shè)計(jì)在充分理解客車軸承清洗機(jī)原理后，結(jié)合OMRON可編程控制器和電控汽缸的工作原理，編寫程序。理論論證后不斷解決問(wèn)題，改正缺點(diǎn)與不足，最終使理論與實(shí)際相統(tǒng)一。如原設(shè)計(jì)清洗機(jī)為在不通電情況下為閉門，后考慮到系統(tǒng)因故障在急停情況下的故障排除因素，需將系統(tǒng)設(shè)計(jì)為失電開(kāi)門結(jié)構(gòu)。修改了梯型圖的軟件程序，修正了這一缺陷。

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