觸摸屏在轉(zhuǎn)向架清洗控制中的應(yīng)用

邸書玉 遲環(huán)宇

摘 要：根據(jù)轉(zhuǎn)向架組成特點，本研究確定了一種基于觸摸屏的控制轉(zhuǎn)向架清洗的方案，介紹了裝置的組成、特點、控制工藝及控制程序設(shè)計。實踐表明，用矩形水噴射機構(gòu)清洗和吹掃技術(shù)清洗機車轉(zhuǎn)向架，清洗效率高且實用。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向架;觸摸屏;清洗

中圖分類號：TM571 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）35-0030-03

Application of Touch Screen in Cleaning Control of Bogies

DI Shuyu1 CHI Huanyu2

（1. College of Information and Control Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin Jilin 132022;2. Jilin Chemical Industrial Group Instrument Co.， Ltd.，Jilin Jilin 132022）

Abstract： According to the characteristics of the bogie composition， this study determined a scheme for controlling the cleaning of the bogie based on the touch screen， and introduced the composition， characteristics， control process and control program design of the device. Practice has shown that the cleaning and purging of locomotive trucks with rectangular water spraying mechanism cleaning is efficient and practical.

Keywords： bogie;touch screen;washing

轉(zhuǎn)向架是鐵路機車運行的關(guān)鍵部件，其技術(shù)狀態(tài)的好壞直接影響機車運行的安全性和平穩(wěn)性[1]。由于轉(zhuǎn)向架是長期暴露在外的車輛走行部件，轉(zhuǎn)向架、制動梁表面附著厚厚的灰塵及污油，若有裂紋則難以發(fā)現(xiàn)，也無法用探傷檢查裂紋，因此轉(zhuǎn)向架的質(zhì)量檢修越來越受到重視。清洗承載鞍、枕簧及斜楔部分是轉(zhuǎn)向架質(zhì)量檢修的重要環(huán)節(jié)，清洗時需要保證不損傷構(gòu)架。轉(zhuǎn)向架表面清洗水吹掃標準是表面無明顯水滴，重點是四個彎角、承載鞍、枕簧及斜楔部分。

轉(zhuǎn)向架的清洗主要采用高壓水噴流清洗法，供水泵采用單吸多級節(jié)段式離心泵，利用水泵將水吸入，經(jīng)加壓后由移動式矩形水噴射機構(gòu)經(jīng)54個高壓管路噴射而出，借助水的高壓動力能將轉(zhuǎn)向架表面的油垢積銹清洗掉。影響清洗效果的因素有許多，如何提高清洗效果，達到清洗質(zhì)量高、除銹效果好、壓力損失較小等目的，是設(shè)計轉(zhuǎn)向架清洗控制主要考慮的問題。自動清洗技術(shù)應(yīng)用在機車檢修工藝中，可從根本上解決這一問題，自動清洗設(shè)備已成為機車車輛檢修工藝的發(fā)展趨勢。因此，本研究開發(fā)出基于觸摸屏的轉(zhuǎn)向架自動清洗系統(tǒng)。

1 裝置組成

觸摸屏選擇MP277-10 Touch，可通過RS422/485接口與S7-300 PLC通信。清洗裝置傳動運輸機構(gòu)采用成熟的起重機技術(shù)，升降采用柱塞方式，利用電動葫蘆，并配備安全性高、占用空間小的超載限制器。

采用進口噴嘴移動式矩形水噴射機構(gòu)，左右兩側(cè)矩形水噴射機構(gòu)經(jīng)1次往復清洗可最大限度將轉(zhuǎn)向架各關(guān)鍵部位清洗干凈。清洗室采用不銹鋼結(jié)構(gòu)，進出門采用橡膠條，防止漏水、滲水。清洗過程由PLC控制，也可在現(xiàn)場通過操作臺PLC手動完成，轉(zhuǎn)向架進入清洗室內(nèi)部后，可實現(xiàn)自動清洗。

供水泵采用單吸多級節(jié)段式離心泵，清洗壓力為2.5MPa，流量為32m3/h。吹風系統(tǒng)采用壓縮空氣加熱后噴嘴噴射，噴嘴布置于矩形水噴射機構(gòu)中間位置。

2 裝置特點和主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

2.1 裝置的特點

根據(jù)鐵路車輛檢修工藝流程和現(xiàn)場實際條件，清洗裝置采用國內(nèi)先進的清洗工藝及設(shè)備，確保轉(zhuǎn)向架清洗質(zhì)量、工作效率、維護及成本投入的最佳化。

該清洗裝置具有以下特點：采用通過式清洗方式，轉(zhuǎn)向架吊起后，一次性完成清洗，不需要摘鉤，工作效率高;烘干噴嘴圍繞轉(zhuǎn)向架四周分布，數(shù)量約為20個;54個噴嘴在通過方向上對稱分布，反作用力相互抵消，保證機構(gòu)清洗過程的穩(wěn)定性，同時噴嘴噴射軌跡與垂直面成26°，每次28個或者26個噴嘴循環(huán)工作，轉(zhuǎn)向架立面兩側(cè)在噴嘴有效靶距范圍內(nèi)，保證良好的清洗效果;移動式矩形水噴射機構(gòu)采用鏈傳動方式，穩(wěn)定可靠，方便檢修;起重機立柱靠墻布置，占用空間小。

2.2 主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

起重機的額定起重量為3.3t，加超載限制器，升降速度為2.9m/min，升降電動葫蘆功率為3.5kW，大車運行速度為2～20m/min且可調(diào)，大車變頻調(diào)速電機運行功率為0.8kW，行走速度為4m/min，噴嘴數(shù)量為54個，噴嘴直徑為2.4mm，噴嘴最佳靶距為300mm，噴射形式為矩形移動式，噴嘴流量為16.72L/min。

水噴射機構(gòu)的設(shè)計工作壓力為0.9MPa，功率15kW。電加熱器的流量為2.4m3/min，加熱密度為2.0W/cm2，進出口工作溫差為30℃。設(shè)備總功率小于90kW，用水量為30m3/h，水循環(huán)使用，循環(huán)水為不含固體顆粒的清水，溫度不超過80℃，清洗效率為5min/每工位。

3 控制工藝流程

開啟液壓站，轉(zhuǎn)向架經(jīng)車間內(nèi)鐵路線推至清洗室旁邊固定位置，根據(jù)轉(zhuǎn)向架實際情況選擇清洗時間及吹掃時間。利用專用卡具夾緊轉(zhuǎn)向架，開啟起重機，吊轉(zhuǎn)向架到固定高度，余下的輪對由人工推入檢修線。起重機將構(gòu)架送入清洗室固定位置。

三通水閥與矩形水噴射機構(gòu)A供水管接通，開啟水泵，給位于起始位的矩形水噴射機構(gòu)A供水，矩形水噴射機構(gòu)A的噴嘴開始噴水，進行去程清洗。矩形水噴射機構(gòu)A運行到終點位停止后立即返回，進行返程清洗。

矩形水噴射機構(gòu)A由終點位返到起始位后停止，左側(cè)清洗結(jié)束。

三通水閥自動轉(zhuǎn)換至與矩形水噴射機構(gòu)B供水管接通狀態(tài)，給位于起始位的矩形水噴射機構(gòu)B供水，矩形水噴射機構(gòu)B的噴嘴開始噴水，進行去程清洗。矩形水噴射機構(gòu)B運行到終點位停止后立即返回，進行返程清洗。矩形水噴射機構(gòu)B由終點位返到起始位后停止，右側(cè)清洗結(jié)束。

清洗完畢后，水泵自動關(guān)閉，清洗水順清洗室下地漏流入污水處理系統(tǒng)后循環(huán)使用。開啟壓縮空氣加熱器的壓縮空氣控制閥門，開啟壓縮空氣加熱器，給位于起始位的矩形吹掃機構(gòu)供氣，矩形水噴射機構(gòu)的噴嘴開始噴氣，進行去程吹掃。矩形吹掃機構(gòu)運行到終點位停止后立即返回，進行返程吹掃。矩形吹掃機構(gòu)由終點位返到起始位后停止，吹掃結(jié)束。

待構(gòu)架吹掃完畢后，關(guān)閉壓縮空氣加熱器，壓縮空氣控制閥門延時5s關(guān)閉，用手控按鈕盤或手持遙控移動按鈕盤控制起重機，將構(gòu)架吊到環(huán)軌構(gòu)架檢修小車上，松開卡具，構(gòu)架進入下道工序。用手控按鈕盤或手持遙控移動按鈕盤控制起重機返回起始位。

4 觸摸屏程序設(shè)計

4.1 觸摸屏程序設(shè)計內(nèi)容

本研究共開發(fā)流程監(jiān)控畫面、報警畫面、模擬量監(jiān)控畫面、歷史趨勢畫面、單動畫面、自動畫面6個主畫面以及起重機、吹掃機構(gòu)等10個小畫面。

系統(tǒng)采用西門子MP277-10 Touch觸摸屏，運用組態(tài)軟件WinCC flexible 2007進行組態(tài)。WinCC flexible 2007通過提供各種組件進行組態(tài)，使用戶可以用觸摸屏上的組合文字、按鈕、圖形和數(shù)字信息等來處理或監(jiān)控不斷變化的信息，它能夠和編程軟件STEP7 V5.3集成，控制系統(tǒng)使用統(tǒng)一的通信協(xié)議、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)一的編程組態(tài)工具[2]。觸摸屏的應(yīng)用使監(jiān)控更加直觀，節(jié)省了按鈕等硬件，使轉(zhuǎn)向架清洗更加可靠和方便。

根據(jù)控制系統(tǒng)功能要求，觸摸屏程序設(shè)計應(yīng)完成包括動畫功能在內(nèi)的人機界面程序，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、圖形顯示、人機對話、實時通信、實時數(shù)據(jù)分析等多個任務(wù)的實時并行處理。

初次進入畫面時，用戶需要輸入登錄口令，防止未授權(quán)操作人員進行操作，以保證系統(tǒng)的安全性。進入系統(tǒng)后的初始畫面為控制系統(tǒng)的主界面，該畫面包含各個分畫面的切換按鈕和退出按鈕，單擊按鈕可以切換到相應(yīng)的畫面，每個畫面均有主畫面按鈕，可以實時返回主畫面。流程畫面顯示轉(zhuǎn)向架工藝流程、起重機設(shè)備狀態(tài)，可通過單擊畫面上的按鈕對現(xiàn)場設(shè)備進行控制。模擬量監(jiān)控畫面用于顯示控制系統(tǒng)所采集的現(xiàn)場溫度、流量的實時數(shù)值。在設(shè)置畫面，操作人員可以對吹掃溫度和進水流量這兩個重要參數(shù)進行設(shè)置，并實時顯示實測的曲線和歷史趨勢曲線。當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，報警畫面可顯示報警信息，當有新的報警出現(xiàn)時，觸摸屏畫面將以顏色閃動方式彈出報警相關(guān)信息，以提醒用戶注意報警事件，從而保證系統(tǒng)的安全運行。歷史曲線記錄畫面顯示監(jiān)控過程中溫度和流量的實時輸出值及趨勢曲線。

圖2 自動操作

4.2 操作控制方式

操作控制方式分單動和自動兩種方式。

單動為手動單步啟動供水泵，其執(zhí)行器包括壓縮空氣控制閥門、壓縮空氣加熱器、矩形水噴射機構(gòu)B101A（去程/返程）、矩形水噴射機構(gòu)B101B（去程/返程），矩形吹掃機構(gòu)B102A/B（去程/返程）、三通水閥轉(zhuǎn)向按鈕。在手動模式下，每個執(zhí)行器的動作必須按下相應(yīng)的按鈕才能實現(xiàn)，在屏幕上選擇此模式按鈕，如果出現(xiàn)錯誤操作，則執(zhí)行器被鎖定，其目的是保證系統(tǒng)安全。該程序加入聯(lián)鎖功能，如限位開關(guān)對運動極限位置的限制、上行與下行的互鎖、左行與右行的互鎖，在轉(zhuǎn)變到其他工作模式時，所有的手動操作必須復位。手動操作如圖1所示。

自動模式有單周期和連續(xù)控制兩種工作方式。在單周期運行狀態(tài)下，系統(tǒng)只工作一個周期，連續(xù)狀態(tài)是指系統(tǒng)一個工作周期結(jié)束后不斷從最后一步返回第一步，并連續(xù)反復地工作，直至按下停止鍵則當前洗車結(jié)束[3]。

自動（一鍵自動清洗）按照以下順序執(zhí)行：供水泵啟?！鷫嚎s空氣控制閥門啟停→壓縮空氣加熱器啟?！匦嗡畤娚錂C構(gòu)去程與停止→矩形水噴射機構(gòu)返程與停止→矩形吹掃機構(gòu)去程與停止→矩形吹掃機構(gòu)返程與停止→三通水閥轉(zhuǎn)向→起重機大車橫向前進、橫向后退→起重機電動葫蘆上升、下降→起重機卡具夾緊、松開。在自動模式下，程序自動循環(huán)，其前提是各個部件位置在其初始位置上。自動操作如圖2所示。

清洗時間可以選擇3擋，即3、4.5、6min（可調(diào)），吹掃時間也選擇3擋，即3、4.5、6min（可調(diào)）。

5 結(jié)語

本文將西門子觸摸屏和PLC結(jié)合，利用標準工具STEP7 V5.3和組態(tài)軟件WinCC Flexible 2007，對轉(zhuǎn)向架控制系統(tǒng)進行分析，最終設(shè)計出基于觸摸屏的轉(zhuǎn)向架清洗監(jiān)控系統(tǒng)，使人機界面更加靈活、豐富，操作簡單、安全，提高了生產(chǎn)效率，并將其應(yīng)用在鐵路機車清洗中。實踐證明，該控制系統(tǒng)簡化了控制線路，具有較高的可靠性、實用性，自動化程度高，功能性強，操作方便，使用面寬，運行完全能夠滿足實際要求，保證了轉(zhuǎn)向架的安全運行與可靠維修。

參考文獻：

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