刘宁

摘 要：本文设计了基于可编程控制器PLC的铁路客车轴承清洗机的软件设计，由程序控制的清洗机可以根据现场工作的实际要求改变部分功能，以满足工业现场需要。采用PLC进行控制的列车轴承清洗机已经在国内各个地方的机车厂和机务段检测部门实际应用，不仅提高了劳动效率，而且延长了设备的使用寿命，具有较高的实用价值。

关键词：PLC可编程控制器 轴承 清洗机 PLC硬件与软件设计

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）02-0-01

一、前言

本课题选用OMRON CPM1A—40CDR—A型可编程控制器作为铁路客车轴承清洗机的核心控制系统，完成了对轴承清洗的整个过程控制，清洗效率高，清洗效果很好。

二、轴承清洗机的基本原理及设计思路

列车轴承清洗机是对轴承进行一系列清洗工作的动作机构。对轴承的处理应包括：脱脂，粗洗，除锈，精洗，控油，烘干等工序。

脱脂的工作原理是应用热水或热的清洗液通过喷枪喷出（由电机带动水泵）将从列车上拆卸下的轴承的表面上的油脂祛除。

当轴承到达脱脂位并且清洗机的门已经关闭时，脱脂位开始工作。由PLC控制喷水或喷清洗液对轴承的内部和外部同时进行清洗。喷水机构由水泵带动，水泵有电机控制，水泵对水加压，通过喷头高速射出，拍打在轴承表面，带动油脂脱落。同时水或清洗液也起到热溶解的作用，可以将部分油脂溶解入水中。

第二步是粗洗位，粗洗是为了将从脱脂位送来的轴承进一步清洗，将附着其上的尘土，油脂，清洗液粗略的洗干净。粗洗程序是将轴承表面的杂物进一步祛除，目的仍然为的是将轴承清洗干净。在设计中将粗洗步骤安排为两位。因为轴承在长时间的伴随列车走行过程中，其污染程度是可想而知的，仅仅靠循环的热水或热清洗液进行脱脂是远远不够的。

粗洗位后是除锈工序。在经过两步粗洗后轴承的表面已经基本可以看见轴承材料原来的金属色了。这时该进行的就是除锈步骤。具体做法就是利用电机带动轴承旋转，利用毛刷对轴承表面进行打磨。电機的转速不能太快以免毛刷对轴承表面造成损伤。

精洗步骤安排在除锈步骤之后，是利用电机带动泵将煤油加压，使其以一定速度喷射到轴承内外表面，将轴承边角及螺线部位的残余机油和前几步骤中脱落的污物和金属碎屑清洗掉。

最后到了控油及烘干工序。控油是为了将轴承上的残油及多余水分控出。控油步骤的翻转由汽缸的活塞带动。烘干是利用加热后的高速气流对轴承进行喷吹，以使轴承表面的水分快速蒸发。在烘干过程中PLC的输出端同时对两个设备进行控制，既用来加热空气的电阻丝和用来控制是否喷气的汽缸阀门。在烘干步骤中加热器不能先于汽缸的动作而动作，不然电阻丝在持续加热过程中汽缸不动作，空气不流动，容易烧坏电阻丝。

整条清洗机的工作结构如图1所示。

在整部清洗机的外部还有两个工作位以保证机器安全稳定的运行，这就是开关门机构和轴承的提升机构。开关门是为了在机器正常运行过程中避免水或清洗液的外溅和避免工作人员误操作带来的人身伤害。开关门由PLC进行控制，PLC的输出端控制单电控汽缸线圈以控制汽缸的进出气，带动门的开关。在系统正常运行既工作位工作时，门应该是关闭的。而工作位结束工作时，门又能可靠的打开。在机器急停时，门无论是在打开状态还是在关闭状态都应该自动打开。提升机构的作用是在清洗的每个中断将轴承自动提升到门旁边。提升机构的动作同样由汽缸控制。固定行程的汽缸活塞可以将等待进入清洗机的轴承带到清洗机的门旁边，由轴承依靠重力滚落到脱脂位上去。PLC的外部输出节点直接对汽缸的电磁阀进行控制。

三、轴承清洗机PLC控制电路的软件设计

整个系统是在软件的指挥下有条不紊的运行，软件程序功能是否完善将直接关系到系统的可靠性和安全性，为此作了以下的软件设计。

1.铁路客车轴承清洗机工作流程

整条列车轴承清洗机由启动开始，首先判断能否进行清洗工作。当系统判断为能执行清洗工作时，PLC输出节点控制提升装置和进位装置同时启动，进位装置将脱脂，粗洗，除锈，精洗，控油及烘干位的轴承依次向下一位顶起，轴承由自身重量滚向下一位，被下一位清洗工序的提升汽缸的活塞挡住。提升装置将待清洗的轴承由清洗线外提升至脱脂位前，当提升装置的活塞与脱脂位左端的门齐平时，轴承由自身重量的作用，滚入脱脂位，被进位汽缸的活塞挡住。进位与提升定时5秒钟，当5秒钟到时，各位轴承都已经进位或提升到位，此时开始进位装置和提升装置落位，同样定时2秒钟时间。落位定时到后PLC输出端控制清洗机关门，关门装置定时3秒，3秒到后门已经完全关闭。各工作位开始正常执行工作。

2.铁路客车轴承清洗机PLC控制电路图解析

可编程控制器梯型图互锁条件及各种限制条件。

1）启动按钮00000（与）被按下后停止功能回路断开，停止功能不能实现。当停止按钮00001（与）被按下后，启动回路断开连接，系统停止运行。

2）整台清洗机启动后，中间继电器20000辅助功能及清洗步骤应在自动工作挡，此时手动操作应当失效，既要求手动功能应在中间继电器线圈20001得电下运行，而在线圈20000得电下失效。

3）对清洗机门的控制应该包括三部分，在自动运行状态下PLC对门的控制。在自动运行状态下，急停时，PLC对门的延时打开控制。在手动状态下，关门操作旋钮对门的控制。这三个控制不能发生冲突，尤其是在普通自动控制以及在急停状态下要求门延时3秒打开的控制。

4）7个清洗位的工作分自动运行状态和手动运行状态，在自动运行状态下受定时器T003及各位检测信号输入的控制，在手动操作状态下受中间继电器20001及手动操作信号输入端00012的控制。

5）当整条清洗T005定时结束后，整台清洗机有进位，提升控制处开始复位。定时器清零，断开的常闭触点重新闭合，闭合的常开触点断开。除中间继电器线圈20000通电之外，所有机构线圈全部失电。

6）系统启动后进位装置1001和提升装置1002同时开始工作，工作过程中门始终是打开状态的。进位，提升装置动作5秒后停止，开始复位，复位时间为2秒。此时仍旧要求机构门是打开状态的。

7）2秒定时结束后，机构门1000开始关闭。此时要求进位装置和提升装置都开始回落或已经回落到位。

8）7个工作位开始工作时要求机构门已经完全关闭，所以，关门要有定时T003，以保证在门完全关闭后，清洗工作位才开始工作。

9）当各工作位开始正常工作即工作位输出节点有电压输出时要求工作位辅助电机也同时开始工作，即1105节点有输出电压，

10）要求无论是在自动运行状态下还是在手动控制状态下，只要在工作之中时，要求辅助电机就应该也在工作状态下，以保证轴承在工作位置始终旋转，以有利于清洗工作的正常进行。

本文完成了铁路客车轴承清洗機PLC控制电路的软件设计。目前我国在客车轴承清洗方面的技术还比较落后，较其他发达国家有一定的差距。本课题的设计在充分理解客车轴承清洗机原理后，结合OMRON可编程控制器和电控汽缸的工作原理，编写程序。理论论证后不断解决问题，改正缺点与不足，最终使理论与实际相统一。如原设计清洗机为在不通电情况下为闭门，后考虑到系统因故障在急停情况下的故障排除因素，需将系统设计为失电开门结构。修改了梯型图的软件程序，修正了这一缺陷。

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