1 前　言

    随着我国铁路运输的快速发展,机车的自动化清洗是一个急待解决的问题。目前,我国机车清洗大多采用人工清洗的方式。人工清洗效率低、费工费时,特别是春运等运输高峰时节,难以满足实际需要。在20世纪90年代,发达国家已基本实现机车清洗自动化。结合我国实际情况,开发适用的机车清洗设备十分必要。

2 清洗机概况

    清洗机主体为龙门结构。在火车行进方向,布置有1 号和2 号两座龙门和1、2、3、4 四组喷淋装置,2、3 号喷淋装置与1、2 号龙门在位置上是重合的。在龙门上装有立刷和斜立刷,如图1 所示。在火车缓慢行驶通过清洗机的过程中,刷子完成进给、旋转洗刷、退出动作,喷淋装置完成喷淋动作(各喷淋装置喷淋的液体不同) 。

图1 　刷子布置示意图

3 控制系统功能设计

    为实现对刷子和喷淋装置的动作控制,在火车行进方向,布置有4 组光电开关,如图2 所示。机车清洗机可实现自动清洗、单周期清洗、自检、急停、复位等功能。

图2 　光电开关现场布置简图

    3.1 自动清洗

    光电开关接收到火车到来的信号,延时几秒后立刷开始张开,斜立刷开始下降,工作位置处的各个接近开关接收到刷子到达工作位置的信号,立刷停止张开动作,斜立刷停止下降动作,然后均开始转动;当火车尾部通过光电开关后,所对应的立刷收拢,斜立刷上升,当原始位置处的接近开关接收到信号时,立刷和斜立刷停在原始位置处。

    3.2 单周期清洗

    按下此按钮,则在清洗完一辆机车后,需要人为触发按钮,才会进行相应的动作;否则,没有任何动作输出。

    3.3 自检

    为了检查、维修等需要,设置了自检功能。在没有火车通过时,立刷和斜立刷可以通过延时作为触发信号,从原始位置张开或下降到达工作位置,然后开始转动,到达规定的时间就停止,然后合拢或者上升到达原始位置。

    3.4 　急停和复位

    急停就是停止一切清洗机目前进行着的一切动作,复位就是从目前的位置回到原始位置。利用急停和复位按钮,可以实现清除原有的动作,这在需要保证系统是处于未清洗机车的原始状态时,发挥重要作用。

4 电气控制的安全措施

    因为该套设备直接安装在铁路上,故安全尤为重要。对各电机都进行了短路保护,如图3 上的QF1、QF2 和QF3 均为电动机断路器,用于电动机的隔离、短路保护、过载保护、缺相保护和直接控制。并且设置了急停按钮,在电气部分发生故障时,手动也可以将各刷子开回原始位置。接触器分别控制立刷张开和合拢、斜侧刷上升和下降的交流,在软件和硬件上实现了互锁。硬件上的互锁,如图3 上的交流接触器C3 和C4 ,软件上的互锁如图5 中的回路5 ,当刷子合拢所对应的输出指令Y003 没有输出动作的时候,刷子张开所对应的输出指令才可能实现动作。

图3 部分主电路图

5 电路原理图

    5.1 外部电路原理图

    整个清洗机系统共有4 个立刷、4 个斜立刷。考虑到电机外围电路的相似性,这里仅以左立刷1和右立刷1 的刷洗作为刷洗类的例图,以左立刷的张开和收拢来作为行走类的例图作出部分主电路图,如图3 所示。其中,C1、C3、C4 均为交流接触器,QF1、QF2 和QF5 均为热保护元件。

    5.2 PLC 接线图

    经过对清洗机性能的分析,考虑到控制系统实际需要的输入输出点数,29 个输入点、26 个输出点,且只要求开关量控制,再综合考虑到电源的要求,及今后扩展的需要, 因此, 选用三菱公司生产的FX2N —80MR 型号的PLC ,其I/ O 分配,如图4 所示。由于PLC 的输出端要求提供的电源不一致,故障指示灯连接了一个单独的COM端。

图4 　PLC 接线图

6 梯形图

    整个梯形图,如图5、图6 所示。PLC 是专为工业生产工程的自动控制而开发的通用控制器,它的一个突出特点就是编程简单。本系统中PLC 的编程语言采用了梯形图语言,简单、直观、易读、好懂,其使用的是内部软继电器、定时器等,靠软件实现控制。顺序扫描是PLC 的基本工作方式,虽然会对系统的实时响应有所影响,但由于其扫描时间一般只有10ms 左右,因此,可以满足清洗机控制系统的需要。

图5 　梯形图1

    如图5 ,回路1 ,第1 组光电开关X005 收到火车到来的信号1 个扫描周期内,辅助继电器M200 闭合;回路2 ,一旦M200 接通,M205 保持闭合动作;回路3 ,从M205 接通4s 后,定时器T100 的输出触点动作;回路4 ,左立刷到达工作位置处的X012 接近开关,清除张开动作指令Y002 及其对应的辅助继电器M600 (停电保持用) ,起保护作用的定时器T40 输出触点动作也可清除张开指令Y002、M600 和它本身T40 ;回路5 , T100 输出触点动作, 张开动作指令Y002 动作保持;回路6 ,一旦Y002 接通,其对应的辅助继电器M600 闭合,用于保护作用的定时器T40 开始计时; 回路7 ,M600 接通,且M608 没有接通时,Y002 输出触点动作,在M600 断开后的1 个扫描周期内,M10 接通;回路8 ,一旦M10 接通,辅助继电器M20 动作保持;回路9 ,如果M600、M601、M602、M603都接通,清除指令M205 ;回路10 ,如果M20、M21 均闭合,意味着左立刷1 和右立刷1 均到达工作位置,这时候刷洗指令Y000 输出触点动作。

图6 　梯形图2

    如图6 ,回路11 ,在输入信号是自检信号X032 ,且连续清洗X000 没有输入信号时, 辅助继电器M680 闭合;回路12 ,在M680 闭合的1 个扫描周期内,M100 闭合;回路13 ,M100 闭合,M101 闭合动作保持;回路14 ,从M101 闭合的2s 后,定时器T0 的输出触点动作;回路15 ,T0 输出触点动作,M300 闭合动作保持;回路16 ,M300 闭合,张开指令Y002 保持输出;回路17 ,急停指令X001 接通,清除张开指令Y002 ;回路18 , 复位指令X002 接通, 且急停指令X001 断开时,停电保持辅助继电器M683 闭合;回路19 ,在侧刷张开指令Y002 没有输出,模式选择输入不是X004 指令时,在M683 闭合的1 个扫描周期内,侧刷合拢指令Y003 输出触点动作;回路20 ,合拢指生产线运行时,密封条由气动压板压紧在工作台上,工作台由伺服电机通过滚珠丝杠带动向前运动,依次经过切定长、铣削、斜冲和排冲4 个工位。在不同令Y003 生效,对应的停电保持辅助继电器M608 闭合;回路21 , 在M600 断开,M608 闭合的情况下,Y003 的输出触点动作,并且,起保护作用的T61 开始计时,在M608 断开后的1 个扫描周期内,辅助继电器M110 闭合。

7 结　论

    以PLC 为控制系统核心的机车清洗机系统具有稳定可靠的性能,能实现预定的清洗要求。自动化的机车清洗设备对于结束长期以来我国机车人工清洗的历史,提高我国铁路系统运行的文明水准,具有实际意义。