触摸屏在转向架清洗控制中的应用

邸书玉 迟环宇

摘 要：根据转向架组成特点，本研究确定了一种基于触摸屏的控制转向架清洗的方案，介绍了装置的组成、特点、控制工艺及控制程序设计。实践表明，用矩形水喷射机构清洗和吹扫技术清洗机车转向架，清洗效率高且实用。

关键词：转向架;触摸屏;清洗

中图分类号：TM571 文献标识码：A 文章编号：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

转向架是铁路机车运行的关键部件，其技术状态的好坏直接影响机车运行的安全性和平稳性[1]。由于转向架是长期暴露在外的车辆走行部件，转向架、制动梁表面附着厚厚的灰尘及污油，若有裂纹则难以发现，也无法用探伤检查裂纹，因此转向架的质量检修越来越受到重视。清洗承载鞍、枕簧及斜楔部分是转向架质量检修的重要环节，清洗时需要保证不损伤构架。转向架表面清洗水吹扫标准是表面无明显水滴，重点是四个弯角、承载鞍、枕簧及斜楔部分。

转向架的清洗主要采用高压水喷流清洗法，供水泵采用单吸多级节段式离心泵，利用水泵将水吸入，经加压后由移动式矩形水喷射机构经54个高压管路喷射而出，借助水的高压动力能将转向架表面的油垢积锈清洗掉。影响清洗效果的因素有许多，如何提高清洗效果，达到清洗质量高、除锈效果好、压力损失较小等目的，是设计转向架清洗控制主要考虑的问题。自动清洗技术应用在机车检修工艺中，可从根本上解决这一问题，自动清洗设备已成为机车车辆检修工艺的发展趋势。因此，本研究开发出基于触摸屏的转向架自动清洗系统。

1 装置组成

触摸屏选择MP277-10 Touch，可通过RS422/485接口与S7-300 PLC通信。清洗装置传动运输机构采用成熟的起重机技术，升降采用柱塞方式，利用电动葫芦，并配备安全性高、占用空间小的超载限制器。

采用进口喷嘴移动式矩形水喷射机构，左右两侧矩形水喷射机构经1次往复清洗可最大限度将转向架各关键部位清洗干净。清洗室采用不锈钢结构，进出门采用橡胶条，防止漏水、渗水。清洗过程由PLC控制，也可在现场通过操作台PLC手动完成，转向架进入清洗室内部后，可实现自动清洗。

供水泵采用单吸多级节段式离心泵，清洗压力为2.5MPa，流量为32m3/h。吹风系统采用压缩空气加热后喷嘴喷射，喷嘴布置于矩形水喷射机构中间位置。

2 装置特点和主要设备技术参数

2.1 装置的特点

根据铁路车辆检修工艺流程和现场实际条件，清洗装置采用国内先进的清洗工艺及设备，确保转向架清洗质量、工作效率、维护及成本投入的最佳化。

该清洗装置具有以下特点：采用通过式清洗方式，转向架吊起后，一次性完成清洗，不需要摘钩，工作效率高;烘干喷嘴围绕转向架四周分布，数量约为20个;54个喷嘴在通过方向上对称分布，反作用力相互抵消，保证机构清洗过程的稳定性，同时喷嘴喷射轨迹与垂直面成26°，每次28个或者26个喷嘴循环工作，转向架立面两侧在喷嘴有效靶距范围内，保证良好的清洗效果;移动式矩形水喷射机构采用链传动方式，稳定可靠，方便检修;起重机立柱靠墙布置，占用空间小。

2.2 主要设备技术参数

起重机的额定起重量为3.3t，加超載限制器，升降速度为2.9m/min，升降电动葫芦功率为3.5kW，大车运行速度为2～20m/min且可调，大车变频调速电机运行功率为0.8kW，行走速度为4m/min，喷嘴数量为54个，喷嘴直径为2.4mm，喷嘴最佳靶距为300mm，喷射形式为矩形移动式，喷嘴流量为16.72L/min。

水喷射机构的设计工作压力为0.9MPa，功率15kW。电加热器的流量为2.4m3/min，加热密度为2.0W/cm2，进出口工作温差为30℃。设备总功率小于90kW，用水量为30m3/h，水循环使用，循环水为不含固体颗粒的清水，温度不超过80℃，清洗效率为5min/每工位。

3 控制工艺流程

开启液压站，转向架经车间内铁路线推至清洗室旁边固定位置，根据转向架实际情况选择清洗时间及吹扫时间。利用专用卡具夹紧转向架，开启起重机，吊转向架到固定高度，余下的轮对由人工推入检修线。起重机将构架送入清洗室固定位置。

三通水阀与矩形水喷射机构A供水管接通，开启水泵，给位于起始位的矩形水喷射机构A供水，矩形水喷射机构A的喷嘴开始喷水，进行去程清洗。矩形水喷射机构A运行到终点位停止后立即返回，进行返程清洗。

矩形水喷射机构A由终点位返到起始位后停止，左侧清洗结束。

三通水阀自动转换至与矩形水喷射机构B供水管接通状态，给位于起始位的矩形水喷射机构B供水，矩形水喷射机构B的喷嘴开始喷水，进行去程清洗。矩形水喷射机构B运行到终点位停止后立即返回，进行返程清洗。矩形水喷射机构B由终点位返到起始位后停止，右侧清洗结束。

清洗完毕后，水泵自动关闭，清洗水顺清洗室下地漏流入污水处理系统后循环使用。开启压缩空气加热器的压缩空气控制阀门，开启压缩空气加热器，给位于起始位的矩形吹扫机构供气，矩形水喷射机构的喷嘴开始喷气，进行去程吹扫。矩形吹扫机构运行到终点位停止后立即返回，进行返程吹扫。矩形吹扫机构由终点位返到起始位后停止，吹扫结束。

待构架吹扫完毕后，关闭压缩空气加热器，压缩空气控制阀门延时5s关闭，用手控按钮盘或手持遥控移动按钮盘控制起重机，将构架吊到环轨构架检修小车上，松开卡具，构架进入下道工序。用手控按钮盘或手持遥控移动按钮盘控制起重机返回起始位。

4 触摸屏程序设计

4.1 触摸屏程序设计内容

本研究共开发流程监控画面、报警画面、模拟量监控画面、历史趋势画面、单动画面、自动画面6个主画面以及起重机、吹扫机构等10个小画面。

系统采用西门子MP277-10 Touch触摸屏，运用组态软件WinCC flexible 2007进行组态。WinCC flexible 2007通过提供各种组件进行组态，使用户可以用触摸屏上的组合文字、按钮、图形和数字信息等来处理或监控不断变化的信息，它能够和编程软件STEP7 V5.3集成，控制系统使用统一的通信协议、统一的数据库和统一的编程组态工具[2]。触摸屏的应用使监控更加直观，节省了按钮等硬件，使转向架清洗更加可靠和方便。

根据控制系统功能要求，触摸屏程序设计应完成包括动画功能在内的人机界面程序，实现数据采集、图形显示、人机对话、实时通信、实时数据分析等多个任务的实时并行处理。

初次进入画面时，用户需要输入登录口令，防止未授权操作人员进行操作，以保证系统的安全性。进入系统后的初始画面为控制系统的主界面，该画面包含各个分画面的切换按钮和退出按钮，单击按钮可以切换到相应的画面，每个画面均有主画面按钮，可以实时返回主画面。流程画面显示转向架工艺流程、起重机设备状态，可通过单击画面上的按钮对现场设备进行控制。模拟量监控画面用于显示控制系统所采集的现场温度、流量的实时数值。在设置画面，操作人员可以对吹扫温度和进水流量这两个重要参数进行设置，并实时显示实测的曲线和历史趋势曲线。当系统出现故障时，报警画面可显示报警信息，当有新的报警出现时，触摸屏画面将以颜色闪动方式弹出报警相关信息，以提醒用户注意报警事件，从而保证系统的安全运行。历史曲线记录画面显示监控过程中温度和流量的实时输出值及趋势曲线。

图2 自动操作

4.2 操作控制方式

操作控制方式分单动和自动两种方式。

单动为手动单步启动供水泵，其执行器包括压缩空气控制阀门、压缩空气加热器、矩形水喷射机构B101A（去程/返程）、矩形水喷射机构B101B（去程/返程），矩形吹扫机构B102A/B（去程/返程）、三通水阀转向按钮。在手动模式下，每个执行器的动作必须按下相应的按钮才能实现，在屏幕上选择此模式按钮，如果出现错误操作，则执行器被锁定，其目的是保证系统安全。该程序加入联锁功能，如限位开关对运动极限位置的限制、上行与下行的互锁、左行与右行的互锁，在转变到其他工作模式时，所有的手动操作必须复位。手动操作如图1所示。

自动模式有单周期和连续控制两种工作方式。在单周期运行状态下，系统只工作一个周期，连续状态是指系统一个工作周期结束后不断从最后一步返回第一步，并连续反复地工作，直至按下停止键则当前洗车结束[3]。

自动（一键自动清洗）按照以下顺序执行：供水泵启停→压缩空气控制阀门启停→压缩空气加热器启停→矩形水喷射机构去程与停止→矩形水喷射机构返程与停止→矩形吹扫机构去程与停止→矩形吹扫机构返程与停止→三通水阀转向→起重机大车横向前进、横向后退→起重机电动葫芦上升、下降→起重机卡具夹紧、松开。在自动模式下，程序自动循环，其前提是各个部件位置在其初始位置上。自动操作如图2所示。

清洗时间可以选择3挡，即3、4.5、6min（可调），吹扫时间也选择3挡，即3、4.5、6min（可调）。

5 结语

本文将西门子触摸屏和PLC結合，利用标准工具STEP7 V5.3和组态软件WinCC Flexible 2007，对转向架控制系统进行分析，最终设计出基于触摸屏的转向架清洗监控系统，使人机界面更加灵活、丰富，操作简单、安全，提高了生产效率，并将其应用在铁路机车清洗中。实践证明，该控制系统简化了控制线路，具有较高的可靠性、实用性，自动化程度高，功能性强，操作方便，使用面宽，运行完全能够满足实际要求，保证了转向架的安全运行与可靠维修。

参考文献：

[1]史宝玉，孙丹杰.柴油机机体和转向架清洗设备设计[J].铁道机车车辆，2007（5）：24-26.

[2]任阿丹，姜明，刘曙滨.基于触摸屏PLC的燃气热风炉控制系统[J].制造业自动化，2010（8）：137-140.

[3]廖常初.西门子人机界面（触摸屏）组态与应用技术[M].北京：机械工业出版社，2008.