車用水泵清洗裝置控制系統設計

余鍵

摘要：根據車用水泵的結構特點和清洗要求，設計了由超聲波高壓噴射清洗的清洗系統，利用三菱PLC實現動力系統順序控制，并進行車用水泵清洗裝置的運動。其實際運行結果表明：該裝置完全滿足水泵的清洗要求，并且提高了清洗效率。

Abstract： According to the structural characteristics and requirements for vehicle water pump， a cleaning system with the ultrasonic high pressure injection is designed， which can realize the power system's sequence control using Sanling PLC， and take a movement of the vehicle water pump cleaning device. The practical results show that the device can satisfy the cleaning requirement of water pump， and improve the cleaning efficiency.

關鍵詞：車用水泵；超聲波；PLC；清洗裝置

Key words： vehicle water pump；ultrasonic；PLC；cleaning device

中圖分類號：TM921.5 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）13-0148-02

0 引言

清洗工序是汽車零部件加工制造過程中不可或缺的一道工序。對于汽車發動機、水泵等功能、性能要求較嚴格的產品，清洗工序則關系到產品質量。現階段，車用水泵制造行業的清洗裝置種類較多，所采用的清洗工藝也各有特點，相關技術措施日趨成熟。然而，制造業產品的零部件的形狀是不同的，比如車用水泵等帶有深孔、盲孔、階梯多孔類等特殊形狀元素的復雜零件，僅以當前的技術設備和相應的成本進行清洗通常達不到要求的清潔度。對此，在制造技術和制造工藝不斷升級換代的當今社會，大部分產品的生產線早已實現自動化，但處在制造工藝末端的清洗工序目前仍以人工操作為主。清洗工序的作業條件差，工作任務繁重，而且清洗液無法實現回收處理，一定程度上對環境造成了污染，因而長期以來，清洗工序的操作成本一直居高不下，成為制約生產效率提升的一個關鍵問題。企業當下面臨著一項嚴肅的問題：即便企業能夠生產出高精度的水泵，但是在清洗裝配環節，高投入、低效率的清洗工藝嚴重拉低了水泵產品的質量和使用性能。

因此，根據零件表面特征及加工工藝的特殊性，通過設計和研制專門的附件或裝備來實現滿足車用水泵要求的清洗工序，是目前工業清洗技術領域的一個發展方向。本課題所進行的研究來源于車用水泵生產企業項目，目標為自動清洗車用水泵的設備研制。課題主要研究利用三菱PLC進行車用水泵清洗設備的運動和動力系統順序控制，使車用水泵清洗設備獲得良好清洗工藝質量，用以降低零件生產的成本，提高企業的生產效率，提升企業的競爭實力。

1 超聲波清洗機原理

超聲波清洗是借助液體中氣泡破裂后產生的沖擊力對零件表面進行持續沖刷的一種清洗工藝。相對于傳統清洗工藝來講，超聲波清洗速度快，耗時少，一般在幾十秒到幾分鐘內就可完成清洗任務。液體中超聲波所產生的空化頻率大概是每秒2.8萬次，因此在由于空化作用而產生的氣泡數量眾多，零部件的各個部位只需接觸到清洗液體，就能達到快速、有效地清除污漬的目的。

清洗時，先把待洗零件置于吊籃中，開啟系統，使吊籃在傳動裝置運轉下自動放入清洗槽中。啟動給水泵，在清洗槽中灌注高溫高壓凈水到設計水位。啟動給液泵，注入化學清洗液，水和清洗液的混合比例通過液位傳感器控制，達到設定液位，關閉給液泵。開啟攪拌設備，由電機驅動攪拌葉片，達到設定時間后，由延時觸點關閉攪拌設備，浸泡待洗零部件。若清洗槽中溫度未達到設定溫度，則啟動加熱器將清洗液加熱至設定溫度，此時接通超聲波發生器電路。通過定時器延時設定清洗時間，驅動污水泵觸點動作將廢液抽出。同時驅動給水泵，用高溫高壓凈水噴洗零部件。清洗延時設定完成時，將給水泵和污水泵關閉。啟動烘干機烘干，烘干延時完成后吊籃上升至初始位置，指示燈發出警報，提示清洗完成。其中，烘干機裝置由風管、風泵和加熱裝置組成。本系統中的控制量均為開關量，整個工藝過程以邏輯順序控制為主，故選用PLC作為控制模塊核心，實現整個工藝過程的自動控制。

汽車零部件超聲波清洗裝置主要由超聲波發生器、機械傳動設備、烘干機、加熱器、給排設備、攪拌裝置和驅動電路等7部分組成，如圖1所示。

2 部分器件選型

電氣控制系統采用PLC控制，本系統輸入量8個，輸出量11個，可選擇三菱公司的FX2N-48MT型PLC。作為整個清洗控制系統的核心，PLC在清洗裝置的主要任務有：①通過信號控制整個清洗流程的工作；②接收、運算以及輸出系統的信號；③保證水泵的清洗程度；④通過內部程序運算保持各電機的同步速度。在軟件程序設計時，主體采用順序控制，并利用邏輯運算功能加以輔助。每一工位采用限位開關設定準確位置，保證在清洗過程中各狀態的正確執行，以此為系統安全有序運行提供保障。

3 工作過程分析

按下啟動按鈕，散熱器開始工作，同時電動機正轉，驅動吊籃下降到下限位并停止。此時，給水泵電磁閥得電，高溫水注入，開始對待清洗零件進行噴洗，直至箱中液位上升至中液位限位，停止供水。之后驅動給液泵電磁閥得電，化學清洗液注入，直到上液位限位，注液停止。此時，攪拌設備工作，持續設定值T時間后停止。若在工作過程中，溫度沒有達到預設值，則加熱裝置啟動，加熱至設定溫度，并將信號傳遞給控制器，開始對零件進行延時浸泡處理。等浸泡到達設定時間，超聲波驅動電路自動啟動。超聲波驅動電路執行T工作時間后，污水泵電磁閥得電，系統開始放液排出清洗污水，液位下限位到達后，整個清洗周期完成。由于清洗液中有化學成分，此時可以設定改過程執行次數為2，由計數器進行周期數的控制。清洗工作完成之后，烘干設備自動啟動，對零件進行烘干處理，并維持設定值T時間。烘干完成后，電動機反轉開始，驅動吊籃上升至上限位，電機停轉，限位開關同時驅動報警器蜂鳴，T時間后系統自動停止。在整個執行過程中，如出現工作意外，可由急停按鈕隨時進行停機，以避免事故擴大，工作流程如圖2所示。

4 自動清洗裝置控制系統設計

自動清洗裝置控制系統由電路的硬件設計和軟件設計兩部分組成。

4.1 硬件電路設計

根據自動水泵清洗裝置的工作特點和結構要求，列取主要驅動設備分別如下：①傳動裝置拖動電機1臺；②機箱散熱風機1臺；③給水泵、供液泵、污水泵電磁閥各1個；④攪拌器驅動電機1臺；⑤加熱裝置1套；⑥烘干機1臺；⑦超聲波驅動電路1套；⑧報警器1臺。控制電路由PLC控制，其供電源主要通過A/D轉換器，將交流22OV電源轉換為直流24V，供給給PLC、各泵的電磁閥和各觸點，同時作為控制電路電源，實現對整個電路的控制。水泵清洗裝置的PLC供電電路設計如圖3所示。

4.2 軟件電路設計

通過對清洗機的工作流程分析，設計了系統的軟件控制程序，由于篇幅所限，截取部分梯形圖程序，如圖4所示。

5 結語

本清洗裝置控制系統采用自動控制，結合車用水泵清洗裝置的工作流程，對其反饋信號進行采集和處理，通過設備結構的改進和工藝過程的優化，進一步提高水泵的清洗質量和清洗效率。本機采用PLC作為核心控制器件，外形尺寸僅為1400m×860mm×1750mm，可根據工作要求進行多次循環噴洗，噴洗方式采用液流對位沖洗，其清洗壓力最高可達400kPa。考慮生產發展需要，系統預留了部分端口，可外接顯示器、觸摸屏等進行方便控制與監控。目前，水泵清洗裝置的改進樣機已投入生產線運行，大大節省了工作時間，清洗效果達到預定改進目標。

參考文獻：

[1]張劍波.孫良欣等.清洗技術基礎教程[M].北京：中國環境科學出版社，2004.

[2]王文紅.超聲波清洗生產線及其PLC控制[J].新技術新工藝，2004.

[3]劉麗華.玻璃清洗機電氣控制系統設計[D].廣東：廣東工業大學，2008.

[4]陶可瑞，朱連慶.PLC控制伺服電機應用設計[J].中國高新技術企業，2009.