觸摸屏在轉向架清洗控制中的應用

邸書玉 遲環宇

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

關鍵詞：轉向架;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

轉向架是鐵路機車運行的關鍵部件，其技術狀態的好壞直接影響機車運行的安全性和平穩性[1]。由于轉向架是長期暴露在外的車輛走行部件，轉向架、制動梁表面附著厚厚的灰塵及污油，若有裂紋則難以發現，也無法用探傷檢查裂紋，因此轉向架的質量檢修越來越受到重視。清洗承載鞍、枕簧及斜楔部分是轉向架質量檢修的重要環節，清洗時需要保證不損傷構架。轉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段式離心泵，利用水泵將水吸入，經加壓后由移動式矩形水噴射機構經54個高壓管路噴射而出，借助水的高壓動力能將轉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，達到清洗質量高、除銹效果好、壓力損失較小等目的，是設計轉向架清洗控制主要考慮的問題。自動清洗技術應用在機車檢修工藝中，可從根本上解決這一問題，自動清洗設備已成為機車車輛檢修工藝的發展趨勢。因此，本研究開發出基于觸摸屏的轉向架自動清洗系統。

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采用成熟的起重機技術，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，左右兩側矩形水噴射機構經1次往復清洗可最大限度將轉向架各關鍵部位清洗干凈。清洗室采用不銹鋼結構，進出門采用橡膠條，防止漏水、滲水。清洗過程由PLC控制，也可在現場通過操作臺PLC手動完成，轉向架進入清洗室內部后，可實現自動清洗。

供水泵采用單吸多級節段式離心泵，清洗壓力為2.5MPa，流量為32m3/h。吹風系統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中間位置。

2 裝置特點和主要設備技術參數

2.1 裝置的特點

根據鐵路車輛檢修工藝流程和現場實際條件，清洗裝置采用國內先進的清洗工藝及設備，確保轉向架清洗質量、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;烘干噴嘴圍繞轉向架四周分布，數量約為20個;54個噴嘴在通過方向上對稱分布，反作用力相互抵消，保證機構清洗過程的穩定性，同時噴嘴噴射軌跡與垂直面成26°，每次28個或者26個噴嘴循環工作，轉向架立面兩側在噴嘴有效靶距范圍內，保證良好的清洗效果;移動式矩形水噴射機構采用鏈傳動方式，穩定可靠，方便檢修;起重機立柱靠墻布置，占用空間小。

2.2 主要設備技術參數

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，大車變頻調速電機運行功率為0.8kW，行走速度為4m/min，噴嘴數量為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。

水噴射機構的設計工作壓力為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℃。設備總功率小于90kW，用水量為30m3/h，水循環使用，循環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，轉向架經車間內鐵路線推至清洗室旁邊固定位置，根據轉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向架，開啟起重機，吊轉向架到固定高度，余下的輪對由人工推入檢修線。起重機將構架送入清洗室固定位置。

三通水閥與矩形水噴射機構A供水管接通，開啟水泵，給位于起始位的矩形水噴射機構A供水，矩形水噴射機構A的噴嘴開始噴水，進行去程清洗。矩形水噴射機構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A由終點位返到起始位后停止，左側清洗結束。

三通水閥自動轉換至與矩形水噴射機構B供水管接通狀態，給位于起始位的矩形水噴射機構B供水，矩形水噴射機構B的噴嘴開始噴水，進行去程清洗。矩形水噴射機構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B由終點位返到起始位后停止，右側清洗結束。

清洗完畢后，水泵自動關閉，清洗水順清洗室下地漏流入污水處理系統后循環使用。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供氣，矩形水噴射機構的噴嘴開始噴氣，進行去程吹掃。矩形吹掃機構運行到終點位停止后立即返回，進行返程吹掃。矩形吹掃機構由終點位返到起始位后停止，吹掃結束。

待構架吹掃完畢后，關閉壓縮空氣加熱器，壓縮空氣控制閥門延時5s關閉，用手控按鈕盤或手持遙控移動按鈕盤控制起重機，將構架吊到環軌構架檢修小車上，松開卡具，構架進入下道工序。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 觸摸屏程序設計

4.1 觸摸屏程序設計內容

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

系統采用西門子MP277-10 Touch觸摸屏，運用組態軟件WinCC flexible 2007進行組態。WinCC flexible 2007通過提供各種組件進行組態，使用戶可以用觸摸屏上的組合文字、按鈕、圖形和數字信息等來處理或監控不斷變化的信息，它能夠和編程軟件STEP7 V5.3集成，控制系統使用統一的通信協議、統一的數據庫和統一的編程組態工具[2]。觸摸屏的應用使監控更加直觀，節省了按鈕等硬件，使轉向架清洗更加可靠和方便。

根據控制系統功能要求，觸摸屏程序設計應完成包括動畫功能在內的人機界面程序，實現數據采集、圖形顯示、人機對話、實時通信、實時數據分析等多個任務的實時并行處理。

初次進入畫面時，用戶需要輸入登錄口令，防止未授權操作人員進行操作，以保證系統的安全性。進入系統后的初始畫面為控制系統的主界面，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。流程畫面顯示轉向架工藝流程、起重機設備狀態，可通過單擊畫面上的按鈕對現場設備進行控制。模擬量監控畫面用于顯示控制系統所采集的現場溫度、流量的實時數值。在設置畫面，操作人員可以對吹掃溫度和進水流量這兩個重要參數進行設置，并實時顯示實測的曲線和歷史趨勢曲線。當系統出現故障時，報警畫面可顯示報警信息，當有新的報警出現時，觸摸屏畫面將以顏色閃動方式彈出報警相關信息，以提醒用戶注意報警事件，從而保證系統的安全運行。歷史曲線記錄畫面顯示監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B101A（去程/返程）、矩形水噴射機構B101B（去程/返程），矩形吹掃機構B102A/B（去程/返程）、三通水閥轉向按鈕。在手動模式下，每個執行器的動作必須按下相應的按鈕才能實現，在屏幕上選擇此模式按鈕，如果出現錯誤操作，則執行器被鎖定，其目的是保證系統安全。該程序加入聯鎖功能，如限位開關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控制兩種工作方式。在單周期運行狀態下，系統只工作一個周期，連續狀態是指系統一個工作周期結束后不斷從最后一步返回第一步，并連續反復地工作，直至按下停止鍵則當前洗車結束[3]。

自動（一鍵自動清洗）按照以下順序執行：供水泵啟停→壓縮空氣控制閥門啟停→壓縮空氣加熱器啟停→矩形水噴射機構去程與停止→矩形水噴射機構返程與停止→矩形吹掃機構去程與停止→矩形吹掃機構返程與停止→三通水閥轉向→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，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），吹掃時間也選擇3擋，即3、4.5、6min（可調）。

5 結語

本文將西門子觸摸屏和PLC結合，利用標準工具STEP7 V5.3和組態軟件WinCC Flexible 2007，對轉向架控制系統進行分析，最終設計出基于觸摸屏的轉向架清洗監控系統，使人機界面更加靈活、豐富，操作簡單、安全，提高了生產效率，并將其應用在鐵路機車清洗中。實踐證明，該控制系統簡化了控制線路，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，保證了轉向架的安全運行與可靠維修。

參考文獻：

[1]史寶玉，孫丹杰.柴油機機體和轉向架清洗設備設計[J].鐵道機車車輛，2007（5）：24-26.

[2]任阿丹，姜明，劉曙濱.基于觸摸屏PLC的燃氣熱風爐控制系統[J].制造業自動化，2010（8）：137-140.

[3]廖常初.西門子人機界面（觸摸屏）組態與應用技術[M].北京：機械工業出版社，2008.