浅谈自动清洗机水循环系统的自动控制

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　　摘 要：清洗机的水循环系统是清洗机的重要组成部分之一，直接影响着清洗机的水资源利用效率。本文首先对清洗机的有关情况进行了简要介绍，并结合实例，对其工作流程等进行了分析和讨论。
　　关键词：清洗机 水循环 自动控制 PLC
　　
　　1 引言
　　可编程逻辑控制器（简称PLC），是一种基于数字化运算操作的电子控制系统，该系统是由继电器的逻辑控制发展演化而来，在交通运输、冶金、化工、电力和石油等行业都有着广泛的应用。如果将PLC系统与机械和电动机结合使用，则可按照程序设计来完成相应的控制和动作，能够代替工作人员完成一定的操作，极大的提高了工作效率。
　　随着城市交通的不断发展，轻轨逐渐成为了人们出行的重要工具之一，而轻轨车厢表面的清洁度则代表了这个城市的整体面貌，因此，对于轻轨车辆的清洗就成为了一项非常重要的工作。本次介绍的就是服务于轻轨列车的自动清洗机，它能够对轻轨列车表面的油污、灰尘以及其它污渍进行清理，并且作用范围可以覆盖车身的两侧和两端。清洗机的控制系统是基于PLC实现的，通过FIX组态软件完成监控工作，不仅大幅提升了清洗机水循环系统的工作效果，又在很大程度上满足了酸、中性列车清洗剂的要求，减少对水资源的不必要浪费。
　　
　　2 清洗机水循环系统的工作流程及原理
　　列车的酸性清洗水会首先在酸池里集中，在经过碘液的中和作用后，与其它的列车清洗水共同汇入沉淀池，在经过酶、硫酸铝的沉淀、分解和除污处理后，通过水力旋流器的作用清理出其中含有的20μm以上的颗粒物质，在通过活性炭过滤层的吸附作用后流入T3。经过一系列的处理之后，就可以直接用于列车的清理了。
　　
　　3 水循环系统的软硬件设计
　　该系统的自动化监控单元所采用的是FX1S-30MR PLC，共集成16输入/14输出，所提供的I/O多达30个。系统数据的传输方式为串行传输，能够向pH计控制开关、时钟开关、水位开关以及各类检测和传感仪器提供24V/500mA的直流电源。整个系统的控制电路以及I/O端口分配详见图1。
　　
　　3 水循环系统的设计与分析
　　对于水质和水位的检测和控制是整个水循环系统设计工作的重点内容，在整个清洗过程中，控制系统都是以全自动的方式来运行的，如果需要对系统进行维护、保养和检修，则需要断开整个系统的电源供应。
　　3.1 系统水位的监控
　　对于水位进行监控，确保其长期处于一个非常合理的状态是水循环系统功能能够实现的重要保障之一。对于水位的监控方法主要包括水位控制器、超声波液位计、水深传感器、水位浮子开关等，仪器的选择依据主要是安装的便捷性、运行的可靠性、精确性以及耐腐蚀性等。考虑到系统水位具有波动较为频繁的特点，因此系统采用了具有准确率高、安装方便、价格低廉的水位开关来对水位进行控制。另外，在该系统中，酸池的低水位开关还可以直接将P1水泵关闭。
　　PLC检测会首先输入信号X0，如果没有信号回复，系统会将水泵P1打开，若此时酸池的水位处于低水位的水平，那么低水位浮球就会将P1关闭，确保酸池能够保持一定的水位；若此时酸池的水位处于低水位以上，那么水泵P1就会开始抽水。
　　当PLC检测到T1的水位低于低水位，那么就会打开水泵P2，确保TI中的水位能够保持一个合理的水平。如果沉淀池处于高水位，而T2却没有达到高水位，那么系统就会将P3启动，在经过水力旋流器分离处理后将沉淀池里的水抽入T2。
　　水泵P4处于时钟控制的状态，如果T2处于低水位，且满足以下几点条件（1）T3没有达到高水位的水平。（2）#1、2时钟开关达到指定时间，那么P5、6就会动作，循环水在经过活性炭层的吸附处理之后汇入T3，可以直接用于车厢的清洗。（3）如果#3时钟开关达到指定时间，并且沉淀池处于高水位水平或者T3处于低水位水平，那么P7就会启动，如果#2对水质的检测结果为合格，那么系统就会开始排水。T3中设置有高水位的浮球，该浮球控制着系统外清洗水的补给。
　　3.2 系统的水质监控
　　对水质的监控是水循环系统的核心功能，其中pH计和pH电极负责对pH值进行检测，PLC系统则根据检测结果自动进行有关化学药品的添加，从而将pH值控制在一个合理的水平，确保水质。
　　列车在经过酸性清洗后，所搜集的污水量以及pH值决定着碱液的添加量，而碱液定量泵的控制则通过T1中的#1pH电极以及相应的pH计进行控制。在该系统中，#1 pH计的设定值为5.8~8.6，因此当污水中pH值低于5.8，那么碱液定量泵就会启动，排放碱液完成酸性清洗水的中和。当污水中的pH值逐渐升高并超过8.6以后，碱液定量泵就会随之关闭，对于污水的中和也就结束了。如果需要对中和后的pH值进行控制，则可以通过修改#1 pH计上下限的方式来进行。
　　沉淀池中酶与硫酸铝定量泵与碱液定量泵的原理相同，但酶和硫酸铝的投入量是根据沉淀池的水位监测结果来决定的，从而确保除污、分解和沉淀作用的合理性。
　　3.3 系统的自动清洗
　　由于人工清洗存在着效果差、执行难、效率低等问题，因此该系统增设了自动清洗功能。控制系统按照电子计时器中设定的时间间隔开展设备的自动清洗工作，并通过三通电动阀以及相应的水泵来完成对活性炭吸附装置以及其它设备的清洗。
　　整个自动清洗过程通过三通电阀来进行控制，负责清洗工作的设备一共连接了两个三通电阀，其中，进水由低位三通电阀完成，同时相应的清洗设备会完成整个清洗，污物会从位于上部的三通电阀排出。由于定时设置是通过电子计时器来完成，因此可以根据实际情况对整个清洗时间进行设定。
　　当#1、2时钟到达定时时间后，PLC会检测到X12、13信号，系统就会启动相应的设备完成整个清洗工作。当#3时钟达到定时时间后，PLC会检测到X14信号，如果pH计所检测到的pH值没有达到有关标准，或者沉淀池的水位处于高水位之下，那么P7就会在抽水结束后通过两个三通电动阀完成设备的清洗，并且不会排水。
　　
　　4 系统的自我监控
　　为了进一步提高系统运行的安全性和可靠性，该系统还设置了相应的自我监控功能，使工作人员不仅能在控制室对列车清洗系统进行监控，还能对水循环系统的有关情况进行监督。同时，为了进一步降低成本，系统还将列车清洗系统与列车自动清洗机水处理系统的监控装置集成到了一起，使工作人员能够在控制室内更加方便的获取更多的实时数据。另外，系统所使用的FIX软件的安全、报警、数据处理和图形功能也比较强大，并且配备了功能强大的电源、A/D转换、D/A转换模块，网络通讯模块的配置也能够满足日常工作的全部需求，从而使FIX组态软件能够更加准确、稳定的完成对水处理系统有关数据的采集和处理工作。
　　
　　5 结语
　　本次研究的列车自动清洗机采用了国际先进的水处理技术，整个水循环系统以PLC为自动控制中心，极大的提高了系统在添加各类化学药剂时的精确度，并且所设置的自动清洗程序也降低了人工清洗所带来的种种不便，使水处理性能变得更加灵敏、稳定。该系统的功能强劲、体积较小、结构简单、可靠性强，在我国已经得到了一定程度的应用，并且取得了良好的社会和经济效益。
　　
　　参考文献
　　[1]陈芳、任光胜、刘玉岩.基于PLC的轻轨列车清洗机控制系统[J].制造业自动化，2007(12)，53-55.
　　[2]杨刚、刘旭东、周强．地铁列车自动清洗机[J]．哈尔滨铁道科技，2003(1)，10-11.

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