车用水泵清洗装置控制系统设计研究范文

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摘要：根据车用水泵的结构特点和清洗要求，设计了由超声波高压喷射清洗的清洗系统，利用三菱PLC实现动力系统顺序控制，并进行车用水泵清洗装置的运动。其实际运行结果表明：该装置完全满足水泵的清洗要求，并且提高了清洗效率。

关键词：车用水泵；超声波；PLC；清洗装置

0引言

清洗工序是汽车零部件加工制造过程中不可或缺的一道工序。对于汽车发动机、水泵等功能、性能要求较严格的产品，清洗工序则关系到产品质量。现阶段，车用水泵制造行业的清洗装置种类较多，所采用的清洗工艺也各有特点，相关技术措施日趋成熟。然而，制造业产品的零部件的形状是不同的，比如车用水泵等带有深孔、盲孔、阶梯多孔类等特殊形状元素的复杂零件，仅以当前的技术设备和相应的成本进行清洗通常达不到要求的清洁度。对此，在制造技术和制造工艺不断升级换代的当今社会，大部分产品的生产线早已实现自动化，但处在制造工艺末端的清洗工序目前仍以人工操作为主。清洗工序的作业条件差，工作任务繁重，而且清洗液无法实现回收处理，一定程度上对环境造成了污染，因而长期以来，清洗工序的操作成本一直居高不下，成为制约生产效率提升的一个关键问题。企业当下面临着一项严肃的问题：即便企业能够生产出高精度的水泵，但是在清洗装配环节，高投入、低效率的清洗工艺严重拉低了水泵产品的质量和使用性能。因此，根据零件表面特征及加工工艺的特殊性，通过设计和研制专门的附件或装备来实现满足车用水泵要求的清洗工序，是目前工业清洗技术领域的一个发展方向。本课题所进行的研究来源于车用水泵生产企业项目，目标为自动清洗车用水泵的设备研制。课题主要研究利用三菱PLC进行车用水泵清洗设备的运动和动力系统顺序控制，使车用水泵清洗设备获得良好清洗工艺质量，用以降低零件生产的成本，提高企业的生产效率，提升企业的竞争实力。

1超声波清洗机原理

超声波清洗是借助液体中气泡破裂后产生的冲击力对零件表面进行持续冲刷的一种清洗工艺。相对于传统清洗工艺来讲，超声波清洗速度快，耗时少，一般在几十秒到几分钟内就可完成清洗任务。液体中超声波所产生的空化频率大概是每秒2.8万次，因此在由于空化作用而产生的气泡数量众多，零部件的各个部位只需接触到清洗液体，就能达到快速、有效地清除污渍的目的。清洗时，先把待洗零件置于吊篮中，开启系统，使吊篮在传动装置运转下自动放入清洗槽中。启动给水泵，在清洗槽中灌注高温高压净水到设计水位。启动给液泵，注入化学清洗液，水和清洗液的混合比例通过液位传感器控制，达到设定液位，关闭给液泵。开启搅拌设备，由电机驱动搅拌叶片，达到设定时间后，由延时触点关闭搅拌设备，浸泡待洗零部件。若清洗槽中温度未达到设定温度，则启动加热器将清洗液加热至设定温度，此时接通超声波发生器电路。通过定时器延时设定清洗时间，驱动污水泵触点动作将废液抽出。同时驱动给水泵，用高温高压净水喷洗零部件。清洗延时设定完成时，将给水泵和污水泵关闭。启动烘干机烘干，烘干延时完成后吊篮上升至初始位置，指示灯发出警报，提示清洗完成。其中，烘干机装置由风管、风泵和加热装置组成。本系统中的控制量均为开关量，整个工艺过程以逻辑顺序控制为主，故选用PLC作为控制模块核心，实现整个工艺过程的自动控制。汽车零部件超声波清洗装置主要由超声波发生器、机械传动设备、烘干机、加热器、给排设备、搅拌装置和驱动电路等7部分组成。

2部分器件选型

电气控制系统采用PLC控制，本系统输入量8个，输出量11个，可选择三菱公司的FX2N-48MT型PLC。作为整个清洗控制系统的核心，PLC在清洗装置的主要任务有：①通过信号控制整个清洗流程的工作；②接收、运算以及输出系统的信号；③保证水泵的清洗程度；④通过内部程序运算保持各电机的同步速度。在软件程序设计时，主体采用顺序控制，并利用逻辑运算功能加以辅助。每一工位采用限位开关设定准确位置，保证在清洗过程中各状态的正确执行，以此为系统安全有序运行提供保障。

3工作过程分析

按下启动按钮，散热器开始工作，同时电动机正转，驱动吊篮下降到下限位并停止。此时，给水泵电磁阀得电，高温水注入，开始对待清洗零件进行喷洗，直至箱中液位上升至中液位限位，停止供水。之后驱动给液泵电磁阀得电，化学清洗液注入，直到上液位限位，注液停止。此时，搅拌设备工作，持续设定值T时间后停止。若在工作过程中，温度没有达到预设值，则加热装置启动，加热至设定温度，并将信号传递给控制器，开始对零件进行延时浸泡处理。等浸泡到达设定时间，超声波驱动电路自动启动。超声波驱动电路执行T工作时间后，污水泵电磁阀得电，系统开始放液排出清洗污水，液位下限位到达后，整个清洗周期完成。由于清洗液中有化学成分，此时可以设定改过程执行次数为2，由计数器进行周期数的控制。清洗工作完成之后，烘干设备自动启动，对零件进行烘干处理，并维持设定值T时间。烘干完成后，电动机反转开始，驱动吊篮上升至上限位，电机停转，限位开关同时驱动报警器蜂鸣，T时间后系统自动停止。在整个执行过程中，如出现工作意外，可由急停按钮随时进行停机。

4自动清洗装置控制系统设计

自动清洗装置控制系统由电路的硬件设计和软件设计两部分组成。

4.1硬件电路设计

根据自动水泵清洗装置的工作特点和结构要求，列取主要驱动设备分别如下：①传动装置拖动电机1台；②机箱散热风机1台；③给水泵、供液泵、污水泵电磁阀各1个；④搅拌器驱动电机1台；⑤加热装置1套；⑥烘干机1台；⑦超声波驱动电路1套；⑧报警器1台。控制电路由PLC控制，其供电源主要通过A/D转换器，将交流22OV电源转换为直流24V，供给给PLC、各泵的电磁阀和各触点，同时作为控制电路电源，实现对整个电路的控制。水泵清洗装置的PLC供电电路设计。

4.2软件电路设计

通过对清洗机的工作流程分析，设计了系统的软件控制程序，由于篇幅所限，截取部分梯形图程序。

5结语

本清洗装置控制系统采用自动控制，结合车用水泵清洗装置的工作流程，对其反馈信号进行采集和处理，通过设备结构的改进和工艺过程的优化，进一步提高水泵的清洗质量和清洗效率。本机采用PLC作为核心控制器件，外形尺寸仅为1400m×860mm×1750mm，可根据工作要求进行多次循环喷洗，喷洗方式采用液流对位冲洗，其清洗压力最高可达400kPa。考虑生产发展需要，系统预留了部分端口，可外接显示器、触摸屏等进行方便控制与监控。目前，水泵清洗装置的改进样机已投入生产线运行，大大节省了工作时间，清洗效果达到预定改进目标。

参考文献：

[1]张剑波.孙良欣等.清洗技术基础教程[M].北京：中国环境科学出版社，2004.

[2]王文红.超声波清洗生产线及其PLC控制[J].新技术新工艺，2004.

[3]刘丽华.玻璃清洗机电气控制系统设计[D].广东：广东工业大学，2008.

[4]陶可瑞，朱连庆.PLC控制伺服电机应用设计[J].中国高新技术企业，2009.

作者：余键 单位：温州职业技术学院