基于PLC的轻轨列车清洗机控制系统

【摘要】随着城市交通的飞速发展，轻轨列车传统的人工擦洗的方式已经无法满足需求，自动清洗已经成为人们探讨的焦点。本文通过PLC技术构成列车清洗机电气控制系统，对清洗流程、清洗机控制的逻辑、PLC控制的设计以及控制系统的安全性和可靠性进行阐述。

【关键词】轻轨列车；清洗机；PLC；控制系统

中图分类号：U239.3文献标识码： A

一、前言

随着我国城市的发展，轨道交通已经成为人们出行便捷及主要交通工具，其车厢的整洁不仅体现一个城市的面貌，更体现了一个国家的全民素养，因此轻轨的车辆清洁显得尤为重要。人工清洗作为传统的清洗方式，由于其效率低、费工费时，已经无法满足现有的轻轨列车的清洗要求，清洗方式正在逐渐向高压水喷洗等现代方式转变。因此，针对轻轨列车外部清洗技术，研制开发一种自动化程度高、安全可靠、运行经济的清洗设备及控制系统，对我国轨道交通的发展以及列车的使用保养，以及推动城市轨道交通技术装备的进一步发展都有着十分重要的意义。

因此，笔者在文中主要研究轻轨列车自动清洗系统，对轻轨列车外边面的灰尘、油污及其它污渍进行自动清洁，即可节省人力、物力，更可以提高工作效率，同时避免由人工刷洗造成的车体漆膜的损坏。目前，在列车自动清洗机系统多采用可编程逻辑控制器（PLC）实现控制，极大的提高列车的清洗效率。

二、列车清洗主要流程及设计

2.1、清洗流程

列车清洗流程中，依次进行适量喷水预湿-喷洗涤剂-干擦-回收水一次刷洗-清水二次刷洗-高压清水三次冲洗。干擦过程中，同时可穿插后端及侧面人工补洗，保证清洗质量。洗车原理如下图所示。

2.2、清洗机控制逻辑

清洗机的操控系统由操作员在操作盘上进行操控，可编程控制器作为控制的核心，通过各种传感器对操作现场位置、清洗情况进行监控和检测。控制系统主要组成为供水系统、清洗控制、端洗平台控制、信号控制和安全连锁等系统组成，如下图所示。

2.3、PLC控制设计

PLC作为整个控制系统的核心部件，主要原理是按照既定的算法进行输入输出的变换，即信息处理。PLC作为俄整个现场控制的核心部件，对整个系统的好坏具有重要作用，是该项目的主要研究内容之一。PLC在实施控制的两个基本点为输入输出的变化和物理实现，主要组成如下图所示：中央处理器（CPU）、存储器、输入接口电路、输出接口电路、通信接口、内部电源等部分组成。

在接到用户指令后，PLC运行过程分为三个阶段：首先为输入信号采样阶段，其次为用户指令执行阶段，最后是结果输出阶段。这三个阶段构成了PLC用户程序的一个扫描周期。

首先为输入信号采样阶段，又叫刷新阶段；PLC读入外面信号的输入状态并输入到映像存储器中。在此阶段内，PLC对其它两个阶段的动作及信号是在屏蔽状态的，仅仅接受输入口的状态信息，以保证输入刷新阶段的安全性。

其次为用户指令执行阶段；PLC 在执行用户程序时，通常根据梯形图的顺序，以先左而右、从上对下的原则，对每条指令进行读取及解释，通过逻辑运算，运算出输入映像存储器和输出映像存储器的每条指令的结果，并存入相应的寄存器中。在此过程中，如果输出状态为Y，则表示此条命令通过，继而再执行下一条指令，直至END指令。同样，在此阶段内，PLC对其它两个阶段的指令及信息处于屏蔽状态，即输入数据存储器及输出存储器的动作均处在锁死的状态。

最后为结果输出阶段，也叫输出刷新；输出映像存储器的状态在PLC指令执行阶段完成后，将被成批输出到输出锁存储器中，后背一一对应输出，也就是PLC的实际结果。同样，在输出刷新阶段，PLC对于其它两个阶段进行屏蔽。

以上三个阶段构成了PLC用户程序的扫描周期，同时在此周期内设置规定时间监视定时器，保证了PLC在运行过程中出现超时现象时，可及时停止运行，防止死循环的出现。

2.4、控制系统的安全性可靠性设计

列车清洗机是在工业环境下，集机、电、液、光、气、水多项技术于一身的综合系统，如果环境恶劣或有电磁干扰强烈等情况存在，系统的安全性和可靠性就会受到威胁。PLC通过输入和输出信号进行控制，错误的信号或者干扰信号可能会使PLC接收到错误的信息，从而造成错误的动作或者指令，或者数据丢失，严重时会使系统失控。因此，在设计系统时，控制系统的安全性及可靠性就要充分的被考虑，以减少干扰的影响，保证系统的正常运行。

控制系统的可靠性一般从两方面进行考虑，其一为系统的设计与使用的科学性及合理性，其二为系统软件、硬件的保护措施以及抗干扰能力。本文重点针对第二个方面，从软、硬件的系统保护以及抗干扰入手，提高系统的可靠性。

PLC的干扰形式分为两大类，内部干扰和外部干扰。内部干扰主要是内部元器件本身质量问题，也就是硬件故障；外部干扰主要是外部设施或强电设备的侵入，情形比较复杂。

针对硬件采取保护的措施主要有：输入、输出信号的电缆分开铺设，必要时可选用带有屏蔽层的电缆；数字信号与模拟信号分电缆进行传输，并尽量缩短信号线长度；PLC的电缆尽量远离产生电磁干扰的装置，并且多尘、腐蚀气体、震动、潮湿等场所也应尽量远离。针对软件采取的措施主要有：系统开机自检程序、输入信号去抖动程序、首发故障判断程序、编制系统状态监测程序等，通过具体的逻辑程序的控制，使系统的软件处于被监视的状态，从而降低软件系统的故障。

三、结论

车辆自动清洗控制系统是一个结合现代自动化控制技术发展而产生的一种自动控制系统，其结构复杂、功能及设备要求严谨，电控系统是整个控制系统的大脑，同时通过PLC技术的结合，保证了自动清洗系统的实现。轻轨列车在实现清洗自动化的同时，充分考虑到预定的清洗要求，同时具有完善的安全保护系统，使得基于PLC的轻轨列车自动清洗系统在工作过程中的人、车的安全。

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