PLC在公路护栏清洗车上的应用
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摘要：为实现高速公路护栏的全自动清洗，在原有简易护栏清洗车的的基础上研制新一代护栏清洗车，比较研究了各种方案的选择配置，可编程控制器PLC的应用及程序的设计,最后进行了路用效能的比对和价值分析。
关 键 词：护栏清洗；全自动；PLC应用；程序设计
0 引言
随着国民经济的发展，高等级公路里程越来越长，而公路护栏的清洗却相对滞后，脏乱的护栏影响了公路的美观，影响了城市的整体形象，但这种现状也给公路护栏清洗设备的发展壮大提供了良好的契机,目前此类设备国内无成型产品,从国外进口则价格高昂,我单位决定在原有由小型汽油发动机通过皮带传动驱动悬臂式刷苗进行护栏清洗的简易设备的基础上研制开发新一代全自动护栏清洗车。
结合当前公路护栏清洗的实际情况，提出了以下研制要求：清洗效果良好（清洗后的护栏能达到干净、整洁）；在不改变行车方向的情况下，左右两侧护栏都能清洗，即能实现双向清洗；环保、噪音小、节水，每个工作日加水不多于两次，效率高（每个工作日实际工作距离不少于30公里）；全自动操作，全部工序都能设现自动化，可以由操作人员在驾驶室独立完成，做到人机对话；安全设施齐全，整体美观、大方。
1 方案的选择：
(1) 新一代护栏清洗车总的控制结构组成采用电气控制方式
发电机（动力源）+
(2) 控制方式的选择
在目前的工业系统中有两种最基本的控制方式，一种是接线程序控制，一种是存贮程序控制。接线程系控制系统最大的缺点就是控制程序的修改必须通过改变接线来实现。所谓存贮器程序控制是指支配控制系统工作的程序存放在存贮器中，系统要完成的控制任务是通过存贮器中的程序来实现的，这样的系统称为存贮程序控制系统。其程序是由程序语言表达的，因此又称软件程序，可编程控制器和单片机都属于存贮程序控制器。根据新一代护栏清洗车的研制要求，决定采用存贮程序控制系统。
(3) 控制器的选择
在目前工业生产中，对于较复杂的控制系统，常采用单片机或可编程控制器。单片机的接线较繁杂，编程的要求较高，调试时比较繁锁，不能方便的进行生产工艺的更新改造，PLC可编程控制器可以弥补单片机的这些不足。由于护栏清洗设备作为控制对象有如下特点：控制对象本身是由几个相互关联的部件组成，既有几个控制子对象，各种控制量以开关量为主，不需要复杂的数学模型及计算，因此，选择采用可编程控制器PLC＋HMI（文本控制显示器）来设现护栏清洗的自动控制。
(4) 各部件的构造（加工件）或型号（外购件）的选择
护栏清洗车正常清洗作业时行驶速度为5-10公里/小时，作业刷苗最佳转速为200转/分钟，毛刷工作时的最大回转直径R≥900mm，毛刷有效工作长度L≤620mm，刷轴转速n≥200转/分，水箱一次性充水Q≥3吨。
2护栏清洗车控制程序设计
当空压机的驱动电机通电工作后，空压机开始工作，气压随之上升，当气压上升到一定的压力后，按下起动开关，电磁阀通电，清洗臂开始由气缸驱动向外伸，当外伸到极限时，碰到外限位开关，此时清洗臂停止外伸，延时几秒钟后，清洗刷开始运转，当按下水泵洒水开关时，水泵开始洒水，当清洗工作完成后，清洗车接到停止命令，首先是停止洒水，随后清洗刷停转，当清洗刷完全停转后，气缸电磁阀断电，气缸（清洗臂）开始回收，当回收到极限时，碰到内限位开关，此时，清洗臂的回收完全停止，随后，空压机断电，空压机停转。到此，清洗车经过总共八道工序完成了一个清洗周期。
新一代全自动护栏清洗车的操作方式分手动操作方式和自动操作方式，其中自动操作方式又分为左侧清洗自动操作和右侧清洗自动操作。
手动操作：手动操作也就是用按钮操作，对清洗车的每一种运动方式单独进行控制。例如，按下空压机起动按钮，空压机转动，当需要清洗臂外伸或回收时，按下气缸电磁阀（以下简称气阀）起动按钮，清洗臂外伸，按下停止按钮，清洗臂回收，当需要选择水泵洒水或不洒水时，按下水阀起动按钮，水泵开始洒水；再按，水阀停止洒水。当需要选择清洗刷开始清洗或停止清洗时，按下电机起动按钮，继电器接合，防水电机开始运转，清洗刷开始工作；再按，防水电机停转，清洗刷停止工作。
左侧清洗自动操作，当在主菜单上选择自动清洗左侧护栏时，清洗车从原点开始，按即定工序对左侧护栏自动开始清洗。启动顺序为：左侧刷子伸出，6秒后刷子旋转，喷水开始。当按下返回按钮时，清洗车自动按序停止清洗，复位。
右侧清洗自动操作，同理，当在主菜单上选择自动清洗右侧护栏时，清洗车从原点开始，按即定工序顷对右侧护栏自动开始清洗。启动顺序为：右侧刷子伸出，6秒后刷子旋转，喷水开始。当按下返回按钮时，清洗车自动按序停止清洗，复位。
3 PLC的选择
由于所需的I／O点数为9／20点，考虑到清洗车操作的工艺固定，PLC的I／O点数其本上可不留裕量，结合有关资料所介绍的机型，最后选择了三菱公司生产的FX系列PLC, 主机选择ＦＸON-２4MR，扩展单元选择FXON－16EYR，扩充单元选择FXON－3AD，这个配制共有15个输入点，28个输出点，完全能满足新一代护栏清洗车的需要。
4 HMI的选择和人机对话界面的设置
由于护栏清洗车工作环境相对恶劣，而且为了今后控制系统技术更新的需要，选择三菱公司生产的GP370－WL触摸屏作为所需的HMI。
人机对话介面的设置
主菜单
5 PLC程序设计
当PLC通电后，主机接通，状态复位；随后空压机开始运转，气压上升。同时车身后部限速显示器开。当在触摸屏上选择手动操作时，进入手动程序，如选择的不是手动操作，则不执行手动程序。当在触摸屏上选择自动清洗左侧护栏时，系统自动进入清洗左侧护栏程序，当未选择此按钮时，系统不执行此程序。当在触摸屏上选择自动清洗右侧护栏时，系统自动进入清洗右侧护栏程序，当未选择此按钮时，系统不执行此程序。
护栏清洗车的自动清洗是一个按顺序动作的步进控制，在自动清洗中操作顺序应当是：（1）气缸驱动清洗刷外伸（2）外伸到极限，清洗刷开始旋转（3）水阀开始喷水（4）车顶警灯转和清洗方向指示。
自动清洗左侧护栏的自动关闭程序设计:自动关闭(复位)程序相对简单,在此程序中,复位顺序是:(1)左前水阀关闭,左后水阀关闭;(2)左前清洗刷停转,左后清洗刷停转;(3)左前气阀关闭, 左后气阀关闭,气缸驱动清洗刷回收;(4)水泵停转。
6 安装调试结果分析
从最后的安装调试结果来看，所研制的新一代护栏清洗车清洗效果很好，文本控制显示器、可编程控制器性能匹配，人机对话介面符合生产操作要求，退速显示器和车顶警灯的安装更好的保护了操作人员的安全。应用软件的各种操作方式都能通过文本控制显示器调用、切换。自动清洗、自动复位、故障检测、急停等都能准确运行。清洗效果也让人感到非常满意。每个工作日能完成至少30公里（以4小时计）的护栏清洗任务，完全达到了研制需求。
7 结语
本次改型研制是对原清洗车的结构和控制方式的全盘更新，改型后的新一代全自动护栏清洗车完全实现了高速速公路护栏的全自动清洗，所有的工序都可以由操作人员在驾驶室内完成，操作方便、安全，整体设计美观、大方、合理，清洗效果很好，在实际工作中完全可替代人工清洗。
参考文献：
(1)《可编程控制器（PC）基础及应用》杨长能张兴毅 重庆大学出版社
(2)《集散型控制系统的设计与应用》 王常力廖道文清华大学出版社
(3)《机械工程手册》二版秦起佑机械工业出版社
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