大直径土压力平衡顶管机的电控系统设计.pdf

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1、大直径土压力平衡顶管机的电控系统设计DesignofElectronicControlSystemforLargeDiameterEarthPressureBalancePipe-JackingMachine王平上海市基础工程有限公司上海200002摘要：目前，顶管机电气控制系统普遍存在着工作量大、效率较低、可靠性差、维护困难、技术水平落后等缺点，严重制约了施工进步。为此，引入了变频、PLC(可编程控制器)、HMI(人机界面)等技术，并针对4640mm土压力平衡顶管机专门设计开发了一套自动化水平较高的电控系统，供相关工程参考、借鉴。关键词：土压力平衡顶管机电控制

2、系统可编程控制器人机界面中图分类号：U455．3文献标识码：B文章编号：1004—1001(2013)03—0242—034640mm土压平衡顶管机是我公司自行设计制造的国内较为先进的顶管掘进机，该机综合了顶管与盾构的特{续没备段1_IL、f_]32t嗡1搅笼点，并从我国实际情况出发设计而成。该顶管机将诸多设广⋯⋯⋯¨[二：=二二二=二二：：厂⋯⋯⋯r⋯⋯⋯一。rI一备布置在后续多节台车上，稍作改造就能变成盾构机，提冷却杂J；』骶ik2J咐×箍⋯一Jflf]t!,~x^2。高设备通用性的同时又降低了成本。目前已投入到上海市I1Ll1i3I污水治理白龙港片区南线输

3、送干线完善工程(东段输送干管)SST2．2标段使用，运行一切正常，效果良好。图1顶管电气设备布置1供配电设计多个PLC完成。使用1个PLCI~技术即集中控制方式，PLC安640mm土压平衡顶管机主要由刀盘驱动系统、螺旋装在一控制柜中，通过多芯信号控制线连接各设备单元输送机系统、顶进系统、纠偏系统以及辅助系统等组成。其如果控制单元数量较多，则相应的线路也要增加，设备布中各动力设备的容量由机械设计需求确定，各类设备的布置分散就会使走线复杂，不便于维护，故障率也会增加，置以及各电机启动方式的选择都将影Dl~tJ供配电系统。可靠性相对较差。使用多个独立的PLC，分别控制

4、各系统设考虑到三相负载平衡以及设备功能，供电设计主要由备运行，各自为政，相互独立不便于联动。这两类方式都2个低压动力柜、1个机头变频柜和1个控制操作台组成。其不大适用于本系统，如何才能实现既能分散控制，又能互中低压柜1和2负责台车及搅笼上所有设备的启停动作以及相联动，>对机头的配电，设备容量各300kW，均设计有余量；机头为此，在本工程中引入了网络型的分布式I／O控制方柜3负责机头设备(螺旋机变频器、润滑泵)的启停动作；式。以PLC为控制核心，采用主从式、分布式结构，遵循控制台4负责整个系统的控制指令与数据采集，是整个系统“集中监测、分散控制”的原则，将集中控制

5、和分散控制的核心(图1)。相结合，数据计算与逻辑控制用集中控制方式，输入输出则分散处理，这样既保证了数据处理的完整性、统一性，2控制系统设计实现了设备的联动控制，又避免了控制中心过于庞大、连传统的顶管控制屏普遍采用指示灯、按钮开关、仪表接电缆过多的弊端，从而提高了系统的可靠性和稳定性。盘组成，功能简单，不能实现复杂的控制，已满足不了当2．1硬件设计下施工的需要。随着自动化技术的发展，越来越多控制设硬件设计首要是安全，要防短路，另外还需要考虑抗备逐步采用PLC技术。顶管的控制及数据采集可以由1个或干扰设计，如隔离、屏蔽和布线等。目前市场上PLC产品众多，国际知名品

6、牌有德国的西门子，日本的三菱、欧姆龙、松下等；国产品牌有台达、研华等。考虑到现有上位作者简介：王平(1985一)，男，本科，助理工程师。通讯地址：上海市江西中路406号(200002)机设备采用三菱CC—Link现场总线进行网络通讯传输，为了收稿日期：2013-0卜l5保证整个系统的稳定性，故本系统也采用三菱PLC。242I建筑施工第35卷第3期王平：大直径土压力平衡顸管机的电控系统设计依据本顶管机的工艺流程和复杂程度进行估算，输安全。按照本顶管机的功能特性，将其分成刀盘、出土、入输出点数统计如表1所示。另外还需要PID控制、网络传项进、纠偏和辅助5个子系统，功

7、能划分清晰，标识明显，输等功能，属于中等规模的系统，三菱FX2N系列PLC就能便于操作：还有为了快速排障，设计了故障报警与数据预满足该控制要求。由此选定主站PLc：FX2N一80MR4-FX2N一警功能。32CCL4-FX2N一48ER4-2×FX2N一5A4-FX2N一8AD：从站PLC：(a)刀盘模块：负责刀盘电机的启动以及正反转动FX2N一48MR4-2×FX2N一16EYR；主从站各配置一通讯模块作，对刀盘油压进行监测，一旦大于上限值，自动停止转FX2NC一485ADP，之间采用三菱M：N网络，通过RS一485通动；刀盘未转动的情况下禁止系统顶进，防止闷

8、顶造成土讯连接，实现软元