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2023-12-18 02:47:01
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盾構(gòu)技術(shù)的介紹:為了工程北京地鐵五號線的施工,我集團(tuán)公司首先引進(jìn)了德國海瑞克公司生產(chǎn)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)(S-169)進(jìn)行雍和宮至張自忠路區(qū)間的施工。土壓平衡盾構(gòu)(Earth-Pressure-Balance 盾構(gòu),簡稱EPB盾構(gòu)),特別使用于陶土、粘土、或淤泥含量高、滲水性差的粘性土層。在土壓盾構(gòu)中,刀盤挖掘下的碎土添加適量的添加劑后用于支撐開挖面,以避免沉陷或;在掘進(jìn)中依據(jù)千斤頂?shù)耐屏Α⒊鐾亮?、掘進(jìn)速度、土倉內(nèi)土壓力來進(jìn)行判斷,以便控制維持開挖面的平衡,然后拼裝襯砌環(huán)形成。一、S-169盾構(gòu)機(jī)的結(jié)構(gòu)
盾構(gòu)機(jī)全長約60m,主體長約8.1m,S355J2G3鋼架,盾殼外徑6.19m,長7.550m, 主體部分主要有刀盤、拼裝機(jī)、螺旋輸送機(jī);后配套有6臺臺車組成,分別裝有傳輸帶、工作電機(jī)及泵、變壓器、配電柜、漿罐、氣罐、空壓機(jī);這兩大部分分別組成了刀盤驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)、拼裝、出土、注漿、泡沫;另外還有盾尾密封、、挖、齒輪油、工業(yè)水、冷卻。二、S-169盾構(gòu)機(jī)控制的要求
盾構(gòu)機(jī)的主要?jiǎng)恿κ且簤候?qū)動(dòng),如刀盤驅(qū)動(dòng)、螺旋輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)、推進(jìn)、拼裝等;輔以電驅(qū)動(dòng),如泡沫和膨潤土的變頻電機(jī)等;在施工中,油冷卻是所有含液壓工作的前提條件,其中刀盤的驅(qū)動(dòng)又了水冷卻;為了保證及的施工,又添加了瓦斯檢測和通風(fēng);除了拼裝和挖在各自的拼裝和挖下運(yùn)行,推進(jìn)中的盾構(gòu)機(jī)要同時(shí)運(yùn)行其他所有的。
中由于需要很多監(jiān)測的變量和大量的執(zhí)行機(jī)構(gòu)元件,則包含了大量的流量傳感器、行程傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器和少量變頻器、電動(dòng)機(jī)以及大量的比例溢流閥、節(jié)流閥、比例調(diào)節(jié)閥等, 由于構(gòu)成的龐大,該中需要很多的輸入輸出點(diǎn),模擬量類型有4-20ma、1-10vDC、熱電阻等,為施工工藝的要求,必須選用功能強(qiáng)大的PLC產(chǎn)品作為控制,要求具有快速性、性;無風(fēng)扇運(yùn)行與集中/分布式模板的熱插拔性;極為的組態(tài)與基于本產(chǎn)品和圖形工程工具的語言相結(jié)合;所有項(xiàng)目數(shù)據(jù)、程序原代碼和用戶數(shù)據(jù)存儲在CPU中;可以自動(dòng)化中的供電中斷和故障保護(hù)等特殊要求。
組態(tài)為了能更好地與硬件兼容,要求選用相應(yīng)PLC的組態(tài)作為監(jiān)控平臺,并能對一些涉及生命和設(shè)備的重要參數(shù)以多種形式,并具備自鎖控制;在施工生產(chǎn)中能將生產(chǎn)工藝動(dòng)態(tài)顯示出來,包括設(shè)備圖形、數(shù)字量及模擬量;為了對歷史工藝進(jìn)行分析和記錄及故障信息,須對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄,間隔時(shí)間可依據(jù)工藝需要而定;可以按照自動(dòng)生成便于修改的各類報(bào)表;能將工藝參數(shù)以數(shù)字表、模擬表盤、棒圖、游標(biāo)等形式顯示,刷新可;能以一定的時(shí)間間隔將重要參數(shù)的工藝曲線以趨勢圖形顯示出來,相關(guān)的參數(shù)可以同一畫面上;可以對操作記錄、記錄和各種生產(chǎn)報(bào)表以漢字形式進(jìn)行生成和打印。三、 S-169盾構(gòu)機(jī)控制方案
該控制包括三個(gè)層次:控制級、級、生產(chǎn)級??刂萍壨ㄟ^控制單元傳感器和控制部件監(jiān)控生產(chǎn),同時(shí)接受操作信息,并向上層傳遞實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)??刂萍壍乃行畔⒃跈C(jī)的操作站和工程師被監(jiān)控,可完成如下功能:顯示、記錄、數(shù)據(jù)加工、報(bào)表輸出、配置控制回路和修改參數(shù)等。生產(chǎn)級是企業(yè)的生產(chǎn)信息,通過MPI網(wǎng)用RS485線傳輸與級建立聯(lián)系,施工中的相關(guān)數(shù)據(jù)和集成歷史數(shù)據(jù),向下層發(fā)布生產(chǎn)指令。
1)、PLC
依據(jù)施工工程技術(shù)的要求,PLC主機(jī)要求選用冗余電源;現(xiàn)場操作控制與控制級形成網(wǎng)絡(luò);PLC站要能接受監(jiān)控計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘同步來記錄和報(bào)送順序及故障事件;數(shù)字量和模擬量的I/O點(diǎn)數(shù)控制工藝要求,并留有不少于20%的備用輸入輸出點(diǎn);要能接受拼裝機(jī)角度檢測傳感器的式編碼器;簽于以上要求,便采用了帶MPI接口和DP接口的CPU 414-2DP和1塊CP443-1(使用TCP/IP協(xié)議)通訊模塊,UR1 18槽機(jī)架,3塊PS407 10A電源,8塊431 8通道AI,4塊432 8通道AO和15塊421 32點(diǎn)DI,14塊422 32點(diǎn)DO,在模板之間使用了1塊IM460-3和2塊IM461-3接口模板。
PROFIBUS DP 網(wǎng)絡(luò):它處理來自DP網(wǎng)絡(luò)中的傳感器或與從站中的模塊信息共享的功能,實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化中現(xiàn)場級與單元級的通訊任務(wù);對于中的拼裝機(jī)來說,工作中角度需要隨時(shí)檢測,并與中設(shè)定的值進(jìn)行比較,保證在失電又恢復(fù)供電后,能記憶當(dāng)前讀數(shù),利用PROFIBUS DP接口的現(xiàn)場總線輸出,受外界的小,傳感器的精度主要取決于編碼器的分辨率,它采用二進(jìn)制編碼,可了施工工藝的要求。
MPI網(wǎng)絡(luò):與帶有MPI接口的設(shè)備,如S7-400、S7-300、S7-200的CPU和PC/PG以及TD/OP之間的通訊,MPI符合RS-485,具有多點(diǎn)通訊的性質(zhì),它的波特率設(shè)定為187.5kbps;在本中利用CP5611卡與MPI接口使級的VMT導(dǎo)向PC和生產(chǎn)級的工程師PC與PLC進(jìn)行通訊,實(shí)時(shí)地從PLC中獲取相關(guān)施工數(shù)據(jù),便于及時(shí)了解施工情況,采取相應(yīng)的措施。
PID自動(dòng)調(diào)節(jié):利用的PID算法塊對參量進(jìn)行調(diào)節(jié),對于泡沫的自動(dòng)控制來說,此功能在推進(jìn)中,判斷刀盤扭矩的大小主要來調(diào)節(jié)泡沫的注入量,保證刀盤的良好運(yùn)轉(zhuǎn)和排土的通暢性。
數(shù)據(jù)處理:SIMATIC S7-400具有數(shù)算(包括矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳遞、轉(zhuǎn)換、排序和查表、位操作等功能,也能完成數(shù)據(jù)的采集、分析和處理。能實(shí)現(xiàn)施工中所有參數(shù)的相應(yīng)處理,以達(dá)到要求來客戶需要。
自診斷功能:中CPU可以檢測中的一個(gè)響應(yīng)來自I/O模塊的硬件中斷、同步響應(yīng)一個(gè)來自程序中指令的錯(cuò)誤、異步響應(yīng)CPU操作或模塊狀態(tài)異常等實(shí)時(shí)錯(cuò)誤,并調(diào)用與錯(cuò)誤相關(guān)的OB(組織模塊)來施工中的各種需要。
2)、網(wǎng)絡(luò):在眾多的現(xiàn)場總線協(xié)議中,PROFIBUS是目前同時(shí)成為歐洲和機(jī)械行業(yè)(JB/T 10308.3-200)以及(IEC61158)的現(xiàn)場總線,是*的現(xiàn)場總線,它是不依賴于生產(chǎn)廠家的、開放式的現(xiàn)場總線,各種各樣的自動(dòng)化設(shè)備均可通過同樣的接換信息;SIMATIC S7通過PROFIBUS現(xiàn)場總線構(gòu)成的,是一個(gè)很好的工廠自動(dòng)化解決方案,它具有以下優(yōu)點(diǎn):PLC、I/O模塊、智能化現(xiàn)場設(shè)備可通過現(xiàn)場總線來連接;I/O模塊能安裝在傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的附近;能就地轉(zhuǎn)換和處理;編程仍舊采用的組態(tài)。PROFIBUS現(xiàn)場總線為工業(yè)現(xiàn)場級的自動(dòng)化設(shè)備之間的高速數(shù)據(jù)通信提供了一個(gè)可靠的傳輸方案。作為一個(gè)開放的、化的體系,它由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA、PROFIBUS-FMS三部分組成,中通過PROFIBUS DP下掛到現(xiàn)場控制級的拼裝機(jī)角度檢測傳感器上,通過MPI接口與VMT導(dǎo)向電腦和遠(yuǎn)程的生產(chǎn)監(jiān)控電腦進(jìn)行通訊,在操作室中通過CP443-1通訊模塊與控制室操作員電腦建立工業(yè)以態(tài)網(wǎng)進(jìn)行通訊;因此可以既現(xiàn)場控制的要求,又可以生產(chǎn)級的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
四、S-169盾構(gòu)機(jī)功能
(一)、SIMATIC S7-400 PLC:
模擬量輸入處理功能:利用模擬量輸入模塊將現(xiàn)場的模擬量轉(zhuǎn)換成值;
工藝參數(shù)的處理功能:對于模擬量通過相關(guān)處理的;如MTS系列的產(chǎn)品MK292卡,可以采集與處理千斤頂行程傳感器提供的,把它傳輸?shù)絇LC中,并顯示在屏幕上及控制面板上;
控制功能:能實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)設(shè)備的順序連鎖控制和模擬參數(shù)的調(diào)節(jié);
通信功能:利用本的DP、MPI接口和通訊模塊CP443-1把級、控制級和生產(chǎn)級聯(lián)系起來,實(shí)現(xiàn)雙向通信;
功能:對進(jìn)行多種形式的處理,中有窗口顯示、紅色指示燈應(yīng)答和聲音輸出(檢測CH4氣體含量標(biāo)的聲音輸出)
功能:為保障能在的前提下運(yùn)行,防止各不負(fù)荷運(yùn)行或使處于非正常運(yùn)行的工作中運(yùn)行,極大地了設(shè)備的性
主從站擴(kuò)展功能:考慮施工規(guī)?;蚋淖兊纫蛩?,可以在本的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展,建立PLC從站,可實(shí)現(xiàn)施工要求改變后的控制需要。
(二)、監(jiān)控:
地下控制室監(jiān)控操作:地下控制室使用的是適用于工業(yè)以態(tài)網(wǎng)TCP/IP協(xié)議的D-Link De-528 Enthernet接口卡與PLC中的通訊模塊CP443-1連接,達(dá)到與PLC通訊的目的,采用西門子的組態(tài)Windows Control Center(簡稱Wincc),可以按照工藝流程和要求設(shè)計(jì)建立控制組態(tài)操作界面、顯示與組態(tài)、流程圖組態(tài)、歷史數(shù)據(jù)記錄和、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示;并且用鼠標(biāo)和鍵盤按照施工要求實(shí)現(xiàn)參數(shù)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)輸入和目標(biāo)值設(shè)定等,它是控制級與生產(chǎn)級的根本區(qū)別。
地面監(jiān)控室:地面監(jiān)控是使用Paradox 9,它提供了地下監(jiān)控室組態(tài)除修改施工工藝參數(shù)功能外的所有功能,而且又了歷史數(shù)據(jù)的記錄和、報(bào)表組態(tài)、重要參數(shù)的趨勢顯示(相關(guān)參數(shù)可同時(shí)顯示)、打印功能。
(三)、VMT導(dǎo)向:按照工程的設(shè)計(jì)軸線,將施工工藝以圖形形式動(dòng)態(tài)顯示坐標(biāo)系中,并從PLC相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理得出施工中需要的工藝數(shù)據(jù)(如盾尾間隙、管片選型等)。五、結(jié)束語
該控制中的硬件和配置*,采用了西門子生產(chǎn)的工業(yè)控制設(shè)備,如西門子的S7-400PLC、兼容產(chǎn)品WINCC組態(tài)等。在繁忙的施工生產(chǎn)中通過自己的摸索學(xué)、進(jìn)一步的體會(huì),漸漸對本中有了深入的了解。
是目前國內(nèi)較大的應(yīng)用西門子產(chǎn)品的工程施工生產(chǎn),它自投產(chǎn)以來,運(yùn)行可靠,工程好,為公司帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。