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盾構(gòu)技術(shù)的介紹:為了工程北京地鐵五號(hào)線的施工，我集團(tuán)公司首先引進(jìn)了德國(guó)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(jiǎn)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(cāng)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(zhǎng)約60m，主體長(zhǎng)約8.1m，S355J2G3鋼架，盾殼外徑6.19m，長(zhǎng)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(tái)臺(tái)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(rùn)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(cè)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(cè)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(chǔ)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(tái)，并能對(duì)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(duì)歷史工藝進(jìn)行分析和記錄及故障信息，須對(duì)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(shì)圖形顯示出來，相關(guān)的參數(shù)可以同一畫面上；可以對(duì)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(jí)、級(jí)、生產(chǎn)級(jí)?？刂萍?jí)通過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?jí)的所有信息將在機(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(jí)是企業(yè)的生產(chǎn)信息，通過MPI網(wǎng)用RS485線傳輸與級(jí)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(chǎng)操作控制與控制級(jí)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(cè)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(chǎng)級(jí)與單元級(jí)的通訊任務(wù)；對(duì)于中的拼裝機(jī)來說，工作中角度需要隨時(shí)檢測(cè)，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(chǎng)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(jí)的VMT導(dǎo)向PC和生產(chǎn)級(jí)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(duì)參量進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)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(cè)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(chǎng)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(chǎng)總線，是*的現(xiàn)場(chǎng)總線，它是不依賴于生產(chǎn)廠家的、開放式的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)設(shè)備可通過現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)總線為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(chǎng)控制級(jí)的拼裝機(jī)角度檢測(cè)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(chǎng)控制的要求，又可以生產(chǎn)級(jí)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(chǎng)的模擬量轉(zhuǎn)換成值；
工藝參數(shù)的處理功能：對(duì)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(jí)、控制級(jí)和生產(chǎn)級(jí)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)雙向通信；
功能：對(duì)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(cè)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(jiǎn)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(jí)與生產(chǎn)級(jí)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(shì)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(duì)本中有了深入的了解。
是目前國(guó)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。