盾构机环流系统专用控制系统设计

论文摘要

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械,目前是其发展的最好时期。盾构机运行时可靠性要求极高,泥水系统是盾构机正常掘进的关键系统设备,分为泥水处理系统和泥水环流系统。泥水环流系统负责泥浆的输送和排放,分为四个工作模式,其中在开挖模式下工作实现泥水的循环。旧环流控制系统满足不了工程需要,存在电控配件难以购买、添加中继泵不方便、改造工程繁琐等缺点。为了满足行业的要求,需要设计高可靠性、操作方便、扩展性好、高性能的控制系统。新系统与盾构机主机控系统完全分离,驱动泥浆泵的动力设备选择交流电机搭配交流变频器ATV71。本文结合盾构机施工各工况参数的数学模型,给出了泥浆泵配套功率的计算公式,即交流电机选型标准。叙述了变频器的优势和选型标准,给出了ATV71的主要性能参数并验证了其使用的可行性。本文采用国产高可靠性PLC国电智深EDPF-BA系列作为环流控制系统的控制核心,采用LICON CUTE-400作为主从站的控制器,主从站采用工业以太网通讯实现运行信息的交换,从站与变频器采用MODBUS通讯卡连接,实现变频器在主站的信息显示和主站对变频器的远程调速。主站位于盾构机内部集控室,能够远程监控各从站状态,主站程序模块化编译,方便扩展。针对盾构机运行环境特点,选用工业触摸屏为上位机,给出了HMI画面。本文给出了系统的调试步骤和方法,该系统已经在长江隧道工程多处工段中成功使用,运行时间已达数个月,运行期间无故障,停机实时性好。实践表明,该系统从根本上保证了泥水环流系统的稳定,实现了泥水环流自动化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 盾构机国外发展状况
• 1.3 盾构机国内发展状况
• 1.4 课题背景及研究内容
• 第二章 盾构机环流系统
• 2.1 盾构法施工与盾构掘进机
• 2.1.1 盾构概述
• 2.1.2 盾构的分类
• 2.2 泥水系统
• 2.3 泥水系统交流电动机的选型
• 2.3.1 泥浆泵的配套功率计算
• 2.3.2 交流电机调速系统选型
• 2.4 环流控制系统需求分析
• 第三章 盾构机环流控制系统的硬件设计
• 3.1 控制器的选择
• 3.1.1 PLC 概述
• 3.1.2 国电智深LICON CUTE-400
• 3.2 控制网络的选择
• 3.3 从站控制器与变频器的通讯方式的选择
• 3.4 电气设计
• 第四章 盾构机环流控制系统的软件设计
• 4.1 系统控制程序设计
• 4.1.1 从站控制程序设计
• 4.1.2 主从站工业以太网通讯的实现
• 4.1.3 从站控制器与变频器ATV71 的通信
• 4.1.4 主站程序设计
• 4.2 上位机设计
• 4.2.1 上位机介绍
• 4.2.2 设计开发软件及其它相关软件介绍
• 4.2.3 选用触摸屏的优点
• 4.2.4 环流控制系统的人机界面设计
• 第五章 系统调试与运行
• 5.1 系统调试
• 5.1.1 电气柜调试
• 5.1.2 程序仿真调试
• 5.1.3 上位机调试
• 5.1.4 信号测试
• 5.1.5 现场调试
• 5.2 系统运行
• 第六章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录