泥水循環控制系統網絡及原理

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主站負責主控制室對盾構機泥水輸送系統進行遠程操作，對整個泥水輸送系統進行監視管理，對P1.3泵、P2.1泵、閥組進行遠程監視與控制，與盾構機主機進行操作聯鎖，對人機界面顯示提供支持。其中，掘進PLC控制系統與泥水循環PLC控制系統需要交換的信號為101個模擬輸出和數字輸出信號。

各個泵站控制柜內配置S7-200PLC，使各泵可以單獨控制和調試，同時增加Profibus-DP通訊卡，與主站S7-300通過Profibus-DP總線通訊，方便主控制室的遠程監視與控制。進、排漿泵控制系統選用S7-200PLC完成就地控制。S7-200PLC對電動機冷卻風機，軸封水泵，管道上的電磁閥、壓力傳感器，柜內通風冷卻，變頻保護等設備的工作狀態進行監視與控制，并將各狀態通過內部總線輸入至通訊模塊后由Profibus-DP總線與主控制臺進行通訊，主控制臺再將進、排漿泵系統的電流、電壓、轉速以及泵和閥的啟停操作、速度調節等運行狀態在HMI工作畫面上顯示與控制。

各泥漿泵控制柜、閥門控制箱、地面監控站為從站結構，選用S7-200PLC控制，各泥漿泵控制柜、閥門控制箱放置于各泥漿泵、閥門旁邊，其中一個閥門控制箱作為本地控制，地面監控站設在地面監控室。各套控制系統通過ProfibusDP現場總線與主站通訊。地面監控站采用S7-200PLC+Profibus-DP模塊+計算機終端，同步顯示遠程控制站的泵、閥運行狀態，當且僅當遠程控制站切換為地面控制時，地面監控站具有操控泵、閥的控制功能，同時遠程控制失去控制功能。

從站PLC主要完成泵、閥門信號及操控狀態的采集和處理，過程參數的設定和監視，過程控制，設備的連鎖控制，報警檢測等控制。通過Profibus-DP總線與主控制站進行通訊，操作人員可以通過遠程操作站對系統遠程操作控制和監視系統工作狀況。每套設備機旁設有操作面板，操作人員可以在本地進行控制和維護。另外，系統設置有開挖艙液位、壓力和流量監視功能，并能夠自動將液位控制在設定范圍，實現液位的自動控制。

泥漿泵的驅動電機全部選用交流電機，交流電機的調速控制均采用schnielderAltivar71變頻器+Profibus-DP通訊卡+S7-200PLC，變頻器的運行狀態、參數及遠程調速控制均由Profibus-DP通訊卡與主站直接通信，ATV71系列是第一代采用DTC技術的變頻器，它能夠通過開環方式對轉速和轉矩進行準確控制（圖3），而且動態和靜態指標優于PWM閉環控制指標[2]。采用Profibus-DP網絡和西門子S7系列PLC搭建整個系統，總線采用2芯5類電纜作為傳輸介質，通訊速度可以達到12MBP，為解決長距離盾構隧道掘進通訊信號傳輸衰減及隧道內用電安全等問題，采取在每個本地控制柜增加光電隔離中繼放大器的措施。

以上設計的泥水循環控制系統已經成功應用于海瑞克盾構機中，該系統具有以下優點：（1）先進性與適用性：系統的技術性能和質量指標達到國際同類產品的領先水平，系統的安裝調試、軟件編程和操作使用便易行，適合中國國情和本特定系統的特點。（2）經濟性與實用性：通過嚴密、有機組合，實現了最佳的性能價格比，在保證系統功能實施需求的前提下，節約工程投資，經濟實用。（3）可靠性與安全性：系統的設計具有較高的可靠性，具備因系統故障或事故運行中斷后，確保系統緊急停車并迅速恢復的功能，同時系統擁有一整套完善的故障管理設施，可以保證系統的運行安全。

作者：安冬云廖瀟寇寶慶張華芬張樹凱單位：中國石油天然氣管道局第四工程分公司