本發(fā)明涉及一種電氣控制系統(tǒng)，尤其涉及一種基于PLC的土壓平衡頂管機(jī)電氣控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

頂管機(jī)是現(xiàn)代城市建設(shè)地下管線施工的設(shè)備之一，它不須要開挖土地面層，它可以從地下穿過公路、鐵路、川河、地面建筑物、地下構(gòu)筑物以及各種地下管道。頂管機(jī)按維持開挖面穩(wěn)定的性能可分為敞開式頂管機(jī)和平衡式頂管機(jī)，其中平衡式頂管機(jī)又分為土壓平衡頂管機(jī)、泥水平衡頂管機(jī)和氣壓平衡頂管機(jī)。土壓平衡頂管機(jī)適用土質(zhì)范圍較廣，且工作環(huán)境比氣壓式和泥水式頂管機(jī)好，排出的渣土不需要進(jìn)行二次處理，其運(yùn)輸、堆放都比較方便。

土壓平衡頂管機(jī)的電氣控制系統(tǒng)是頂管機(jī)的核心部分，傳統(tǒng)的頂管機(jī)控制屏普遍采用指示燈、按鈕開關(guān)、儀表盤組成，功能簡單，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制，已滿足不了當(dāng)下施工的需要。

隨著機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展，越來越多控制設(shè)備采用PLC技術(shù)對系統(tǒng)進(jìn)行控制。使用PLC可編程控制器廢棄了許多以往使用的繼電器構(gòu)成的控制回路，降低了設(shè)備電氣系統(tǒng)的故障率，極大的提高了設(shè)備的操作性能和可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于PLC的土壓平衡頂管機(jī)電氣控制系統(tǒng)，提高了土壓平衡頂管機(jī)的自動化程度、操作性能、安全性以及可靠性。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于PLC的土壓平衡頂管機(jī)電氣控制系統(tǒng)，包括包括觸摸屏、主站PLC、CC-Link模塊一、CC-Link模塊二、從站PLC、AD模塊、繼電器一、第一電機(jī)、第二電機(jī)、低壓泵、高壓泵、電磁閥一、主頂油缸、繼電器二、變頻器一、第三電機(jī)、電流傳感器、電磁閥二、糾偏油缸、繼電器三、第四電機(jī)、位移傳感器、繼電器四、變頻器二、第五電機(jī)、壓力傳感器，其特征在于，所述系統(tǒng)采用主從式、分布式結(jié)構(gòu)，主站控制系統(tǒng)將控制臺上開關(guān)和按鈕信號，通過CC-Link模塊一、二遠(yuǎn)程通訊傳給從站控制系統(tǒng)，從站控制系統(tǒng)對現(xiàn)場信號進(jìn)行采集、處理，并傳送給上位機(jī)后，再由從站控制系統(tǒng)控制頂管機(jī)工作。所述系統(tǒng)需控制主頂控制系統(tǒng)、刀盤控制系統(tǒng)、糾偏控制系統(tǒng)和螺旋輸土機(jī)控制系統(tǒng)。所述主頂控制系統(tǒng)使用PLC控制第一電機(jī)、第二電機(jī)帶動油泵供油，同時控制12個電磁閥使主頂控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)共進(jìn)、快進(jìn)和快退的動作。所述刀盤控制系統(tǒng)采用PLC控制1臺變頻器使5臺電機(jī)同時運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)多臺電機(jī)同步工作。所述糾偏控制系統(tǒng)是利用PLC對糾偏油缸的動作信號進(jìn)行組合，經(jīng)過處理后輸出電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)信號和電磁閥動作信號，從而實(shí)現(xiàn)糾偏。所述螺旋輸土機(jī)控制系統(tǒng)通過PLC控制變頻器使螺旋輸土機(jī)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、升速和降速等動作，主站和從站的通信系統(tǒng)由主站PLC與CC-Link通模塊過配套線連接，從站PLC、CC-Link模塊和AD模塊通過配線連接，其中CC-Link模塊負(fù)責(zé)通訊，AD模塊負(fù)責(zé)信號采集。

所述主站PLC、從站PLC通過主站CC-Link模塊與從站CC-Link模塊進(jìn)行通訊。

所述主頂控制系統(tǒng)通過第一電機(jī)、第二電機(jī)分別控制高壓小流量泵、低壓大流量泵來調(diào)節(jié)主頂油缸的頂進(jìn)和后退的速度，通過電磁閥控制主頂油缸的伸縮。

所述刀盤控制系統(tǒng)采用變頻器的FWD、REV、X1和X2外端子控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、升速和降速。

所述糾偏控制系統(tǒng)使用8個電磁閥來控制4組糾偏油缸的上仰、下俯、向左和向右等動作。

所述螺旋輸土機(jī)控制系統(tǒng)采用變頻器的FWD、X1和X2外端子控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、升速和降速。

所述數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)通過AD模塊采集電流傳感器、壓力傳感器、位移傳感器的4~20mA的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號，并將數(shù)字量信號通過從站傳送給主站，最后在主站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將真實(shí)信號在觸摸屏上顯示。

本發(fā)明的技術(shù)效果是：本發(fā)明使用了自動化程度較高的PLC作為控制器，采用主從式、分布式結(jié)構(gòu)，并通過CC-Link遠(yuǎn)程通訊實(shí)現(xiàn)主站和從站的通訊，同時主頂控制系統(tǒng)、刀盤控制系統(tǒng)、糾偏控制系統(tǒng)以及螺旋輸土機(jī)控制系統(tǒng)等各個系統(tǒng)之間的聯(lián)動關(guān)系良好，能有效防止誤操作，保護(hù)工作人員和設(shè)備的安全，具有操作簡單方便，有效提高施工效率的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為土壓平衡頂管機(jī)施工示意圖。

圖2為土壓平衡頂管機(jī)的主視圖。

圖3為土壓平衡頂管機(jī)的左視圖。

圖4為本發(fā)明運(yùn)行的流程方框圖。

圖5為本系統(tǒng)的變頻器接口示意圖。

圖6為本系統(tǒng)的主站PLC端口示意圖。

圖7為本系統(tǒng)的從站PLC端口示意圖。

在圖中，1、工作井2、主頂油缸3、混凝土管節(jié)和頂管機(jī)4、接收井5、刀盤6、減速器 7、糾偏油缸8、第三電機(jī)9、第五電機(jī)10、螺旋輸土機(jī)11、觸摸屏12、主站PLC13、繼電器一14、CC-Link模塊一15、電磁閥一16、CC-Link模塊二17、繼電器二18、從站PLC19、電磁閥二20、AD模塊21、繼電器三22、繼電器四23、變頻器二24、壓力傳感器25、第四電機(jī)26、位移傳感器 27、電流傳感器28、變頻器一29、低壓泵30、高壓泵31、第一電機(jī)32、第二電機(jī)。

所述電磁閥一15包括1YV、2YV、3YV、4YV、5YV、6YV、15YV、16YV、17YV、18YV、19YV、20YV。

所述電磁閥二19包括7YV、8YV、9YV、10YV、11YV、12YV、13YV、14YV。

所述繼電器一13包括1KM和2KM。

所述繼電器二17包括3KM、4KM、5KM和6KM。

所述繼電器三21包括7KM。

所述繼電器四22包括8KM、9KM和10KM。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖1-7來詳細(xì)說明本發(fā)明所具有的有益效果，旨在幫助閱讀者更好地理解本發(fā)明的實(shí)質(zhì)，但不能對本發(fā)明的實(shí)施和保護(hù)范圍構(gòu)成任何限定。

所述主站PLC12將控制臺上開關(guān)和按鈕信號，通過CC-Link模塊14、16進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊傳，將信號傳給從站PLC18，再由從站PLC18控制頂管機(jī)工作，采用AD模塊20對現(xiàn)場信號進(jìn)行采集，然后傳送給主站PLC12進(jìn)行處理，最后通過觸摸屏11顯示。

所述主頂控制系統(tǒng)的工進(jìn)、快進(jìn)和快退是這樣實(shí)現(xiàn)的，按下控制臺上的第一電機(jī)31啟動按鈕后，主站PLC12控制繼電器一13中的1KM接通，使第一電機(jī)31啟動帶動低壓泵給油路供油，接著按下控制臺上的伸按鈕，主站PLC12輸出信號使電磁閥一15中的1YV、3YV和5YV接通，此時主頂控制系統(tǒng)為工進(jìn)狀態(tài)，主頂油缸2將混凝土管節(jié)和頂管機(jī)3從工作井1頂入，最后從接收井4出來；若需轉(zhuǎn)為快進(jìn)狀態(tài)，則按下控制臺第二電機(jī)32啟動按鈕上，繼電器一13中的2KM接通，電機(jī)啟動后帶動低壓泵29，供油量增大，同時電磁閥一15中的15YV、16YV、17YV、18YV、19YV、20YV接通，主頂控制系統(tǒng)快速頂進(jìn)；若頂管施工完成后需將主頂油缸縮回時，按下控制臺上第一電機(jī)31和第二電機(jī)32啟動按鈕，此時主站PLC12控制電磁閥一中的2YV、4YV、6YV、15YV、16YV、17YV、18YV、19YV、20YV接通，主頂控制系統(tǒng)快退。

所述刀盤控制系統(tǒng)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、升速和降速是這樣實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)需要啟動刀盤系統(tǒng)切削泥土?xí)r，按下正轉(zhuǎn)按鈕，主站PLC12將第三電機(jī)7正轉(zhuǎn)信號傳送給從站PLC18，繼電器二17中的3KM接通，外端子FWD通電使變頻器控制電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)侗P正轉(zhuǎn)時碰到阻礙轉(zhuǎn)不動，需使刀盤反轉(zhuǎn)時，先按下電機(jī)停止按鈕，再按下電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕，主站PLC12將反轉(zhuǎn)信號傳送給從站PLC18，繼電器二17中的4KM接通，外端子REV通電使變頻器一28控制電機(jī)反轉(zhuǎn)；其中刀盤電機(jī)正轉(zhuǎn)時直接按反轉(zhuǎn)是無效的，程序中對刀盤電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)進(jìn)行了互鎖。若需要提高刀盤的旋轉(zhuǎn)速度時，按下升速按鈕，主站PLC12將第三電機(jī)7升速信號傳送給從站PLC18，繼電器二17中的5KM接通，外端子X1通電使變頻器控制電機(jī)升速；若需要降低刀盤的旋轉(zhuǎn)速度時，按下降速按鈕，主站PLC12將第三電機(jī)7降速信號傳送給從站PLC18，繼電器四22中的6KM接通，外端子X2通電使變頻器一28控制電機(jī)降速；采用AD模塊20采集電流傳感器27輸出的4~20mA模擬信號，通過主從站通訊傳送給主站PLC12進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終顯示在觸摸屏11上。

所述糾偏控制系統(tǒng)的上仰、下俯、向左和向右等四個方向的糾偏動作是這樣實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)頂管機(jī)機(jī)頭下沉，需調(diào)整頂管機(jī)機(jī)頭上仰時，按下糾偏電機(jī)啟動按鈕，主站PLC12將糾偏電機(jī)啟動信號傳給從站PLC18，繼電器三21接通，糾偏電機(jī)啟動開始供油，再將四方向開關(guān)向下?lián)?，同時按下油缸伸長按鈕，11YV和13YV接通，或?qū)⑺姆较蜷_關(guān)向上撥，同時按下油缸縮短按鈕，8YV和10YV接通，頂管機(jī)機(jī)頭上仰，姿態(tài)得到矯正。當(dāng)頂管機(jī)機(jī)頭上浮，需調(diào)整頂管機(jī)機(jī)頭下俯時，將四方向開關(guān)向上撥，同時按下油缸伸長按鈕，7YV和9YV接通，或?qū)⑺姆较蜷_關(guān)向下?lián)?，同時按下油缸縮短按鈕，12YV和14YV接通，頂管機(jī)機(jī)頭下俯。當(dāng)頂管機(jī)機(jī)頭向右，需調(diào)整頂管機(jī)機(jī)頭向左時，將四方向開關(guān)向右撥，同時按下油缸伸長按鈕，7YV和13YV接通，或?qū)⑺姆较蜷_關(guān)向左撥，同時按下油缸縮短按鈕，10YV和12YV接通，頂管機(jī)機(jī)頭向左。當(dāng)頂管機(jī)機(jī)頭向左，需調(diào)整頂管機(jī)機(jī)頭向右時，將四方向開關(guān)向左撥，同時按下油缸伸長按鈕，9YV和11YV接通，或?qū)⑺姆较蜷_關(guān)向右撥，同時按下油缸縮短按鈕，8YV和14YV接通，頂管機(jī)機(jī)頭向右。糾偏油缸的位移量是通過位移傳感器26測量出來的，采用AD模塊20將位移傳感器26輸出的4~20mA模擬信號，通過主從站通訊傳送給主站PLC12進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終顯示在觸摸屏11上。

所述螺旋輸土機(jī)控制系統(tǒng)的正轉(zhuǎn)、升速和降速是這樣實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)需要啟動螺旋輸土機(jī)將切削下的泥土排出時，按下正轉(zhuǎn)按鈕，主站PLC12將第五電機(jī)9正轉(zhuǎn)信號傳送給從站PLC18，繼電器四22中的8KM接通，外端子FWD通電使變頻器二23控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，螺旋輸土機(jī)排泥；若切削下的泥土的土壓力大于挖掘面土壓力，需增加排土量時，按下升速按鈕，主站PLC12將第三電機(jī)7升速信號傳送給從站PLC18，繼電器四22中的9KM接通，外端子X1通電使變頻器二23控制電機(jī)升速；若切削下的泥土的土壓力小于挖掘面土壓力，需減少排土量時，按下降速按鈕，主站PLC12將第三電機(jī)7降速信號傳送給從站PLC18，繼電器四22中的10KM接通，外端子X2通電使變頻器控制電機(jī)降速；其中切削下來的泥土的土壓力是采用壓力傳感器24來測量的，采用AD模塊20將壓力傳感器24輸出的4~20mA模擬信號，通過主從站通訊傳送給主站PLC12進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終顯示在觸摸屏11上。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。