盾構機控制系統綠色改造

發表時間:2020/1/8   來源:《科技新時代》2019年11期   作者:徐華良 秦倩云 馬俊江
[導讀] 項目通過WAGO 750IO系統和三菱A800變頻器的應用,成功對老舊型號盾構機增加泡沫系統,滿足了地鐵隧道掘進需求,提高了掘進效率和質量,加速了改造周期,減少了材料成本、增加了企業效益。

徐華良  秦倩云  馬俊江
        秦皇島天工重工有限公司
       
        摘  要   項目通過WAGO 750IO系統和三菱A800變頻器的應用,成功對老舊型號盾構機增加泡沫系統,滿足了地鐵隧道掘進需求,提高了掘進效率和質量,加速了改造周期,減少了材料成本、增加了企業效益。本文詳細介紹了運用綠色制造理念,對老舊盾構機的綠色改造過程。
        關鍵詞   盾構機     綠色制造     總線控制
        1.前言
        綠色制造也稱為環境意識制造(Environmentally Conscious Manufacturing)、面向環境的制造(Manufacturing For Environment)等,是一個綜合考慮環境影響和資源效益的現代化制造模式。其目標是使產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品全壽命周期中,對環境的影響(負作用)最小,資源利用率最高,并使企業經濟效益和社會效益協調并優化。
        改革開放以來,隨著我國經濟飛速發展,城鎮化進程日益擴大,城市人口增加迅猛,交通壓力逐年加大,地鐵成為各大城市解決公共交通的優選建設目標。近年來,智慧城市、海綿城市的規劃已成為國家戰略,地鐵、電力管線、給排水隧道投資需求日益增多,我國盾構機產業也從無到有、蓬勃發展起來,如何響應國家青山綠水的基本國策,保護環境,應用綠色制造理念,對大量老舊盾構機
        進行綠色改造、再利用,成為各企業面臨的課題。
        2.系統改造需求分析
        2.1 原控制系統分析
        該盾構機刀盤、盾殼、螺旋機、拼裝機、推進、鉸接、后配套各臺車等整體結構保持較好,機械、液壓、電氣進行了部分零部件的檢修和更換,整機采用FDS總線控制,中心選用施耐德P340高性能CPU,配備4路工業以太網現場總線,使得整個控制系統人機交互、驅動、邏輯、算法從分布式安裝到集中控制有機結合,安全、穩定、可靠。
        2.2 改造需求和實現
        整機需要增加泡沫系統一套,作為主機輔助系統之一,需要采集原主機系統的許多開關量和模擬量信號,并將泡沫參數反饋回主機系統,還要進行人機顯示和操控。
        最簡單實用的辦法是泡沫控制系統獨立成套,采用PLC、觸摸屏和變頻及低壓系統的方式實現,并增加IO點數和原主機控制系統交互。如此一來,泡沫系統雖然獨立成套,能夠實現預設功能,但是獨立于原主機控制系統,破壞了整個盾構機控制系統的完整性、系統性、統一性,而且操控和檢修不便,造成資源浪費和成本提升。我們分析了原控制系統的硬件、網絡、軟件配置,依據綠色制造理念,在原系統中增加一個工業以太網現場總線的IO站點,實現泡沫系統的集中控制、現場分布式安裝,完美契合整個盾構控制系統的一致性,可靠解決了泡沫子系統和主機系統的數據交換,并使用原系統的上位工控機實現人機交互,大大減少了企業生產成本,符合國家綠色制造政策。系統控制原理和網絡結構如圖1所示。
                           

   圖1  控制網絡結構圖
        3.控制系統的硬件設計
        3.1 IO站點選型
        德國WAGO公司的遠程IO系列產品,網絡模式多、IO規格齊全、抗干擾性強,行業內應用廣泛。本次改造選用原機采用的750系列模塊化產品,延續了整機控制系統的一致性,搭配靈活可靠、占用空間小、系統穩定可靠。具體配置如下:
        以太網模塊               750-352            1臺
        開關量輸入模塊           750-1415           2臺
        開關量輸出模塊           750-1515           1臺
        模擬量輸入模塊           750-455            5臺
        模擬量輸出模塊           750-555            4臺
        3.2 變頻器選型選型
        本機增加泡沫系統,原液泵1臺,混合液泵4臺,調速范圍寬,擬采用三菱A800系列變頻器,該系列變頻器調速精度高、操控簡易、成本低,而且體積小,易于安裝和集成。   
            2.2KW變頻器       FR-840-00083        4臺
            1.1KW變頻器       FR-840-00052        1臺
        4.控制系統軟件設計
           軟件設計和硬件設計的思路一致,采用模塊化的結構組織和編寫。盾構機原始PLC程序不做任何改變,另外增加泡沫控制的程序段,泡沫控制邏輯在本程序段內部獨立完成,設置獨立的內存區段,完成和主機程序的數據交換。上位機操控方面,沿用原有的PCVUE系統,在工控機上新增泡沫系統畫面,保持了上位機操控的一致性,并完成和PLC的數據交換。
        5.結束語
        項目的成功實施,為國內大量的老舊型號盾構機、乃至相關裝備如何進行綠色升級改造、增加企業利潤率,產生了良好的示范作用,隨著地鐵、水、電等地下管網的建設日益發展,也必將產生積極的社會效益。

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