摘要：以海瑞克盾构机为例，根据施工经验和相关盾构使用说明书以及对PLC工控程序的分析[1]。对盾构机的拼装机系统旋转角度限位和超挖刀系统的旋转角度显示进行控制，提高盾构施工的安全性能与控制能力。
关键词：盾构机；旋转编码器；拼装机系统；超挖刀系统
盾构施工过程中管片拼装机系统对施工中隧道的预制管片进行安装时可进行顺时针和逆时针两个方向的旋转。以正下方为0°拼装机的旋转范围为±220°顺时针与逆时针的旋转范围为440°。过往盾构的系统中采取普通机械限位可靠性能极差，或者根本不安装限位装置，造成管片拼装过程中过限位引发拼装机系统液压管路和电缆线路断裂。
超挖刀是安装在盾构刀盘边缘之上，在盾构机掘进过程中随刀盘转动。超挖刀在施工过程中根据具体的施工要求在特定的位置伸出与缩回，故明确其具体位置尤为重要。过往设备所采用的方式为设置一个与超挖刀位置相同的零位点，然后根据零位点和刀盘的转向及转速推算出超挖刀的所在位置，控制方式存在较大的误差。
在此两个系统之中引入了旋转编码器能够精确的进行定位并显示其具体位置，大大提高了系统的可控性与安全性。
1 选装编码器介绍
图1 盾构机常用旋转编码器
图2旋转编码器的硬件组态
1.1 旋转编码器的使用介绍
目前通用的旋转编码器分为8位和13位两种（本文以8位编码器为例），所谓的8位与13位即旋转编码器旋转一周后PLC程序中所对应的角度信息数值增加或减少
PLC程序根据所采集的角度信息从而计算出旋转编码器所旋转的角度。
并且编码器拥有复位功能，即可根据实际的施工情况对旋转编码器的输出角度进行复位使其显示为零度，以方便使用者的使用。
1.2旋转编码器的安装配置介绍
电气安装中连接24V直流电源，Profibus-DP或Profinet（本文以Profibus-DP为例）网络。在PLC硬件组态之中安装旋转编码器的GSD文件并进行硬件组态与网络参数配置，用以确定编码器的DP地址和32位角度信息地址。
2 拼装机系统编码器介绍
拼装机系统所使用编码器使得核心是换算出拼装机旋转至最大量程时编码器所旋转的转数即减速比。此值的确定需要根据旋转编码器的机械安装形式进行确定。而后通过在PLC程序内对读取的编码器参数进行运算。
2.1 编码器安装在行星减速机末端
以此种安装模式进行安装的编码器需要明确拼装机与减速机的减速比（拼装机旋转一周时减速机大齿所旋转的周数）和减速机和编码器的减速比（减速机旋转一周时编码器所旋转的周数）。通过这两个参数和所使用编码器的位数以及拼装机的最大旋转角度计算出编码器角度信息值增加1所对应的拼装机角度增量即单位角度增量。
而后通过编码器实时角度信息值与单位角度增量的乘积与拼装机的0位值相加，从而得出拼装机的实时角度值。
后续工作及通过拼装机实时角度与限位角度进行比较，通过比较的结果控制拼装机是否可以进行旋转。达到对拼装机旋转限位的控制。
2.2 编码器安装在拼装机主轴承减速轮上
对于这种方式则只需要明确拼装机主轴承齿圈与减速轮的减速比，而后通过相同的运算方式得出单位角度增量，进而得出拼装机的实时角度值。
其余的控制方式与2.1相仿。
3 超挖刀系统编码器介绍
对于超挖刀系统其编码器的安装位置位于盾构机主驱动系统中的中心回转体末端。其特殊性在于中心回转体随刀盘旋转而进行旋转，尽管刀盘多周旋转但编码器的角度信息固定在0°至360°之间。
此种方式的处理办法为将编码器的32位实时角度信息值与16进制数000000FF进行“与”运算得到编码器的后8位值。因为编码器旋转一周则超挖刀位置旋转一周则通过360/256计算出超挖刀系统的单位角度增量。而后使运算后的编码器角度信息值（后8位）与单位角度增量相乘。通过这种办法使得所采集到的数据值保持在0°至360°之间。此数据即为超挖刀的实时角度位置。
4 总结
通过对编码器使用原理研究以及对于西门子PLC编程的学习结合盾构机实际施工方法的分析，得出旋转编码器对于盾构机存在旋转限位和旋转角度显示的机械结构的控制方法与运算方法。加强盾构施工的施工安全与控制灵敏准确性。
参考文献：
[1] 郑长山，胡学林.《PLC应用技术图解项目化教程（S7-300）》.2014.
论文作者:牛少佳
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
标签：编码器论文; 盾构论文; 装机论文; 角度论文; 系统论文; 增量论文; 管片论文; 《电力设备》2019年第6期论文;