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摘要：本文主要对土压平衡盾构机中二次吊机控制系统进行分析，根据控制系统的分析进行PLC编程设计。控制系统采用施耐德Twido系列的PLC，编程软件使用TwidoSuite，通过现场施工验证了PLC程序设计的可行性。
关键词：二次吊机；土压平衡盾构机；TwidoSuite
引言
盾构机被广泛应用于世界各地的城市地铁、穿山隧道、污水管线等众多领域，它是集机械、电气、液压、测量、控制等多种学科技术于一体，专门用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。它具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点[1，2，3，4]。盾构机主要由前方的刀盘，前盾，中盾，尾盾，推进，拼装，注浆，泡沫，螺旋，皮带、一次吊机和二次吊机（或者喂片机）等系统组成。其中一次吊机和二次吊机系统主要负责管片的运输，一次吊机从服务车上卸载管片，将管片运输到二次吊机处，二次吊机将管片旋转90°后，输送到拼装机抓取的区域。
1 二次吊机控制分析
二次吊机的作用是将管片从一次吊机区域运至拼装机拼装区域，主要有平移和提升两个动作，下面分别对平移和提升两个动作进行分析。
1.1平移动作
平移动作的目的是将管片从一次吊机区域运至拼装机拼装区域，采用液压马达加链条的连接方式，在机械上保证左右两个提升电机同步，同时液压马达过载能力强。使用液压马达的方式，要考虑起始阶段要有足够的启动转矩，要求要平稳、快速的启动，在运行阶段要保持较高的速度，在停止阶段要平稳、快速的停止。二次吊机的导轨上有限位开关，在前端有向前的减速区域的限位开关和停止限位开关，在后端有向后的减速区域的限位开关和停止限位开关。
1.2提升动作
提升动作的目的是将一次吊机区域内的管片抓起，提升到安全高度后，可以快速平移，如果没有提升到安全高度，可以缓慢平移。左右两侧各有一个提升吊机，每个吊机都有低限位开关和高限位开关，低限位开关的作用是当链条全部伸出后，要停止电机，链条不应继续伸出。高限位开关的作用是当链条缩回至吊机的顶端后，电机要停止运行，链条不应继续缩回。由于一些特殊原因，左右两个吊机链条伸出或者缩回的长度不一样，需要分别调整左右两个吊机的长度。
1.3平移动作与提升动作的互锁条件
当提升动作运行时，不能有平移动作。当提升到安全位置时，有快速平移动作和慢速平移动作，没有提升到安全位置时，只有慢速平移动作。当平移时，不能有提升动作。当移动到减速区域时，要快速、平稳减速。当移动到停止位置时，吊机要能快速、平稳停止运行。
2 TwidoSuite软件介绍
TwdioSuite软件是专门用于施耐德电气Twido可编程控制器的编程软件，可以创建，组态和维护自动应用的全功能、图形开发环境的软件。TwidoSuite软件是基于32位Windows系统，可以在Microsoft Windows 2000/专业版XP/Vista环境下运行。
TwdioSuite软件的主要特点[5]：
2.1以项目为导向，直观的用户界面。
2.2自由菜单的软件设计。选定的项目步骤一直显示所有的任务和功能。
2.3支持编程和组态
2.4具有与控制器通讯的功能
2.5任务级别，在线联机提供第一手的相关帮助
3 TwidoSuite编程
3.1组态
输入变量分为数字量输入变量和模拟量输入变量，输出变量分为数字量输出变量和模拟量输出变量。数字量输入变量有19个，模拟量输入变量有2个，数字量输出变量有9个，模拟量输出变量有2个。控制器模块采用施耐德Twdio系列TWDLMDA20DRT，2个数字量输入模块TM2DDI16DT，1个数字量输出模块TM2DRA16RT，1个模拟量输入模块TM2AMI2HT，1个模拟量输出模块TM2AVO2HT。在TwidoSuite软件内的组态如图1所示。
3.2定义地址
在编写程序前，需要对输入变量和输出变量定义符号，将符号与地址一一对应，将地址变为便于记忆的符号，有利于编程，同时添加注释，有利于理解和维护。在TwidoSuite中，控制器的数字量输入地址是%I0.X（其中X=0-11），数字输出地址是%Q0.X（X=0-7）。数字量输入模块的地址与数字量模块在机架中的位置有关，机架中0号位置是控制器的位置，1号位置是数字量输入模块，该模块的地址是%I0.1.X（X=0-15），其中1表示 1好位置，同理2号位置的数字量输入模块的地址是%I0.2.X（X=0-15）。3号位置的数字量输出模块的地址是%Q0.3.X（X=0-15）。4号位置的模拟量输入模块的地址是%IW4.X（X=0，1）。5号位置的模拟量输出模块的地址是%IW5.X（X=0，1）。还需要定义内部位、和内部字，内部位的地址是%MX（X=0-255），内部字的地址是%MWX（X=0-2999）。
3.3编程
梯形图和指令助记符语言为PLC最常用的编程语言。由于PLC的梯形图在形式上沿袭了传统的继电器-接触器控制图，是在原继电器-接触器控制系统的继电器梯形图基础上演变而来的一种图形语言。它将PLC内部的各种编程原件和各种具有特定功能的命令用专用图形符号、标号定义，并按逻辑要求及连接规律组合和排列，从而构成了表示PLC输入、输出之间控制关系的图形。由于它在继电器接触器的基础上加进了许多功能强大、使用灵活的指令，并将计算机的特点结合进去，使逻辑关系清晰直观、编程容易、可读性强，所实现的功能大大超过传统继电器接触器的控制电路，所以很受用户欢迎。它是目前用得最多的PLC编程语言[6]。
4结语
通过对二次吊机的控制过程进行分析，结合TwdioSuitede 软件的特点，采用TwidoSuite软件进行编程，经过在线调试和实际运行，二次吊机的程序设计与二次吊机的控制过程一致，并且符合实际的施工需要。
参考文献：
[1] 刘仁鹤.土压平衡盾构技术综述[J].世界隧道，2000（1）：1~7.
[2] Naitoh K The development of earth pressure balanced shields in Japan [J].Tunnels & Tunnelling，1985（5）：15~18.
[3] 胡国良，龚国芳，杨华勇，余佑官.盾构掘进机推进液压系统压力流量复合控制分析[J].煤炭学报，2006，31（1）：125~128.
[4] 胡国良，龚国芳，杨华勇.盾构掘进机土压平衡的实现[J].浙江大学学报（工学版），2006，40（5）：874~877.
[5] TwidoSuit软件的帮助文件[Z]
[6] 周美兰，周封，王岳宇.PLC电气控制与组态设计[M]，北京：科学出版社，2003.
论文作者:谭跃德
论文发表刊物:《基层建设》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/1
标签：吊机论文; 管片论文; 变量论文; 盾构论文; 动作论文; 地址论文; 数字论文; 《基层建设》2017年第20期论文;