CC-Link在隧道掘進(jìn)設(shè)備中的應(yīng)用

　　飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇宙飛船等“上天”裝備對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求是眾所周知的，而隧道掘進(jìn)設(shè)備對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求大家還比較陌生，俗話說(shuō)“上天入地”，隧道掘進(jìn)設(shè)備就是一種特殊的“入地”裝備，隧道掘進(jìn)設(shè)備的自動(dòng)化控制與其他行業(yè)的自動(dòng)化控制相比具有技術(shù)難度高、工作環(huán)境惡劣、PLC應(yīng)用歷史短、系統(tǒng)故障引起的危害可能波及地面建筑等特點(diǎn)，許多工程實(shí)例說(shuō)明隧道掘進(jìn)設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的任何小故障都有可能放大為大事故，由此可見(jiàn)隧道掘進(jìn)設(shè)備對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)要求有多高。

　　隧道掘進(jìn)設(shè)備是一種存在振動(dòng)的移動(dòng)設(shè)備，它工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫、高濕、高塵、高電磁干擾，幾乎所有對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)不利的工作條件在隧道掘進(jìn)設(shè)備中都存在，許多廠商的自動(dòng)化元件在隧道掘進(jìn)設(shè)備中應(yīng)用時(shí)都或多或少發(fā)生過(guò)誤動(dòng)作，三菱電機(jī)的CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)和Q系列PLC在隧道掘進(jìn)設(shè)備應(yīng)用時(shí)還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)誤動(dòng)作，最近的一次實(shí)例是用于地鐵二號(hào)線古北路站至中山公園站區(qū)間隧道施工的隧道掘進(jìn)設(shè)備。該隧道掘進(jìn)設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)具有如下二個(gè)特點(diǎn)：

　?、貾LC輸入輸出點(diǎn)數(shù)多，開(kāi)關(guān)量近1000點(diǎn)、模擬量100點(diǎn)以上。

　?、赑LC站間通信采用通信網(wǎng)絡(luò)，PLC系統(tǒng)一次設(shè)計(jì)、分步實(shí)施，主PLC、1#PLC、2#PLC、3#PLC為基本PLC，4#PLC、5#PLC、6#PLC為擴(kuò)展PLC，根據(jù)工程需要選用。

　　1、CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

　　CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如下圖所示：主PLC為CC-Link網(wǎng)絡(luò)控制PLC、1#PLC、2#PLC、3#PLC掛在CC-Link上組成隧道掘進(jìn)設(shè)備分區(qū)域集散控制系統(tǒng)，承擔(dān)隧道掘進(jìn)設(shè)備的基本控制任務(wù)；4#PLC、5#PLC、6#PLC是隧道掘進(jìn)設(shè)備自動(dòng)控制系統(tǒng)的擴(kuò)展部分，承擔(dān)可以獨(dú)立運(yùn)行的單體設(shè)備的控制任務(wù)，它們根據(jù)需要掛上CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)。

　　1#PLC接受主PLC的操作指令，接受主PLC、2#PLC、3#PLC送到CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)，控制隧道掘進(jìn)設(shè)備2#臺(tái)車與3#臺(tái)車的設(shè)備，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上傳2#臺(tái)車與3#臺(tái)車的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)。共有DI128點(diǎn)、DO64點(diǎn)、AI8點(diǎn)，采用三菱電機(jī)的Q系列PLC。

　　2#PLC接受主PLC的操作指令，接受主PLC、1#PLC、3#PLC送到CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)，控制隧道掘進(jìn)設(shè)備4#臺(tái)車與5#臺(tái)車的設(shè)備，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上傳4#臺(tái)車與5#臺(tái)車的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)。共有DI64點(diǎn)、DO32點(diǎn)、AI8點(diǎn)，采用三菱電機(jī)的Q系列PLC。

　　3#PLC接受主PLC的操作指令，接受主PLC、1#PLC、2#PLC送到CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)，控制隧道掘進(jìn)設(shè)備本體和拼裝區(qū)域的設(shè)備，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上傳設(shè)備本體和拼裝區(qū)域的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)。共有DI128點(diǎn)、DO128點(diǎn)、AI24點(diǎn)、AO8點(diǎn)，采用三菱電機(jī)的Q系列PLC。

　　4#PLC有二種控制模式，在就地控制模式下可以獨(dú)立運(yùn)行，在遠(yuǎn)程控制模式下接受主PLC的操作指令，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上傳4#PLC采集到的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)。共有DI24點(diǎn)、DO16點(diǎn)、AI16點(diǎn)，采用三菱電機(jī)的FX系列PLC。

　　5#PLC有DI24點(diǎn)、DO16點(diǎn)、AI8點(diǎn)，采用三菱電機(jī)的FX系列PLC，本次區(qū)間隧道施工未用。

　　6#PLC有DI24點(diǎn)、DO16點(diǎn)，采用三菱電機(jī)的FX系列PLC，本次區(qū)間隧道施工未用。

　　主PLC接受來(lái)自HMI和指令元件的操作指令，直接控制隧道掘進(jìn)設(shè)備1#臺(tái)車的設(shè)備，接受1#PLC、2#PLC、3#PLC、4#PLC送到CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)上的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)，向CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)下傳1#臺(tái)車的開(kāi)關(guān)量信號(hào)和模擬量信號(hào)，向1#PLC、2#PLC、3#PLC、4#PLC發(fā)出操作指令，與上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。共有DI160點(diǎn)、DO96點(diǎn)、AI16點(diǎn)、AO40點(diǎn)，采用三菱電機(jī)的Q系列PLC。

2、CC-Link應(yīng)用時(shí)解決的主要技術(shù)問(wèn)題

　　CC-Link應(yīng)用時(shí)解決了二大技術(shù)難題，一是抗高電磁干擾，二是遠(yuǎn)程通信。下面我們分別敘述。

　　2.1、解決高電磁干擾，提高PLC系統(tǒng)可靠性。

　　高溫、高濕、高塵及振動(dòng)等不利條件影響PLC系統(tǒng)可靠性比較容易解決，而高電磁干擾影響PLC系統(tǒng)可靠性很難解決，可以毫不夸張地認(rèn)為抗電磁干擾水平的高低決定了隧道掘進(jìn)設(shè)備PLC應(yīng)用水平的高低，決定了PLC系統(tǒng)可靠性的高低。對(duì)于電磁干擾三菱電機(jī)通常推薦強(qiáng)電回路的接地點(diǎn)與弱電回路的接地點(diǎn)分開(kāi)，雙絞電纜的屏蔽層接地，可是隧道掘進(jìn)設(shè)備無(wú)法像工廠和樓宇那樣將強(qiáng)電回路接地點(diǎn)與弱電回路接地點(diǎn)分開(kāi)，三菱電機(jī)推薦的雙絞電纜屏蔽層接地抗電磁干擾方法不僅不能抗電磁干擾，與此相反還引入了電磁干擾，這是隧道掘進(jìn)設(shè)備的特點(diǎn)所決定的。

　　大多數(shù)隧道掘進(jìn)設(shè)備通常在直徑5～6米、長(zhǎng)20～30米的狹窄空間內(nèi)分布著功率數(shù)百千瓦的用電裝置，這些用電裝置產(chǎn)生的電磁干擾通過(guò)傳導(dǎo)、輻射、感應(yīng)三種途徑干擾CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介——雙絞電纜，我們采用三種不同的方法解決。隧道掘進(jìn)設(shè)備的傳導(dǎo)騷擾主要通過(guò)共地阻抗耦合，我們采用屏蔽層不接地的方法切斷傳導(dǎo)騷擾；至于輻射騷擾我們采取了二條措施切斷騷擾：一是加強(qiáng)輻射源的屏蔽工作，大功率的用電裝置用單獨(dú)的接地線與主接地點(diǎn)連接，二是增加間隔距離，雙絞電纜盡可能遠(yuǎn)離輻射源；隧道掘進(jìn)設(shè)備的感應(yīng)騷擾主要通過(guò)磁場(chǎng)耦合，質(zhì)量?jī)?yōu)良的雙絞電纜能夠切斷感應(yīng)騷擾。由于分析清楚了隧道掘進(jìn)設(shè)備電磁干擾的傳播途徑及騷擾類型，對(duì)癥下藥采取與三菱電機(jī)推薦不同的方法，很好地解決了高電磁干擾問(wèn)題，保證CC-Link正常通信，保證了PLC系統(tǒng)的正常工作。

　　2.2、解決遠(yuǎn)程通信，提高PLC系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性。

　　記得三菱電機(jī)推出CC-Link時(shí)是用于A系列PLC和QnA系列PLC，不知什么原因其網(wǎng)內(nèi)通信和遠(yuǎn)程通信總不能滿足使用需求，我們?cè)?jīng)長(zhǎng)期排斥使用CC-Link，但是這種情況到了三菱電機(jī)推出Q系列PLC發(fā)生了180 改變，我們現(xiàn)在準(zhǔn)備在隧道掘進(jìn)設(shè)備上逐漸采用CC-Link，新設(shè)計(jì)的隧道掘進(jìn)設(shè)備一般全部使用CC-Link。

　　用于地鐵二號(hào)線古北路站至中山公園站區(qū)間隧道施工的隧道掘進(jìn)設(shè)備硬件使用Q系列PLC、站間通信使用CC-Link，軟件使用GPPW，實(shí)現(xiàn)了異地計(jì)算機(jī)對(duì)CC-Link網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺(tái)PLC進(jìn)行程序遠(yuǎn)程修改、遠(yuǎn)程監(jiān)視、遠(yuǎn)程調(diào)試，使我們能夠在異地遠(yuǎn)程進(jìn)行設(shè)備調(diào)試、設(shè)備控制、故障診斷，極大地提高PLC系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性。

　　3、隧道掘進(jìn)設(shè)備應(yīng)用CC-Link的主要優(yōu)點(diǎn)

　?、?CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)抗電磁干擾能力強(qiáng)，電磁兼容性好，適合在高電磁干擾的隧道掘進(jìn)設(shè)備中使用。

　?、?CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性好，適合隧道掘進(jìn)設(shè)備柔性配置的需要。

　?、?CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)通信速度快，滿足隧道掘進(jìn)設(shè)備的實(shí)時(shí)性需求。

　?、?CC-Link通信數(shù)據(jù)量大，無(wú)需編程就能將16個(gè)字、128位上傳至通信網(wǎng)絡(luò)，基本滿足隧道掘進(jìn)設(shè)備站間通信的需求。同時(shí)對(duì)于個(gè)別通信量特別大的站，使用CC-Link的瞬間傳送功能解決，保證大容量數(shù)據(jù)通信。

　　⑤ CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)使用方便，可以在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺(tái)Q系列PLC上連接計(jì)算機(jī)調(diào)試、監(jiān)視、修改網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它Q系列PLC的程序。

　　⑥ CC-Link通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程通信能力強(qiáng)，可以不用任何特殊通信軟件在異地計(jì)算機(jī)上與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺(tái)Q系列PLC進(jìn)行通信（調(diào)試、監(jiān)視、修改程序）。

　　(本文獲得首屆CC-Link征文活動(dòng)三等獎(jiǎng))