一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置，包括人机操作界面、以太网交换机、施耐德PLC、以太网通讯模板ETY、profibus‑dp网络通信模板‑PBY、profibus‑dp网络通信电缆、ABB变频器VFD1‑VFD6、光纤链路、刀盘变频电机M1‑M6，人机操作界面是整个装置的控制、显示及操作界面，以太网交换机是用来连接人机操作界面、施耐德PLC和变频器的网络通讯设备；刀盘变频电机M1‑M6通过减速机连接到刀盘驱动大齿轮上，通过机械结构刚性连接，为盾构机刀盘旋转提供动力。该发明专利技术通过PLC作为主控制器，通过通信网络连接到盾构机刀盘驱动变频器，采用编程方法实现盾构机刀盘具备主从控制与滑差两种控制方式切换,提高设备的使用寿命，应用于盾构隧道掘进机自动化控制领域中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盾构隧道掘进机自动化控制领域中的一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置。
技术介绍
目前，盾构隧道掘进机(盾构机)是一种隧道掘进的专用工程机械。现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能,盾构掘进机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。传统的盾构机刀盘是由液压驱动的,近几年出现了由变频器控制三相交流异步电机驱动的刀盘。显然,与液压驱动相比,电机驱动具有机械设计简单、安装维护容易、控制灵活方便、成本低廉等诸多优点。因此,电驱动在盾构应用中有着广阔的前景。由于盾构刀盘驱动中采用多电机（一般多于6台）通过各自的减速器共同驱动刀盘大齿圈的形式，要求各电机具有一定的同步性，同时还要具有冗余性，当几台电机发生故障时可继续正常运行，因此通常采用闭环主从控制方案或滑差补偿控制两种方案。这两种方案都有各自的优缺点，闭环主从控制方式具有低频大扭矩，动态响应好及调速精度高等优点，但是结构复杂、成本高、调试困难等缺点，当主电机出线故障时必须停机处理等缺点。滑差补偿控制具有结构简单、设备成本低，调试容易，任意一台电机出线故障后，可以不停机等优点。缺点是速度精度没有主从控制精度高。因此，研制开发一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置是急待解决的新课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置，该专利技术通过PLC作为主控制器，通过通信网络连接到盾构机刀盘驱动变频器，采用编程方法实现盾构机刀盘具备主从控制与滑差两种控制方式切换，提高盾构机刀盘的地质适应性、减少调试、检修及维护时间。本专利技术的目的是这样实现的：一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置，包括人机操作界面、以太网交换机、施耐德PLC、以太网通讯模板ETY、profibus-dp网络通信模板-PBY、profibus-dp网络通信电缆、ABB变频器VFD1-VFD6、光纤链路、刀盘变频电机M1-M6，所述的人机操作界面是整个装置的控制、显示及操作界面，操作者通过该人机操作界面操作刀盘运转，查看运行状态；所述的以太网交换机是用来连接人机操作界面、施耐德PLC和变频器的网络通讯设备；所述的以太网通讯模板ETY是施耐德PLC的通信接口，连接人机操作界面和施耐德PLC；所述的施耐德PLC，是控制装置的核心部件，内部存有控制程序，根据人机操作界面传来的指令，进行运算后，发出给6台ABB变频器VFD1-VFD6的控制命令，主从/滑差控制模式选择，启动，停止，正传，反转，速度给定，转矩给定等命令；施耐德PLC接受6台ABB变频器VFD1-VFD6的反馈信号，转速、转矩、运行状态数据通过程序进行运算后，把结果传递给人机界面进行显示；所述的profibus-dp网络通信模板-PBY和profibus-dp网络通信电缆把的施耐德PLC控制命令以profibus-dp通讯协议的格式传递给6台ABB变频器VFD1-VFD6，同时也把6台ABB变频器VFD1-VFD6的反馈信号传递给施耐德PLC；所述的ABB变频器VFD1-VFD6，通过电缆连接到6台刀盘变频电机M1-M6，通过profibus-dp网络通信模板-PBY连接到施耐德PLC；ABB变频器VFD1-VFD6内部存储单元存有电机的相关电气参数值，接受到施耐德PLC发出的控制命令，经过ABB变频器VFD1-VFD6内部控制器进行运算，驱动功率单元输出相应的电压、电流和频率信号，驱动变频电机运转；所述的光纤链路，当ABB变频器VFD1-VFD6工作在主从控制模式时，在6台变频器中，设置ABB变频器VFD1作为主变频器，通过光纤链路把转矩值传递给从ABB变频器VFD2-VFD6，实现从ABB变频器VFD2-VFD6的转矩输出值跟随主变频器的转矩输出值实现转矩同步。所述的M1-M6变频电机刀盘变频电机M1-M6是盾构机刀盘驱动的动力单元，六台刀盘变频电机M1-M6通过减速机连接到刀盘驱动大齿轮上，通过机械结构刚性连接在一起，为盾构机刀盘旋转提供动力；所述的一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置可以实现主从控制和滑差控制两种控制方式在一台盾构机上同时存在，可以根据不同地质情况选择不同得控制方式，提高盾构机刀盘驱动的地质适应性，缩短调试、检修及维护时间；所述的一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置的工作原理是，（1）主从控制模式工作原理是，对要求刀盘调速范围广，低速扭矩特性好时，通过人机界面选择变频电机控制模式为主从控制模式；变频器VFD1作为主变频器，变频器VFD2-VFD6作为从变频器；主变频器为速度控制，从变频器采用转矩控制；主变频器转矩控制器输出的转矩输出信号除了给本变频器的作为转矩给定外，同时还输出给VFD2-VFD6从变频器的转矩控制器作为其转矩给定；由于从变频器和主变频器接受的转矩给定信号来自同一个源，他们的输出转矩也因此相等，实现负荷分配的目的；（2）滑差控制模式工作原理是，在盾构机调试阶段、检修阶段、主从模式无法工作时或者当土质较软时，采用滑差控制模式；利用变频器的负滑差补偿功能，将电机的自然机械特性变软，即可使得在6台变频电机转速刚性一致的前提下，力矩也几乎保持一致；其不一致性主要取决于6变频台电机的电气、机械参数；而同一批次的电机机械参数不一致性非常小，因此6台变频电机的负荷基本一致，能保证同步运行；所述的以太网交换机、以太网通讯模板ETY、profibus-dp网络通信模板PBY和profibus-dp网络通信电缆组成通讯网络，负责在施耐德PLC、人机操作界面和ABB变频器VFD1-VFD6之间传递数据；所述的profibus-dp网络通信电缆连接ABB变频器VFD1-VFD6和刀盘变频电机M1-M6，减少ABB变频器VFD1-VFD6输出谐波信号对其他设备的电磁干扰。本专利技术的要点在于它的结构及工作原理。一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置与现有技术相比，具有通过PLC作为主控制器，通过通信网络连接到盾构机刀盘驱动变频器，采用编程方法实现盾构机刀盘具备主从控制与滑差两种控制方式切换，提高盾构机刀盘的地质适应性、减少调试、检修及维护时间，结构简单，造价低廉，减少设备维护成本，提高设备的使用寿命等优点，将广泛的应用于盾构隧道掘进机自动化控制领域中。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明。图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的主从控制模式原理图。图3是本专利技术的滑差控制模式原理图。具体实施方式参照附图，一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置，包括人机操作界面、以太网交换机、施耐德PLC、以太网通讯模板ETY、profibus-dp网络通信模板-PBY、profibus-dp网络通信电缆、ABB变频器VFD1-VFD6、光纤链路、刀盘变频电机M1-M6，所述的人机操作界面是整个装置的控制、显示及操作界面，操作者通过该人机操作界面操作刀盘运转，查看运行状态；所述的以太网交换机是用来连接人机操作界面、施耐德PLC和变频器的网络通讯设备；所述的以太网通讯模板ETY是施耐德PLC的通信接口，连接人机操作界面和施耐德PLC；所述的施耐德PLC，是控制装置的核心部件，内部存有控制程序，根据人机操作界面传来的指令，进行本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置，包括人机操作界面、以太网交换机、施耐德PLC、以太网通讯模板ETY、profibus‑dp网络通信模板‑PBY、profibus‑dp网络通信电缆、ABB变频器VFD1‑VFD6、光纤链路、刀盘变频电机M1‑M6，其特征在于：所述的人机操作界面是整个装置的控制、显示及操作界面，操作者通过该人机操作界面操作刀盘运转，查看运行状态；所述的以太网交换机是用来连接人机操作界面、施耐德PLC和变频器的网络通讯设备；所述的以太网通讯模板ETY是施耐德PLC的通信接口，连接人机操作界面和施耐德PLC；所述的施耐德PLC，是控制装置的核心部件，内部存有控制程序，根据人机操作界面传来的指令，进行运算后，发出给6台ABB变频器VFD1‑VFD6的控制命令，主从/滑差控制模式选择，启动，停止，正传，反转，速度给定，转矩给定等命令；施耐德PLC接受6台ABB变频器VFD1‑VFD6的反馈信号，转速、转矩、运行状态数据通过程序进行运算后，把结果传递给人机界面进行显示；所述的profibus‑dp网络通信模板‑PBY和profibus‑dp网络通信电缆把的施耐德PLC控制命令以profibus‑dp通讯协议的格式传递给6台ABB变频器VFD1‑VFD6，同时也把6台ABB变频器VFD1‑VFD6的反馈信号传递给施耐德PLC；所述的ABB变频器VFD1‑VFD6，通过电缆连接到6台刀盘变频电机M1‑M6，通过profibus‑dp网络通信模板‑PBY连接到施耐德PLC；ABB变频器VFD1‑VFD6内部存储单元存有电机的相关电气参数值，接受到施耐德PLC发出的控制命令，经过ABB变频器VFD1‑VFD6内部控制器进行运算，驱动功率单元输出相应的电压、电流和频率信号，驱动变频电机运转；所述的光纤链路，当ABB变频器VFD1‑VFD6工作在主从控制模式时，在6台变频器中，设置ABB变频器VFD1作为主变频器，通过光纤链路把转矩值传递给从ABB变频器VFD2‑VFD6，实现从ABB变频器VFD2‑VFD6的转矩输出值跟随主变频器的转矩输出值实现转矩同步；所述的M1‑M6变频电机刀盘变频电机M1‑M6是盾构机刀盘驱动的动力单元，六台刀盘变频电机M1‑M6通过减速机连接到刀盘驱动大齿轮上，通过机械结构刚性连接在一起，为盾构机刀盘旋转提供动力。...
【技术特征摘要】
1.一种复合式盾构机刀盘驱动变频控制装置，包括人机操作界面、以太网交换机、施耐德PLC、以太网通讯模板ETY、profibus-dp网络通信模板-PBY、profibus-dp网络通信电缆、ABB变频器VFD1-VFD6、光纤链路、刀盘变频电机M1-M6，其特征在于：所述的人机操作界面是整个装置的控制、显示及操作界面，操作者通过该人机操作界面操作刀盘运转，查看运行状态；所述的以太网交换机是用来连接人机操作界面、施耐德PLC和变频器的网络通讯设备；所述的以太网通讯模板ETY是施耐德PLC的通信接口，连接人机操作界面和施耐德PLC；所述的施耐德PLC，是控制装置的核心部件，内部存有控制程序，根据人机操作界面传来的指令，进行运算后，发出给6台ABB变频器VFD1-VFD6的控制命令，主从/滑差控制模式选择，启动，停止，正传，反转，速度给定，转矩给定等命令；施耐德PLC接受6台ABB变频器VFD1-VFD6的反馈信号，转速、转矩、运行状态数据通过程序进行运算后，把结果传递给人机界面进行显示；所述的profibus-dp网络通信模板-PBY和profibus-dp网络通信电缆把的施耐德PLC控制命令以profibus-dp通讯协议的格式传递给6台ABB变频器VFD1-VFD6，同时也把6台ABB变频器VFD1-VFD6的反馈信号传递给施耐德PLC；所述的ABB变频器VFD1-VFD6，通过电缆连接到6台刀盘变频电机M1-M6，通过profibus-dp网络通信模板-PBY连接到施耐德PLC；ABB变频器VFD1-VFD6内部存储单元存有电机的相关电气参数值，接受到施耐德PLC发出的控制命令，经过ABB变频器VFD1-VFD6内部控制器进行运算，驱动功率单元输出相应的电压、电流和频率信号，驱动变频电机运转；所述的光纤链路，当ABB变频器VFD1-VFD6工作在主从控制模式时，在6台变频器中，设置ABB变频器VFD1作为主变频器，通过光纤链路把转矩值传递给从ABB变频器VFD2-VFD6，实现从ABB变频器VFD2-VFD6的转矩输出值跟随主变频器的转矩输出值实现转矩同步；所述的M1-M6变频电机刀盘变频电机M1-...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘书兵，赵圣国，郇利民，杨金虎，曲丙寅，冯文强，吴勇，畅海潮，王冬梅，栾国宇，张可威，孔丹，
申请(专利权)人：北方重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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