一种基于PROFINET网络的分布式IO的盾构机控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及盾构机电气控制技术领域，且公开了基于PROFINET网络的分布式IO的盾构机控制系统，包括操作台、CPU柜、膨润土柜、动力柜、拼装平台箱、泡沫箱、注浆柜、拼装机箱、盾体中继箱、皮带机柜、交换机、接口模块、监控计算机、PLC控制器及变频器，所述交换机分别设于CPU柜、动力柜及拼装平台箱内。本实用新型专利技术PROF I NET网络在100Mb/s的通信速率下传输距离最大可以达到100m，理论上在一个网段内最多可以连接256个设备，即可以有一个主站及255个分站，每个分站最多可连接32个IO模块,通过标准的、统一的PROFINET网络接口，可以快速实现盾构机控制系统模块的集成，同时方便控制系统后期使用和维护，促进盾构机设备标准化、统一化。统一化。统一化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PROFINET网络的分布式IO的盾构机控制系统


[0001]本技术涉及盾构机电气控制
，尤其是涉及一种基于PROFINET网络的分布式IO的盾构机控制系统。

技术介绍

[0002]从目前掌握的数据看，国内现有盾构机大部分都是采用的集中式控制系统。集中控制即所有输入输出信号都集中到一个控制器下的输入输出模块，统一采集信号，由一个处理器计算处理后，统一发出信号。这种控制方式的特点是所有的信息都流入控制室，由控制室集中处理后，全部指令由此控制室下达。在这样的控制方式下，控制室可以收集和控制所有控制对象的信息和被控点，保证信息的完整性和控制的可靠性，不容易出现偏差、遗漏和错误。然而采用这种控制方式时，控制室应包括控制模块、输入信号隔离、输出信号隔离及控制配电等，控制室会过于庞大。一方面，控制室所需要的电控箱柜也会比较大，在空间紧凑的盾构很难合理布置；另一方面，控制室电控箱柜的电缆过多，从而导致电缆成本增加、信号不稳定等问题，更给盾构机的拆解、组装及维护等带来不便。另有一小部分盾构机采用的分布式IO控制系统，采用的是PROFIBUS现场总线的网络构架，而PROFIBUS现场总线网络具有传输带宽小、循环周期长、传输效率低及通信不稳定及抗干扰能力差等缺点。

技术实现思路

[0003]本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于PROFINET网络的分布式IO的盾构机控制系统。本控制系统根据各电气元件分布情况适当分为若干子系统，各子系统各行其是，互不干涉，其特点是各子系统将采集的数据通过各自的接口模块传输至PLC控制器，经过CPU处理后将执行结果通过接口模块传输至各子系统进行执行，本技术采用基于PROFINET网络的分布式IO构架，组网灵活便捷、通信稳定高效、抗干扰能力强；整机电控箱柜分散布置，电气配盘及安装方便，空间利用率高；各电控箱柜的电缆大量减少，降低成本的同时可以大大提高盾构机的组装、拆解及维护的效率。
[0004]本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于PROFINET网络的分布式IO的盾构机控制系统，包括操作台、CPU柜、膨润土柜、动力柜、拼装平台箱、泡沫箱、注浆柜、拼装机箱、盾体中继箱、皮带机柜、交换机、接口模块、监控计算机、PLC控制器及变频器，所述交换机分别设于CPU柜、动力柜及拼装平台箱内，所述动力柜及拼装平台箱内的交换机通过PROFINET网络分别与CPU柜内的交换机进行连接，所述接口模块及监控计算机均设于操作台内并通过PROFINET网络连接后再与CPU柜内的交换机进行连接，所述接口模块及PLC控制器均设于CPU柜内并通过PROFINET网络连接后再与CPU柜内的交换机进行连接，所述变频器分别设于膨润土柜、注浆柜及皮带机柜内，所述膨润土柜内的两台变频器通过PROFINET网络连接后再与CPU柜内的交换机进行连接，所述皮带机柜内的一台变频器和注浆柜内的两台变频器通过PROFINET网络连接后再与动力柜内的交换机进行连接，所述拼装平台箱、泡沫箱、拼装机箱及盾体中继箱内的接口模块通过PROFINET网络均与拼装平台箱
内的交换机进行连接。
[0005]作为本技术的一种优选技术方案，采用了PROFINET网络的分布式IO系统。
[0006]作为本技术的一种优选技术方案，还包括控制柜体或箱体，所述交换机、接口模块、监控计算机、PLC控制器和变频器均设于控制柜体或箱体内。
[0007]作为本技术的一种优选技术方案，所述交换机及变频器均有三个，所述接口模块共有七个。
[0008]作为本技术的一种优选技术方案，七个所述接口模块分别为操作台接口、CPU柜接口、动力柜接口、拼装平台接口、泡沫箱接口、拼装机箱接口及盾体中继接口。
[0009]作为本技术的一种优选技术方案，所述接口模块的型号为IM 155
‑
6 PN ST。
[0010]作为本技术的一种优选技术方案，还包括监控计算机，所述监控计算机通过PROFINET网络连接至系统。
[0011]作为本技术的一种优选技术方案，所述操作台、CPU柜、动力柜及盾体中继箱的侧面开设有散热孔及安装有风扇，所述柜体的底面设有防震动的缓冲垫。
[0012]与现有技术相比，本技术具有以下优点：
[0013]1、本技术建立一个基于PROFINET网络的分布式IO的系统构架，组网灵活快捷，接口模块使用PROFINET接口连接可以构建大规模、大容量、分散控制、集中管理的电气控制系统，PROFINET网络在100Mb/s的通信速率下传输距离最大可以达到100m，理论上在一个网段内最多可以连接256个设备，即可以有一个主站及255个分站，每个分站最多可连接32个IO模块,通过标准的、统一的PROFINET网络接口，可以快速实现盾构机控制系统模块的集成，同时方便控制系统后期使用和维护，促进盾构机设备标准化、统一化。
[0014]2、本技术采用基于PROFIBET网络的分布式IO的系统构架，通信稳定高效、抗干扰能力强，PROFINET网络数据传输速率远高于传统现场总线，可在不影响I/O数据传输的情况下实现大数据量的无故障传输，PROFINET支持光纤，尤其是在对电磁干扰非常敏感的区域使用。
[0015]3、本技术在系统设计时，各子系统都预留信号通道，可以很方便地对各子系统信号进行扩展。PROFINET网络具有很好的扩展性，可以很方便地在既有网络拓扑的任何位置增加接口模块而既有网络的信号不会受影响。这样可以通过增加子系统和信号通道等来满足盾构机增加部分功能的改造要求，缩短系统设计和安装周期，提高设备改造的效率。
[0016]4、本技术采用基于PROFIBET网络的分布式IO网络构架，各子系统通过接口模块分散安装至现场适当位置，中间通过PROFINET网络连接，可以显著减少配电和控制电缆的使用量，从而节约电缆成本，大大减少布线和维护工作的工作量。
[0017]5、本技术各子系统均集成在控制柜体或箱体中，控制柜体或箱体都具有良好的散热和防震等功能，确保整个系统能够长时间稳定可靠运行。本技术结构简单、性能稳定、通用性强、扩展性好，易于在盾构机工程使用中推广应用。
附图说明
[0018]图1为本技术箱柜安装布置图；
[0019]图2为PROFINET网络拓扑图；
[0020]图3为运行步骤示意图。
[0021]图中：1、操作台，2、CPU柜，3、膨润土柜，4、动力柜，5、拼装平台箱，6、泡沫箱，7、注浆柜，8、拼装机箱，9、盾体中继箱，10、皮带机柜，11、交换机，12、接口模块，13、监控计算机，14、PLC控制器，15、变频器。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。本实施例以本技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PROFINET网络的分布式IO的盾构机控制系统，其特征在于：所述控制系统包括操作台(1)、CPU柜(2)、膨润土柜(3)、动力柜(4)、拼装平台箱(5)、泡沫箱(6)、注浆柜(7)、拼装机箱(8)、盾体中继箱(9)、皮带机柜(10)、接口模块(12)、监控计算机(13)、PLC控制器(14)及多个交换机(11)和变频器(15)，多个交换机(11)分别设于CPU柜(2)、动力柜(4)及拼装平台箱(5)内，所述动力柜(4)及拼装平台箱(5)内的交换机(11)通过PROFINET网络分别与CPU柜(2)内的交换机(11)进行连接，所述接口模块(12)及监控计算机(13)均设于操作台(1)内并通过PROFINET网络连接后再与CPU柜(2)内的交换机(11)进行连接，所述接口模块(12)及PLC控制器(14)均设于CPU柜(2)内并通过PROFINET网络连接后再与CPU柜(2)内的交换机(11)进行连接；多个变频器(15)分别设于膨润土柜(3)、注浆柜(7)及皮带机柜(10)内，所述膨润土柜(3)内设有两台变频器(15)，且通过PROFINET网络连接后再与CPU柜(2)内的交换机(11)进行连接，所述皮带机柜(10)内的一台变频器(15)和注浆柜(7)内的两台变频器(15)通过PROFINET网络连接后再与动力柜(4)内的交换机(11)进行连接，所述拼装平台箱(5)、泡沫箱(6)、拼装机箱(8)及盾体中继箱(9)内的接口模块(12)通过PROFINET网络均与拼装平台箱(5)内的交换机(11)进行连接。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭烈兵，刘占波，徐晓锋，龚骏，张文桂，贺达，吴志杰，
申请(专利权)人：中铁十一局武汉重型装备有限公司，
类型：新型
国别省市：