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2005年第5期液压与气动54

PLC在模拟盾构推进液压系统中的应用

杨扬,龚国芳,胡国良,杨华勇
TheApplicationofPLCinHydraulicThrustSystemofSimulativeShield
YANGYang,GONGGuo2fang,HUGuo2liang,YANGHua2yong
(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027)
摘要:研制了以可编程控制器(PLC)为核心的模拟盾构机推进液压部分的控制系统。对系统的工作
原理、硬件结构、软件组成等作了介绍,实现了对推进液压系统的运动控制,达到了预定的控制要求。
关键词:模拟盾构机;推进液压系统;可编程控制器

中图分类号:TH13717文献标识码:B文章编号:100024858(2005)0520045203

1前言在推进工作状态,二位二通换向阀3处于关闭状态,远
盾构掘进机是一种专用的大型高科技隧道工程综程压力阀根据操作人员的调整建立推进压力,压力传
合施工设备。它集机械、电气、液压、测控等多学科技感器9检测到的压力信号和设定的压力信号进行比
术于一体,具有开挖切削土体、拼装隧道衬砌等功能。较,得到的信号传回PLC,最后反馈到比例溢流阀5,自
采用盾构掘进机,施工速度快,自动化程度高,对地面动调节负载压力高低,保证液压缸的输出力为所需的
建筑影响小,有利于保护环境,可广泛用于城市供水、设定值。推进速度的大小可由液压缸内的位移传感器
地铁隧道、过江隧道等施工,与传统的隧道施工方式相
比,具有明显的优势[1]。
由于我国幅员辽阔,不同地区的地质情况复杂多变,
有必要形成合乎我国国情的适应性理论指导。而搭建和
研究盾构模拟试验平台可以为我国盾构掘进机的设计、
制造提供试验数据和理论支持,具有重要的意义[2]。
推进液压系统是盾构机的一个关键部分,也是其
主要的工作部件。推进液压系统的协调动作可以使盾
构掘进机保持合适的姿态,是盾构掘进机能够沿着设
计路线方向准确向前推进的前提。本文介绍盾构掘进
机推进液压系统的工作原理,并应用三菱Q系列可编
程控制器(PLC)等部件构成其电气控制系统,以达到
控制要求。
2推进液压系统工作原理
二位四通换向阀、压力传感器二位二通电磁球阀
盾构掘进机的推进液压系统比较复杂,属于变负1129131
41比例调速阀51比例溢流阀61三位四通电磁换向阀
载、大功率、小流量的应用场合。本系统采用推进液压
71液压锁81平衡阀101液压缸
缸分组控制技术盾构掘进方向控制及纠偏。即将个
6图1推进液压系统原理图
推进液压缸进行分组均布,并对每组分别调整,以完成
全推进、单个前进、单个后退、2个后退等动作,从而在
收稿日期:2004211210
符合实际工作要求的前提下,达到控制成本,简化结构
基金项目:十五国家863项目(2003AA420120)
[3]
的目的。其工作原理如图1所示。作者简介:杨扬(1979—),男,浙江杭州人,硕士研究生,主
盾构机推进时,所有三位四通电磁换向阀6均处要研究方向:机电液传动及控制。

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64液压与气动2005年第5期

表1推进液压系统电磁铁动作顺序

电磁铁

YTZYTZYTZYTZYTZYTZAABBCCDDEEFF
动作名称Z
111222333444555666121212121212
D备注
DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD
T
TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT

全推进++++++++++++++++++
A前进+++
B前进+++
C前进+++
D前进+++
E前进+++
F前进+++
A退回++
B退回++
C退回++
D退回++
E退回++
F退回++
双个退+
液位报警电机停转
液温报警电机停转
发信器报警电机停转

检测到的信号反馈到比例调速阀4,从而调节比例调满足控制要求[4]。
速阀4中节流阀开度大小来实现。模拟盾构机的推进液压系统共有7个压力传感
需要多个液压缸同时动作时,二位四通电磁换向器、6个位移传感器、50个电磁阀线圈以及其他一些传
阀1通电,主油路暂时断开,待2个液压缸电信号到位感器和数量众多的控制按钮。而Q系列的PLC均支
后,再使二位四通电磁换向阀1断电,主油路导通,多持高达4096点作为实际I/O点的数目,适应本系统要
个液压缸同时动作。推进缸的快速退回控制回路可实求(剩余点可用于模拟盾构机其他系统的控制)。
现液压缸的单独退回操作,以满足拼装管片的要求。上位机则采用工控机,和下位机PLC之间通过串
快退时,所选液压缸的三位四通电磁换向阀6处于对