¿Sistema de control y medición de escudo de equilibrio de presión de tierra articulado del Metro de Beijing?
1 Descripción general del escudo
El escudo articulado de equilibrio de presión de tierra producido por Komatsu Corporation de Japón se utiliza en la construcción del túnel entre el Palacio de Verano y el Jardín Yuanming de la Línea 4 del Metro de Beijing. Pasará a través del estrato compuesto de grava y la distancia de avance es de aproximadamente 1,5 km. Los principales parámetros del escudo son: diámetro: ф6140 mm; longitud: 8570 mm; velocidad de avance: 0 ~ 8,5 cm/min; empuje total: 37730 kN. Las funciones y características de los componentes principales del protector EPB articulado son las siguientes:
(1) El cabezal de corte es impulsado por 9 motores del cabezal de corte y controlado por 5 convertidores de frecuencia para realizar la selección y conmutación de la velocidad del cabezal de corte. . Hay cinco niveles de velocidad del cabezal de corte, a saber, 0,5, 0,7, 1,1, 1,6 y 2,2 r/min.
(2) La máquina de tornillo es accionada por un motor hidráulico y se puede ajustar de forma continua a través de una válvula proporcional. El rango de ajuste de velocidad de la máquina de tornillo es de 0~25 r/min.
(3) La máquina atornilladora tiene una función telescópica. Durante el mantenimiento, el eje de la máquina de tornillo se puede retraer y las dos puertas delanteras de la máquina de tornillo se pueden cerrar para aislar completamente la máquina de tornillo del depósito de lodo.
(4) El sistema de propulsión es accionado por una bomba de propulsión, con 22 gatos de propulsión divididos en cuatro zonas. La presión del aceite se ajusta y controla mediante una válvula proporcional para ajustar la velocidad de propulsión.
(5) En el sistema articulado, la bomba articulada impulsa cuatro gatos articulados para girar hacia arriba, abajo, izquierda, derecha y completamente telescópicamente para ajustar la actitud de propulsión del escudo.
(6) Hay una bomba hidráulica para ensamblar la puerta giratoria y la puerta en espiral, que se utilizan en el estado de ensamblaje/propulsión respectivamente.
(7) Antes de la operación de la cinta transportadora, la alarma sonará durante 5 segundos antes de que pueda ponerse en funcionamiento oficialmente. Hay botones de parada de emergencia tipo cuerda a ambos lados de la cinta transportadora, que pueden detener la cinta transportadora en caso de emergencia.
(8) Se utiliza grasa de cola de escudo para los sellos delantero y trasero. Se inyecta 1 grasa de cola de escudo en cada bomba de sello en 6 puntos.
(9) Existen dos bombas de grasa de lubricación centralizada (en adelante bombas de grasa), que inyectan grasa en condiciones de trabajo continuo e intermitente respectivamente.
(10) Hay una bomba de circulación de lubricación de aceite delgada (bomba de circulación para abreviar) que se utiliza para el llenado de aceite lubricante.
(11) Utilice dos bombas de lodo para ajustar el flujo de adición de lodo a través del convertidor de frecuencia. Agregue barro al tanque de tierra.
(12) El sistema de inyección que consta de una bomba de inyección y un mezclador se puede utilizar para inyección simple y tiene la función de limpiar la tubería.
(13) Hay un dispositivo de espuma que puede inyectar espuma en el suelo frente al escudo.
2 Sistema de control y medición de blindaje
2.1 Sistema de control de blindaje
El sistema de control de blindaje está compuesto principalmente por un controlador programable PLC y un terminal de operación de pantalla. El PLC adopta una estructura maestro-esclavo, con 1 estación maestra y 2 estaciones esclavas, y un conjunto de PLC de inyección.
El controlador programable PLC adopta productos de la serie Ans producidos por Mitsubishi Corporation de Japón. El componente A2USHCPU utilizado en este escudo es uno de los PLCCPU miniaturizados más avanzados del mundo. Utiliza el procesador secuencial Mitsubishi (MSP), lo que lo hace comparable en velocidad y funcionalidad a muchos PLC más grandes y costosos.
La estación maestra PLC se encuentra en la consola. El modelo de CPU principal es A2USHCPU-S1 y los tres números de terminal de operación de pantalla son GC1, GC2 y GC7. Entre ellos, GC1 y GC2 operan equipos de blindaje respectivamente y sirven como respaldo mutuo. Otro GC7 opera el equipo de adición de lodo.
La estación esclava 1# está ubicada en el escudo y tiene tres terminales de operación de pantalla, numerados GC3~5. Entre ellos, GC3 y GC4 operan el conector de protección y GC5 opera de forma remota la lechada. La estación esclava 2# está ubicada en el marco 2# y está equipada con un terminal de operación con pantalla (comúnmente conocida como pantalla táctil), numerado GC6, para operar el equipo de inyección.
La estación maestra está conectada a las estaciones esclavas 1# y 2# a través de dos bucles de cable paralelos (red de doble anillo). El sistema adopta una comunicación de datos confiable y de alta velocidad, es decir, el sistema de comunicación de datos MELSECNET/II, y utiliza dos bucles de cable paralelos para conectar la estación PLC. Uno de ellos se llama bucle directo (o bucle principal) y el otro se llama bucle directo. el circuito inverso (o circuito de nivel secundario). Cuando el cable del bucle principal se rompe, la comunicación cambia automáticamente al bucle auxiliar y la comunicación de datos continúa. Si ambos bucles se interrumpen o desconectan, las estaciones conectadas continuarán comunicándose excepto el PLC interrumpido.
El PLC de inyección es independiente del sistema PLC y el modelo es FX1N-40MR. Intercambia señales con la estación maestra PLC a través del puerto I/O.
El PLC está equipado con componentes de entrada/salida de conmutación, componentes de entrada/salida analógica, componentes de interfaz de comunicación y componentes de comunicación por computadora. Consulte la Tabla 1 de configuración del PLC para obtener más detalles.
2.2 Sistema de control y medición de actitud
El sistema de control y medición de actitud del escudo consta de un escudo y el suelo. La parte de blindaje se compone principalmente de estación total, prisma, interfaz de medición, unidad de control, computadora (monitor) y otros equipos. La parte de tierra consta principalmente de una computadora (monitor) y un concentrador. La parte de protección y tierra están conectadas a través de un par de módems de megabits (SDSL). Ver Figura 2.
El sistema realiza una medición automática de la actitud del escudo a través de instrumentos de medición de alta precisión y software especial, y puede obtener la siguiente información de datos en tiempo real:
(1) Coordenadas del punto de referencia y estación de medición y nombre de inicio de sesión;
(2) Datos del objetivo de medición;
(3) Al medir el ángulo de depresión y el ángulo de rotación del escudo;
(4) Resultados del cálculo del escudo, como valores de coordenadas delanteras y traseras, desviación del ángulo de acimut, etc.
En el túnel de protección, la señal de actitud medida por la estación total y la señal de construcción de protección obtenida por el PLC se integran en la unidad de interfaz de medición, se muestran en el monitor de la computadora de protección y se envían a la computadora de tierra. .
2.3 Sistema de detección
Con base en los requisitos del sistema de control y medición del escudo, se configuran los instrumentos de detección básicos. Las señales analógicas detectadas incluyen: presión del suelo en el recipiente de tierra, presión del aceite. del gato de propulsión, carrera y velocidad, presión de aceite de cuatro zonas, presión de aceite de la máquina de tornillo, velocidad de rotación, carrera del gato articulado, potencia de salida del inversor del cabezal de corte, temperatura de sellado del cabezal de corte, apertura de la compuerta de la máquina de tornillo, presión de lechada, nivel de lechada del barril de lechada, espuma presión, sumando la presión del lodo, el caudal de lodo, la pendiente y el ángulo del escudo. Hay más de 40 grupos de sensores (transmisores)* * *, como se muestra en la Tabla 2.
Además, se configuran más de 60 relés de límite y más de 10 de presión para detectar señales de conmutación. Detecta principalmente el estado límite izquierdo/derecho de la rotación de la máquina de ensamblaje, el estado límite izquierdo/derecho del tambor del cable de la máquina de ensamblaje, el estado telescópico de la máquina de tornillo, el estado de apertura y cierre de la compuerta de la máquina de tornillo, la válvula de aire, válvula de lechada de lodo, válvula de lechada y sello de la cola del escudo. El estado de apertura y cierre de la válvula, el nivel de grasa de la lubricación centralizada, el nivel de grasa de la cola del escudo, etc. , la presión de la bomba de grasa de lubricación centralizada y de la tubería es alta o baja, y la presión del aceite del sello de cola del escudo es alta o baja.
2.4 Control y funcionamiento del blindaje
2.4.1 Control del blindaje
Los principales controles del blindaje incluyen: control del equilibrio de presión de tierra, control de secuencia y control lógico.
①El control del equilibrio de presión de la tierra es el control principal de la máquina de protección. Cuando la presión del suelo en el contenedor de suelo cambia debido a la alteración del suelo en el frente, se producirá una desviación entre ella y el valor establecido. La producción de movimiento de tierras se ajusta controlando automáticamente la velocidad de rotación de la máquina de tornillo, de modo que la presión de la tierra en el contenedor de tierra alcance el equilibrio dinámico del valor establecido, reduciendo así el valor de desviación.
(2) El control de secuencia consiste en combinar sincronización, lógica y otras condiciones de control en el estado de propulsión para hacer que el equipo de propulsión funcione en la secuencia de trabajo normal: operación de la bomba de enfriamiento → operación de la bomba de lubricación → rotación del cabezal de corte → Apertura de la puerta en espiral → La cinta transportadora gira → La máquina de tornillo gira → El gato avanza. No seguir esta secuencia impedirá que la cubierta protectora funcione correctamente.
(3) El control lógico consiste en proteger el control de cada dispositivo de acuerdo con una relación lógica específica. Por ejemplo, durante el avance, si el par del cabezal de corte está sobrecargado o la máquina de tornillo está invertida, o la velocidad de avance es demasiado rápida o la presión del suelo excede el límite superior, la acción de extensión del gato de avance se detendrá según las condiciones lógicas. . Otro ejemplo es que cuando la bomba de bisagra funciona normalmente, el cabezal de corte gira normalmente y el ángulo de la bisagra está dentro del rango normal, la bisagra debe girar hacia arriba, abajo, izquierda, derecha y completamente extendida y completamente retraída. El control de bisagra finaliza inmediatamente cuando no existe una determinada condición.
Las condiciones de enclavamiento son indispensables para el control del escudo, y todos los equipos en el escudo están involucrados en condiciones de enclavamiento. Por ejemplo, si se invierte la fuente de alimentación, falla la comunicación del PLC y todos los equipos no funcionarán. Las acciones de algunos equipos están entrelazadas, por ejemplo, cuando la puerta delantera se abre y se cierra, es imposible controlar la expansión y contracción de la máquina atornilladora y la rotación de la puerta o la máquina de ensamblaje excavada por la máquina atornilladora y el tornillo de banco. viceversa. Estas condiciones de enclavamiento no se pueden liberar bajo ninguna circunstancia, pero algunos equipos se pueden controlar de forma independiente liberando el enclavamiento en circunstancias anormales. Por ejemplo, si el cabezal cortador se detiene liberando el enclavamiento, el funcionamiento de una cinta transportadora o de una máquina de tornillo se puede controlar de forma independiente.
Operación de la máquina de protección
A través de botones y perillas, puede operar y detener el cabezal de corte, la máquina de tornillo y la cinta transportadora, seleccionar la velocidad del cabezal de corte y seleccionar y avanzar el gato. Telescópico, apertura y cierre del portón de la máquina roscadora. Muchas otras operaciones se realizan en la pantalla táctil.
En la consola hay dos pantallas táctiles dispuestas una encima de la otra. Incluyendo: visualización de funcionamiento, visualización de detección, arranque de bomba, propulsión, operación auxiliar, otras configuraciones, visualización anormal, etc. Por lo general, la pantalla táctil superior solo puede operar parte de la pantalla de visualización y la pantalla táctil inferior solo puede operar parte de la pantalla de operación. Cuando falla la pantalla táctil, puede cambiar la pantalla fallida a la pantalla normal y podrá operar todas las pantallas.
① Pantalla "Pantalla de funcionamiento": muestra principalmente el estado de varios equipos, como el estado de funcionamiento del motor del cabezal de corte, la bomba propulsora, el transportador de tornillo, la cinta transportadora, la bomba de engrase de cola y la bomba de traslación del ensamblaje; , puerta de entrada y estado de apertura/cierre de puertas peatonales, expansión/contracción de gatos de tornillo, confirmación de condiciones de propulsión, estado anormal, etc.
② Pantalla "Pantalla de inspección": muestra principalmente datos del equipo y de la construcción, como la temperatura de sellado del cabezal de corte, el ángulo de actitud del escudo, el ángulo de la bisagra, la carrera de propulsión, la posición del centro de empuje, el empuje de cuatro zonas, la presión del suelo, la parte trasera. Apertura de la compuerta, velocidad y par del cabezal de corte, velocidad y empuje de propulsión, velocidad de la máquina de tornillo y presión de aceite, acumulación de rotación del cabezal de corte, etc.
③ Pantalla "Arranque de bomba": Opera principalmente la propulsión, la máquina de tornillo, el montaje, el arranque y la parada de otras bombas y muestra el estado de funcionamiento.
④ Pantalla "Propulsión": Las operaciones principales son la selección del gato de propulsión, el aumento o disminución de la presión del aceite en las cuatro zonas, el ajuste de sincronización de los gatos, el cambio de la velocidad de propulsión. , etc. , y muestra la posición del centro de empuje, empuje en cuatro áreas, empuje total, carrera del gato, velocidad de propulsión, etc. , igual que otras instrucciones de funcionamiento.
⑤ Pantalla "Operación auxiliar": opera principalmente el sistema de bisagra y el equipo del sistema de engrase de la cola del escudo, y muestra el estado operativo de estos equipos.
⑥ Pantalla "Otras configuraciones": Consta de varias subpantallas y puede configurar los parámetros del sistema y la presión del suelo. La sala de control también cuenta con dos pantallas táctiles, una para operar el equipo de adición de lodo y la otra para operar el equipo de inyección.
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