飛機(jī),、導(dǎo)彈,、宇宙飛船等“上天”裝備對自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求是眾所周知的，而隧道掘進(jìn)設(shè)備對自動(dòng)控制系統(tǒng)的要求大家還比較陌生,，俗話說“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,，由此可見隧道掘進(jìn)設(shè)備對自動(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)會產(chǎn)生高溫,、高濕,、高塵、高電磁干擾，幾乎所有對自動(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)還沒有發(fā)現(xiàn)誤動(dòng)作，最近的一次實(shí)例是用于地鐵二號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)：
①PLC 輸入輸出點(diǎn)數(shù)多,，開關(guān)量近 1000 點(diǎn)、模擬量 100 點(diǎn)以上,。
②PLC 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)上的開關(guān)量信號和模擬量信號，控制隧道掘進(jìn)設(shè)備 2#臺車與 3#臺車的設(shè)備,，向 CC-Link 通信網(wǎng)絡(luò)上傳 2#臺車與 3#臺車的開關(guān)量信號和模擬量信號,。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)上的開關(guān)量信號和模擬量信號，控制隧道掘進(jìn)設(shè)備 4#臺車與 5#臺車的設(shè)備,，向 CC-Link 通信網(wǎng)絡(luò)上傳 4#臺車與 5#臺車的開關(guān)量信號和模擬量信號,。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)上的開關(guān)量信號和模擬量信號,，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)域的開關(guān)量信號和模擬量信號,。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 采集到的開關(guān)量信號和模擬量信號,。共有 DI24 點(diǎn),、DO16 點(diǎn)、AI16 點(diǎn),，采用三菱電機(jī)的 FX 系列 PLC,。［page］
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)上的開關(guān)量信號和模擬量信號,，向 CC-Link 通信網(wǎng)絡(luò)下傳 1#臺車的開關(guān)量信號和模擬量信號,，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，雙絞電纜的屏蔽層接地,，可是隧道掘進(jìn)設(shè)備無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,，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 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)騷擾主要通過磁場耦合,，質(zhì)量優(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,，我們曾經(jīng)長期排斥使用 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 CC-Link 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任意一臺 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)
① 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,。
② 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。
③ 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,。
④ CC-Link 通信數(shù)據(jù)量大，無需編程就能將 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 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 Q 系列 PLC 進(jìn)行通信（調(diào)試、監(jiān)視,、修改程序）,。