一、行業(yè)痛點(diǎn)與需求

在城市軌道交通、地下管廊等隧道工程建設(shè)領(lǐng)域，盾構(gòu)機(jī)是隧道掘進(jìn)的核心設(shè)備，其掘進(jìn)速度、刀盤(pán)扭矩、土壓平衡參數(shù)和掘進(jìn)數(shù)據(jù)的記錄追溯直接關(guān)系到隧道工程的施工安全和施工效率。傳統(tǒng)歐姆龍 CP1E PLC 因缺少以太網(wǎng)接口，與上位機(jī)的通信依賴串行鏈路，數(shù)據(jù)傳輸速度慢且抗干擾能力弱，在盾構(gòu)機(jī)井下密閉、高濕、強(qiáng)電磁干擾的復(fù)雜施工環(huán)境下，易出現(xiàn)掘進(jìn)參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)傳輸中斷、失真問(wèn)題，無(wú)法實(shí)時(shí)記錄刀盤(pán)運(yùn)行參數(shù)、掘進(jìn)里程、土倉(cāng)壓力、管片拼裝數(shù)據(jù)等關(guān)鍵信息。

為破解這一難題，遠(yuǎn)創(chuàng)智控研發(fā)的 YC8000-CP歐姆龍 PLC 以太網(wǎng)模塊，專為歐姆龍 CP1E 系列 PLC 設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn) PLC 與以太網(wǎng)的穩(wěn)定連接，讓盾構(gòu)機(jī)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、掘進(jìn)數(shù)據(jù)自動(dòng)上傳、遠(yuǎn)程故障診斷成為現(xiàn)實(shí)，匹配隧道工程對(duì)施工過(guò)程管控與數(shù)據(jù)追溯的專業(yè)需求。

二、項(xiàng)目背景

某大型隧道工程建設(shè)企業(yè)的城市軌道交通盾構(gòu)施工項(xiàng)目配備多臺(tái)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)，核心控制系統(tǒng)均采用歐姆龍 CP1E PLC。隨著城市地下工程施工智能化、精細(xì)化管理要求的不斷提高，以及工程建設(shè)對(duì)施工過(guò)程可追溯性的嚴(yán)格規(guī)定，原有串行通信模式已無(wú)法滿足盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)記錄和遠(yuǎn)程監(jiān)控需求，且井下人工記錄施工數(shù)據(jù)、反饋設(shè)備狀態(tài)的方式效率低下，還存在安全隱患，難以應(yīng)對(duì)大斷面、長(zhǎng)距離的隧道掘進(jìn)施工管控要求。為實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)隧道掘進(jìn)的智能化監(jiān)控、掘進(jìn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化追溯和設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，企業(yè)引入遠(yuǎn)創(chuàng)智控YC8000-CP 歐姆龍 PLC 以太網(wǎng)模塊，彌補(bǔ) CP1E PLC 無(wú)以太網(wǎng)接口的缺陷，構(gòu)建一體化的盾構(gòu)施工過(guò)程監(jiān)控體系。

三、設(shè)備選型與配置

1. 設(shè)備選型

·PLC 型號(hào)：歐姆龍 CP1E

·以太網(wǎng)模塊型號(hào)：遠(yuǎn)創(chuàng)智控 YC8000-CP PLC 以太網(wǎng)模塊

·觸摸屏型號(hào)：三菱 GS2107-WTBD（HMI）

2. 硬件連接

·將 YC8000-CP PLC 以太網(wǎng)模塊直接插入歐姆龍 CP1E PLC 的 DB9 通訊口，由 PLC 直接供電，無(wú)需額外配置電源適配器，適配盾構(gòu)機(jī)電氣柜內(nèi)狹小的安裝空間。

·使用屏蔽超五類(lèi)防水網(wǎng)線將 YC8000-CP 的 RJ45 以太網(wǎng)口連接至盾構(gòu)機(jī)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，有效抵御盾構(gòu)機(jī)液壓系統(tǒng)、變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等設(shè)備的強(qiáng)電磁干擾，同時(shí)適應(yīng)井下高濕環(huán)境，保障掘進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定。

·將三菱 GS2107-WTBD 觸摸屏的專用耐震通訊線纜接入 YC8000-CP 以太網(wǎng)模塊的擴(kuò)展通訊口，實(shí)現(xiàn)觸摸屏與 PLC 的近距離高速數(shù)據(jù)交互，方便盾構(gòu)機(jī)操作室人員實(shí)時(shí)查看設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。

3. 軟件配置

·上位機(jī)編程軟件：歐姆龍 CX-Programmer

·觸摸屏組態(tài)軟件：三菱 GT Designer3

·以太網(wǎng)模塊配置工具：遠(yuǎn)創(chuàng)智控調(diào)試軟件

四、實(shí)施過(guò)程

1. 現(xiàn)場(chǎng)勘查與規(guī)劃

項(xiàng)目實(shí)施前，技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)盾構(gòu)施工項(xiàng)目的井下施工環(huán)境、盾構(gòu)機(jī)設(shè)備布局、井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)架構(gòu)以及掘進(jìn)數(shù)據(jù)的上傳要求進(jìn)行全面勘查。重點(diǎn)確認(rèn)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)參數(shù)采集點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)觸摸屏的安裝位置（考慮操作室防震動(dòng)、防潮濕、防粉塵需求）以及地面監(jiān)控中心的網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)。根據(jù)隧道掘進(jìn)的施工工藝要求、盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行特性和企業(yè)工程施工管理平臺(tái)的對(duì)接標(biāo)準(zhǔn)，制定了兼顧井下安裝便捷性、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和施工安全性的硬件安裝、網(wǎng)絡(luò)配置和軟件調(diào)試方案。

2. 模塊安裝與調(diào)試

·硬件安裝：選擇盾構(gòu)機(jī)停機(jī)換刀的施工間隙進(jìn)行施工，將 YC8000-CP 以太網(wǎng)模塊精準(zhǔn)安裝至歐姆龍 CP1E PLC 的 DB9 通訊口，完成以太網(wǎng)線、觸摸屏通訊線的連接，所有線路均采用井下專用的防水、防油、防震動(dòng)鎧裝線纜和線槽進(jìn)行布置和防護(hù)，符合地下工程施工的安全規(guī)范。

·模塊配置：通過(guò)遠(yuǎn)創(chuàng)智控調(diào)試軟件對(duì) YC8000-CP 模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置，設(shè)置專屬靜態(tài) IP、子網(wǎng)掩碼和網(wǎng)關(guān)，匹配盾構(gòu)機(jī)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)段要求；通過(guò)模塊的 Web 服務(wù)器管理界面，實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊與 PLC 的通信狀態(tài)，針對(duì)井下復(fù)雜的電磁環(huán)境對(duì)通信鏈路進(jìn)行專項(xiàng)抗干擾優(yōu)化，確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中通信無(wú)中斷、無(wú)延遲。

·軟件調(diào)試：在地面監(jiān)控中心的上位機(jī)端安裝歐姆龍 CX-Programmer 軟件，通過(guò)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)與 YC8000-CP 模塊建立穩(wěn)定連接，實(shí)現(xiàn) PLC 掘進(jìn)控制程序的遠(yuǎn)程上傳、下載和在線參數(shù)調(diào)整（如刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度、土倉(cāng)壓力）；在三菱 GT Designer3 軟件中進(jìn)行觸摸屏組態(tài)編程，搭建包含盾構(gòu)機(jī)整機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、掘進(jìn)參數(shù)實(shí)時(shí)顯示、設(shè)備故障報(bào)警、掘進(jìn)里程本地查詢的現(xiàn)場(chǎng)操作界面，確保盾構(gòu)機(jī)操作室人員可通過(guò)觸摸屏快速掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)微調(diào)。

3. 系統(tǒng)測(cè)試與優(yōu)化

完成硬件安裝和軟件調(diào)試后，結(jié)合盾構(gòu)機(jī)隧道掘進(jìn)的施工特點(diǎn)，開(kāi)展全維度的系統(tǒng)測(cè)試，重點(diǎn)驗(yàn)證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和報(bào)警及時(shí)性，測(cè)試內(nèi)容包括：

·掘進(jìn)數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試：通過(guò)地面上位機(jī)和盾構(gòu)機(jī)操作室的三菱觸摸屏，實(shí)時(shí)采集盾構(gòu)機(jī)的刀盤(pán)扭矩、掘進(jìn)速度、土倉(cāng)壓力、管片拼裝精度、掘進(jìn)里程等數(shù)據(jù)，驗(yàn)證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，確保隧道掘進(jìn)的關(guān)鍵施工信息可完整、無(wú)延遲記錄。

·遠(yuǎn)程監(jiān)控與參數(shù)調(diào)整測(cè)試：在地面監(jiān)控中心的上位機(jī)終端，通過(guò)工業(yè)環(huán)網(wǎng)連接 YC8000-CP 模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下盾構(gòu)機(jī)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，并遠(yuǎn)程調(diào)整刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、掘進(jìn)速度等核心掘進(jìn)參數(shù)，驗(yàn)證遠(yuǎn)程操作的有效性和響應(yīng)速度，確保地面技術(shù)人員可對(duì)井下施工進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

·故障報(bào)警與數(shù)據(jù)追溯測(cè)試：模擬盾構(gòu)機(jī)常見(jiàn)故障（如刀盤(pán)卡滯、液壓系統(tǒng)故障、土倉(cāng)壓力異常），驗(yàn)證系統(tǒng)是否能快速捕捉故障信號(hào)，在地面上位機(jī)和井下觸摸屏同步發(fā)出報(bào)警提示，為井下施工安全提供保障；同時(shí)模擬連續(xù)隧道掘進(jìn)施工場(chǎng)景，驗(yàn)證上位機(jī)是否能自動(dòng)記錄每段掘進(jìn)的施工參數(shù)、掘進(jìn)時(shí)間、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)施工數(shù)據(jù)的數(shù)字化追溯。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，針對(duì)井下網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)模塊的通信參數(shù)、數(shù)據(jù)采集頻率進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)觸摸屏的操作界面進(jìn)行本土化和簡(jiǎn)易化設(shè)計(jì)，使其更適配盾構(gòu)機(jī)操作室人員的施工操作習(xí)慣，提升井下施工的操作便捷性。

五、總結(jié)

遠(yuǎn)創(chuàng)智控 YC8000-CP歐姆龍 PLC 以太網(wǎng)模塊在盾構(gòu)機(jī)隧道掘進(jìn)中的成功應(yīng)用，徹底解決了傳統(tǒng)歐姆龍 CP1E PLC 無(wú)以太網(wǎng)接口、數(shù)據(jù)傳輸抗干擾能力弱、掘進(jìn)數(shù)據(jù)難以數(shù)字化追溯的行業(yè)痛點(diǎn)。通過(guò)模塊與三菱觸摸屏、地面上位機(jī)的協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)隧道掘進(jìn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程參數(shù)調(diào)整、故障智能報(bào)警和掘進(jìn)數(shù)據(jù)數(shù)字化追溯，不僅提升了隧道掘進(jìn)的施工效率和施工安全性，還讓企業(yè)的施工管控工作更貼合地下工程建設(shè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為企業(yè)打造智能化、標(biāo)準(zhǔn)化的盾構(gòu)施工管理體系提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

(具體內(nèi)容配置過(guò)程及其他相關(guān)咨詢可聯(lián)系楊工。)

審核編輯 黃宇