王彩鳳 黃岑宇

頂管施工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)的開挖施工所取代不了的，因此越來越受到人們重視，而頂管施工技術(shù)中所使用的頂管掘進(jìn)機(jī)是一種用于非開挖技術(shù)中鋪設(shè)新管線的重要施工機(jī)械，越來越受到大眾親睞。頂管法是非開挖管道施工技術(shù)領(lǐng)域中最有實(shí)用價(jià)值、最先進(jìn)的方法，因此，頂管機(jī)被廣泛應(yīng)用于隧道挖掘和管道鋪設(shè)工程中。由于我國各地區(qū)地質(zhì)和水文的差異，頂管機(jī)的市場越來越大，傳統(tǒng)的頂管機(jī)已經(jīng)難以滿足市場需求。目前，計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和通信等技術(shù)在社會生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用，這三者的結(jié)合將使信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展邁上一個(gè)新臺階[1]，而本文所研究的頂管機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)正是將這三者有機(jī)結(jié)合，并將設(shè)計(jì)結(jié)果付諸于實(shí)踐。

1 總體方案設(shè)計(jì)

在實(shí)際的頂管施工中，PLC是頂管機(jī)的控制核心，因此，控制著頂管機(jī)的PLC分布于世界各地，域名系統(tǒng)的支持使每一臺能夠連接到Internet的計(jì)算機(jī)都能實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程各個(gè)PLC工作狀態(tài)的訪問和數(shù)據(jù)的修改，域名系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成為PLC遠(yuǎn)程控制的關(guān)鍵技術(shù)。目前，網(wǎng)絡(luò)接入模式以ADSL接入為主，但其中存在一個(gè)最關(guān)鍵的問題是遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通過ADSL聯(lián)網(wǎng)，每次的IP地址是不同的，這就必然要解決設(shè)備如何獲知遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)IP地址的問題，解決方案就本文以上所提到的動(dòng)態(tài)域名系統(tǒng)[2]。

當(dāng)遠(yuǎn)程上位機(jī)（PC）利用該技術(shù)與現(xiàn)場主站PLC成功連接時(shí)，即可方便地對PLC中的程序進(jìn)行編寫或修改，以達(dá)到控制要求。上位機(jī)與下位機(jī)通信的具體實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示。

圖1很好地描述了上位機(jī)（遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)）與下位機(jī)（遠(yuǎn)程主站PLC）之間的通信方式，利用串口服務(wù)器實(shí)現(xiàn)RS232/RS485和TCP/IP之間進(jìn)行透明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，方便使串口設(shè)備連接到以太網(wǎng)和Internet，實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化，從而簡單方便地實(shí)現(xiàn)PLC遠(yuǎn)程監(jiān)控以及數(shù)據(jù)傳輸。下位機(jī)有主站PLC和從站PLC，具體通信方式以RS485通信為主，具體通信方式如圖2所示。

圖1 上位機(jī)與下位機(jī)通信示意圖

圖2 主站PLC與從站PLC的通信示意圖

2 基于三菱PLC的頂管機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)中的頂管機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的形式，所有電機(jī)均由三菱FX系列PLC進(jìn)行自動(dòng)控制。系統(tǒng)中的硬件主要由四部分組成：刀盤動(dòng)力系統(tǒng)、糾偏液壓系統(tǒng)、進(jìn)水排泥系統(tǒng)、照明系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng)，將ABB重載啟動(dòng)器[3]應(yīng)用于該系統(tǒng)中，不僅啟動(dòng)安全、可靠，而且能夠保證在長距離頂進(jìn)、電網(wǎng)不穩(wěn)定而電壓較低或供電回路產(chǎn)生較大壓降時(shí)，使頂管機(jī)的啟動(dòng)不會產(chǎn)生任何困難?？刂频侗P電機(jī)主電路圖如圖3所示。

3 頂管機(jī)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)上下位機(jī)通信設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)與下位機(jī)通信設(shè)計(jì)

原始的三菱FX系列PLC連接到計(jì)算機(jī)串口后，打開三菱的GX Developer軟件即可下載程序、調(diào)試、讀取程序、監(jiān)控等。本文中所設(shè)計(jì)的PLC遠(yuǎn)程控制方案，將這種基于串口的PLC監(jiān)控應(yīng)用擴(kuò)展為網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

這種網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方案主要是通過串口服務(wù)器模塊實(shí)現(xiàn)的[4]，該模塊能夠使串口設(shè)備立即聯(lián)網(wǎng)。串口服務(wù)器可支持虛擬串口協(xié)議，從而無需改變原有的PC軟件，提供串口和以太網(wǎng)口之間的透明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化功能，支持DHCP和DNS。下位機(jī)的PLC端連接示意圖如圖4所示。

圖3 刀盤電機(jī)控制主電路

圖4 FX系列PLC端連接示意圖

這種監(jiān)控不僅可以在本地局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)，而且可以跨Internet監(jiān)控。使用該方案后，用戶在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上打開GX Developer軟件，同樣可以像本地監(jiān)控一樣來監(jiān)控遠(yuǎn)端的PLC，無需修改PLC的軟件、硬件。用戶可以在上位機(jī)上輕松創(chuàng)建多個(gè)虛擬串口（利用串口設(shè)備管理軟件），需要監(jiān)控時(shí)，將虛擬串口和串口服務(wù)器綁定，之后PLC軟件打開虛擬串口即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該控制系統(tǒng)軟件包含兩部分，一部分是串口設(shè)備管理軟件，上文中已經(jīng)提到需要在上位機(jī)安裝串口設(shè)備管理軟件，從而創(chuàng)建虛擬串口；另一部分是主站和從站之間的通信程序軟件設(shè)計(jì)。

主從站PLC之間的通信方式采用N:N鏈接通信技術(shù)，該通信技術(shù)中所使用的硬件模塊為FX2N-485BD，F(xiàn)X2N-485BD模塊是用于RS-485通信的特殊功能板，可直接連接在FX2N系列PLC的通信端口上。N:N的鏈接通信示意圖如圖5所示。

圖5 N:N鏈接通信示意圖

主從站PLC主程序中的通信程序部分，主要目的是將公共數(shù)據(jù)區(qū)的發(fā)送區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)送到通信接口上，并把通信接口上接收到的數(shù)據(jù)放入公共數(shù)據(jù)區(qū)的接收區(qū)中。用戶應(yīng)用程序中，只需編寫將要發(fā)送的數(shù)據(jù)送入公共數(shù)據(jù)的發(fā)送區(qū)，同時(shí)，從公共數(shù)據(jù)的接收區(qū)讀取接收數(shù)據(jù)的程序，即可輕松實(shí)現(xiàn)PLC之間的相互信息的傳遞過程，從而完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。利用GX Developer軟件編寫油泵模塊梯形圖如圖6所示，其他部分和油泵模塊類似。

圖6 油泵部分梯形圖

4 結(jié)語

本課題結(jié)合頂管機(jī)的市場需求以及施工現(xiàn)場的具體情況，對頂管機(jī)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過現(xiàn)場施工對該控制系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明該控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，能較好地實(shí)現(xiàn)對頂管機(jī)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制，該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)避免了用戶需要到現(xiàn)場對程序進(jìn)行診斷的麻煩，提高了頂管工作效率，從一定程度上節(jié)省了人力、物力、財(cái)力。

[1]欒榮華，崔守娟.基于PLC和MCGS的船舶側(cè)推監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015，（36）：9-11.

[2]佚名.串口服務(wù)器——設(shè)備遠(yuǎn)程控制——三菱PLC遠(yuǎn)程控制方案[EB/OL].（2009-09-07）[2018-01-06].http://ishare.iask.sina.com.cn/f/35DUCxdOVCc.html.

[3]劉瑜.電機(jī)軟啟動(dòng)器的研究[J].科技資訊，2011，（9）：9-11.

[4]楊文忠，章兢.基于串口服務(wù)器的指紋網(wǎng)絡(luò)考勤系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006，（26）：7-8.