CN103244137B - 一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，包括空气开关、24V开关电源、伺服供电电抗器和伺服整流模块组成伺服控制供电单元；Profibus总线光纤模块和1到5号编码器接口卡组成伺服控制通讯单元；单轴伺服控制单元、双轴伺服控制单元、1到3号单轴驱动模块和双轴驱动模块组成伺服驱动控制单元；1到5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机、1到3号位置同步模拟伺服电机组成同步控制伺服单元；所述模拟装置采用PC机控制。本发明的模拟装置能为土压平衡盾构的刀盘驱动系统的电机同步设计提供理论依据。该模拟装置结构简单，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟装置，尤其涉及一种用于土压平衡盾构刀盘驱动系统电机同步实验的模拟装置。
背景技术
随着社会的发展，尤其是盾构机的出现和机电一体化的运用，为社会交通事业的发展带来了飞速发展的时代；
在现有的土压平衡盾构刀盘驱动系统多电机同步在盾构施工过程中的特殊性， 需要保障刀盘驱动系统中多电机的同步运行，保障多电机同步运行的高稳定性、较快的响应性、力求保持转矩的一致性、主从电机之间的跟随性能好,基于以上对刀盘驱动多电机同步驱动进行研究，提供一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，是一个亟需解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种从模拟土压平衡盾构刀盘驱动多电机速度同步驱动控制，位置同步控制两个方面进行模拟实验，在刀盘驱动多电机同步模拟实验中采用闭环控制方式，利用软件进行PID等多种算法进行设计，模拟、测试多电机同步，在模拟装置上设置有多电机速度同步对应刻度和位置同步对应刻度，针对不同速度进行比对，实现刀盘驱动多电机同步控制软件优化设计，提高多电机同步控制质量，并且模拟装置结构简单，操作方便的土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，包括PC机，其特征在于：还包括受PC机控制的伺服控制供电单元、伺服控制通讯单元、伺服驱动控制单元及同步控制伺服单元；
所述的伺服控制供电单元由空气开关1、24V开关电源2、伺服供电电抗器10和伺服整流模块11组成；
所述的伺服控制通讯单元包括Profibus总线光纤模块3、1号编码器接口卡4、2号编码器接口卡5、3号编码器接口卡6、4号编码器接口卡7、5号编码器接口卡8；
所述的伺服驱动控制单元包括单轴伺服控制单元9、双轴伺服控制单元16、1号单轴驱动模块12、2号单轴驱动模块13、3号单轴驱动模块14和双轴驱动模块15；
所述的同步控制伺服单元包括1号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机17、2号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机18、3号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机19、4号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机20、5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机21以及1号位置同步模拟伺服电机22、2号位置同步模拟伺服电机23、3号位置同步模拟伺服电机24；
所述模拟装置通过螺栓安装在控制柜隔板上；
所述伺服驱动控制单元安装在控制柜隔板上，通过伺服驱动电缆和伺服控制电缆与同步控制伺服单元连接；
所述同步控制伺服单元安装在一个密闭控制箱中，通过伺服驱动电缆和伺服控制电缆与伺服驱动控制单元连接；
所述同步控制伺服单元的1号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机17、2号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机18、3号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机19、4号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机20、5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机21以5个圆形刻度盘的形式表征刀盘驱动速度同步状态模拟；
所述同步控制伺服单元的1号位置同步模拟伺服电机22、2号位置同步模拟伺服电机23、3号位置同步模拟伺服电机24以3个直线型刻度盘的形式表征位置同步状态模拟；
所述模拟装置为圆形或方形或二者的结合。
积极有益效果：本模拟装置采用伺服整流模块、单轴及双轴驱动模块为模拟装置的动力源，在刀盘驱动多电机同步模拟实验中采用闭环控制方式，利用软件进行PID等多种算法进行设计，模拟、测试多电机同步，在模拟装置上设置有多电机速度同步对应刻度和位置同步对应刻度，针对不同速度进行比对，实现刀盘驱动多电机同步控制软件优化设计，提高多电机同步控制质量。为土压平衡盾刀盘驱动多电机同步控制设计给予理论指导，并且结构简单，操作方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中为：空气开关1、24V开关电源2、Profibus总线光纤模块3、1号编码器接口卡4、2号编码器接口卡5、3号编码器接口卡6、4号编码器接口卡7、5号编码器接口卡8、单轴伺服控制单元9、伺服供电电抗器10、伺服整流模块11、1号单轴驱动模块12、2号单轴驱动模块13、3号单轴驱动模块14、双轴驱动模块15、双轴伺服控制单元16、1号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机17、2号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机18、3号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机19、4号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机20、5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机21、1号位置同步模拟伺服电机22、2号位置同步模拟伺服电机23、3号位置同步模拟伺服电机24。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1所示，一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，包括PC机，还包括受PC机控制的伺服控制供电单元、伺服控制通讯单元、伺服驱动控制单元及同步控制伺服单元；
所述的伺服控制供电单元由空气开关1、24V开关电源2、伺服供电电抗器10和伺服整流模块11组成；
所述的伺服控制通讯单元包括Profibus总线光纤模块3、1号编码器接口卡4、2号编码器接口卡5、3号编码器接口卡6、4号编码器接口卡7、5号编码器接口卡8；
所述的伺服驱动控制单元包括单轴伺服控制单元9、双轴伺服控制单元16、1号单轴驱动模块12、2号单轴驱动模块13、3号单轴驱动模块14和双轴驱动模块15；
所述的同步控制伺服单元包括1号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机17、2号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机18、3号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机19、4号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机20、5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机21以及1号位置同步模拟伺服电机22、2号位置同步模拟伺服电机23、3号位置同步模拟伺服电机24；
所述模拟装置通过螺栓安装在控制柜隔板上；
所述伺服驱动控制单元安装在控制柜隔板上，通过伺服驱动电缆和伺服控制电缆与同步控制伺服单元连接；
所述同步控制伺服单元安装在一个密闭控制箱中，通过伺服驱动电缆和伺服控制电缆与伺服驱动控制单元连接；
所述同步控制伺服单元的1号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机17、2号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机18、3号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机19、4号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机20、5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机21以5个圆形刻度盘的形式表征刀盘驱动速度同步状态模拟；
所述同步控制伺服单元的1号位置同步模拟伺服电机22、2号位置同步模拟伺服电机23、3号位置同步模拟伺服电机24以3个直线型刻度盘的形式表征位置同步状态模拟；
所述模拟装置为圆形或方形或二者的结合。
实施例1：
一种用于提高土压平衡盾构刀盘驱动系统电机同步设计的模拟装置，其特征在于：包括空气开关、24V开关电源、Profibus总线光纤模块、5个编码器接口卡、单轴伺服控制单元、伺服供电电抗器、伺服整流模块、3个单轴驱动模块、1个双轴驱动模块、双轴伺服控制单元、5个刀盘驱动速度同步模拟伺服电机、3个位置同步模拟伺服电机；其中，空气开关、24V开关电源、伺服供电电抗器和伺服整流模块组成伺服控制供电单元；Profibus总线光纤模块和1到5号编码器接口卡组成伺服控制通讯单元；单轴伺服控制单元、双轴伺服控制单元、1到3号单轴驱动模块和双轴驱动模块组成伺服驱动控制单元；1到5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机、1到3号位置同步模拟伺服电机组成同步控制伺服单元；所述模拟装置采用PC机控制。模拟装置的动力源采用保护装置，多电机速度同步、位置同步电机运行在一个钢板做成的控制箱中，确保试验过程中安全。
实施步骤：
假设有以下土压平衡盾构刀盘驱动多电机同步测试要求：
1、有土压平衡盾构刀盘驱动多电机速度同步测试需求；
2、有多电机位置同步测试需求；
一、试验准备
1、检查模拟装置中各个控制单元中控制电缆的连接是否正常，如有异常可进行适当处理。确定总电源处于断开状态。
2、检查模拟装置中伺服电机的轴是否状态良好。
3、闭合总电源、启动上位机、运行伺服驱动控制软件，进行一些必要设定。
4、首先进行刀盘驱动多电机速度同步测试试验，记录多电机速度与多电机旋转角度的对应数据，然后，进行多电机位置同步测试试验，记录多电机速度与行程的对应数据。
二、试验过程
1、针对土压平衡盾构刀盘驱动多电机速度同步试验
1）选择2个刀盘驱动速度同步模拟伺服电机进行试验，以其中一个伺服电机为主电机，其他为从电机，设定多电机旋转360°为一个试验周期，按照同样的速度运行或是按照一定的比例协调运行，根据圆形刻度盘的刻度及多电机速度得到多电机速度与多电机旋转角度的对应关系；
2）按照同样的速度运行或是按照一定的比例协调运行，通过软件运行监测定时的方法记录刀盘驱动速度同步模拟伺服电机达到速度同步的响应时间，为土压平衡盾构刀盘驱动多电机速度同步设计提供理论数据；
3）选择2个以上刀盘驱动速度同步模拟伺服电机进行如上实验并记录相关数据；
4）待模拟试验结束后，把试验电机调整到初始位置，依次关闭模拟装置上位机、总电源，完成针对土压平衡盾构刀盘驱动多电机速度同步试验。
若针对土压平衡盾构刀盘驱动多电机速度同步试验完成，做如下试验：
2、针对多电机位置同步试验
1）选择2个位置同步模拟伺服电机进行试验，以其中一个伺服电机为主电机，其他为从电机，按照同样的速度运行或是按照一定的比例协调运行，根据直线型刻度盘的刻度及多电机速度得到多电机速度与行程的对应关系；
2）按照同样的速度运行或是按照一定的比例协调运行，通过软件运行监测定时的方法记录位置同步模拟伺服电机达到速度同步的响应时间，观察多电机位置同步状态的稳定性，为多电机位置同步设计提供理论数据；
3）选择2个以上位置同步模拟伺服电机进行如上实验并记录相关数据；
4）待模拟试验结束后，把试验电机调整到初始位置，依次关闭模拟装置上位机、总电源，完成针对多电机位置同步试验。
根据试验得到的启示：
1、可以给予土压平衡盾构刀盘驱动多电机速度同步控制系统设计人员以理论指导。
2、可以给予土压平衡盾构中多电机位置同步控制系统设计人员以理论指导。
3、对土压平衡盾构多电机速度同步、位置同步的理论数据进行深入研究做好基础理论工作。
通过本模拟装置，可以实现如下试验：
1、针对土压平衡盾构刀盘驱动多电机速度同步试验：以1到5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机中任一个为主电机，其他电机为从电机，多电机的速度同步按照同样的速度运行或是按照一定的比例协调运行，设定多电机旋转360°，根据圆形刻度盘的刻度及多电机速度得到多电机速度与多电机旋转角度的对应关系。
2、针对多电机位置同步试验：以1到3号位置同步模拟伺服电机中任一个电机为主电机，其他电机为从电机，多电机的位置同步按照同样的速度运行或是按照一定的比例协调运行，根据直线型刻度盘的刻度及多电机速度得到多电机速度与行程的对应关系。
本实例表明该模拟装置能够很好实现土压平衡盾构刀盘驱动多电机速度同步的模拟试验，为土压平衡盾构中多电机速度同步及位置同步控制系统设计提供理论依据。
以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。
Claims (7)
1.一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，包括PC机，其特征在于：还包括受PC机控制的伺服控制供电单元、伺服控制通讯单元、伺服驱动控制单元及同步控制伺服单元；
所述的伺服控制供电单元由空气开关（1）、24V开关电源（2）、伺服供电电抗器（10）和伺服整流模块（11）组成；
所述的伺服控制通讯单元包括Profibus总线光纤模块（3）、1号编码器接口卡（4）、2号编码器接口卡（5）、3号编码器接口卡（6）、4号编码器接口卡（7）、5号编码器接口卡（8）；
所述的伺服驱动控制单元包括单轴伺服控制单元（9）、双轴伺服控制单元（16）、1号单轴驱动模块（12）、2号单轴驱动模块（13）、3号单轴驱动模块（14）和双轴驱动模块(15)；
所述的同步控制伺服单元包括1号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（17）、2号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（18）、3号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（19）、4号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（20）、5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（21）以及1号位置同步模拟伺服电机（22）、2号位置同步模拟伺服电机（23）、3号位置同步模拟伺服电机（24）。
2. 根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，其特征在于：所述模拟装置通过螺栓安装在控制柜隔板上。
3.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，其特征在于：所述伺服驱动控制单元安装在控制柜隔板上，通过伺服驱动电缆和伺服控制电缆与同步控制伺服单元连接。
4.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，其特征在于：所述同步控制伺服单元安装在一个密闭控制箱中，通过伺服驱动电缆和伺服控制电缆与伺服驱动控制单元连接。
5.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，其特征在于：所述同步控制伺服单元的1号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（17）、2号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（18）、3号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（19）、4号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（20）、5号刀盘驱动速度同步模拟伺服电机（21）以5个圆形刻度盘的形式表征刀盘驱动速度同步状态模拟。
6.根据权利要求1所述的一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，其特征在于：所述同步控制伺服单元的1号位置同步模拟伺服电机（22）、2号位置同步模拟伺服电机（23）、3号位置同步模拟伺服电机（24）以3个直线型刻度盘的形式表征位置同步状态模拟。
7.根据权利要求1至6任意项所述的一种土压平衡盾构刀盘驱动电机同步伺服控制模拟装置，其特征在于：所述模拟装置为圆形或方形或二者的结合。
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