飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇宙飛船等“上天”裝備對自動控制系統(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)備的自動化控制與其他行業(yè)的自動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)備是一種存在振動的移動設(shè)備，它工作時會產(chǎn)生高溫、高濕、高塵、高電磁干擾，幾乎所有對自動控制系統(tǒng)不利的工作條件在隧道掘進(jìn)設(shè)備中都存在，許多廠商的自動化元件在隧道掘進(jìn)設(shè)備中應(yīng)用時都或多或少發(fā)生過誤動作，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)用時還沒有發(fā)現(xiàn)誤動作，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)備自動控制系統(tǒng)具有如下二個特點(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、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)用時解決的主要技術(shù)問題

CC-Link 應(yīng)用時解決了二大技術(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)時性需求。

④ CC-Link 通信數(shù)據(jù)量大，無需編程就能將 16 個字、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。同時對于個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）。