飛機、導彈、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，而隧道掘進設備對自動控制系統(tǒng)的要求大家還比較陌生，俗話說“上天入地”，隧道掘進設備就是一種特殊的“入地”裝備，隧道掘進設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難度高、工作環(huán)境惡劣、PLC 應用歷史短、系統(tǒng)故障引起的危害可能波及地面建筑等特點，許多工程實例說明隧道掘進設備自動控制系統(tǒng)的任何小故障都有可能放大為大事故，由此可見隧道掘進設備對自動控制系統(tǒng)要求有多高。
隧道掘進設備是一種存在振動的移動設備，它工作時會產生高溫、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設備中都存在，許多廠商的自動化元件在隧道掘進設備中應用時都或多或少發(fā)生過誤動作，三菱電機的 CC-Link 通信網(wǎng)絡和 Q 系列 PLC 在隧道掘進設備應用時還沒有發(fā)現(xiàn)誤動作，最近的一次實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設備。該隧道掘進設備自動控制系統(tǒng)具有如下二個特點：
①PLC 輸入輸出點數(shù)多，開關量近 1000 點、模擬量 100 點以上。
②PLC 站間通信采用通信網(wǎng)絡，PLC 系統(tǒng)一次設計、分步實施，主 PLC、1#PLC、2#PLC、3#PLC 為基本 PLC，4#PLC、5#PLC、6#PLC 為擴展 PLC，根據(jù)工程需要選用。
1、CC-Link 通信網(wǎng)絡的結構
CC-Link 通信網(wǎng)絡的結構如下圖所示：主 PLC 為 CC-Link 網(wǎng)絡控制 PLC、1#PLC、2#PLC、3#PLC 掛在 CC-Link 上組成隧道掘進設備分區(qū)域集散控制系統(tǒng)，承擔隧道掘進設備的基本控制任務；4#PLC、5#PLC、6#PLC 是隧道掘進設備自動控制系統(tǒng)的擴展部分，承擔可以獨立運行的單體設備的控制任務，它們根據(jù)需要掛上 CC-Link 通信網(wǎng)絡。
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)絡上的開關量信號和模擬量信號，控制隧道掘進設備 2#臺車與 3#臺車的設備，向 CC-Link 通信網(wǎng)絡上傳 2#臺車與 3#臺車的開關量信號和模擬量信號。共有 DI128 點、DO64 點、AI8 點，采用三菱電機的 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)絡上的開關量信號和模擬量信號，控制隧道掘進設備 4#臺車與 5#臺車的設備，向 CC-Link 通信網(wǎng)絡上傳 4#臺車與 5#臺車的開關量信號和模擬量信號。共有 DI64 點、DO32 點、AI8 點，采用三菱電機的 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)絡上的開關量信號和模擬量信號，控制隧道掘進設備本體和拼裝區(qū)域的設備，向 CC-Link 通信網(wǎng)絡上傳設備本體和拼裝區(qū)域的開關量信號和模擬量信號。共有 DI128 點、DO128 點、AI24 點、AO8 點，采用三菱電機的 Q 系列 PLC。
4#PLC 有二種控制模式，在就地控制模式下可以獨立運行，在遠程控制模式下接受主 PLC 的操作指令，向 CC-Link 通信網(wǎng)絡上傳 4#PLC 采集到的開關量信號和模擬量信號。共有 DI24 點、DO16 點、AI16 點，采用三菱電機的 FX 系列 PLC。［page］
5#PLC 有 DI24 點、DO16 點、AI8 點，采用三菱電機的 FX 系列 PLC，本次區(qū)間隧道施工未用。
6#PLC 有 DI24 點、DO16 點，采用三菱電機的 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，直接控制隧道掘進設備 1#臺車的設備，接受 1#PLC、2#PLC、3#PLC、4#PLC 送到 CC-Link 通信網(wǎng)絡上的開關量信號和模擬量信號，向 CC-Link 通信網(wǎng)絡下傳 1#臺車的開關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，與上位計算機進行通信。共有 DI160 點、DO96 點、AI16 點、AO40 點，采用三菱電機的 Q 系列 PLC。
2、CC-Link 應用時解決的主要技術問題
CC-Link 應用時解決了二大技術難題，一是抗高電磁干擾，二是遠程通信。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，可以毫不夸張地認為抗電磁干擾水平的高低決定了隧道掘進設備 PLC 應用水平的高低，決定了 PLC 系統(tǒng)可靠性的高低。對于電磁干擾三菱電機通常推薦強電回路的接地點與弱電回路的接地點分開，雙絞電纜的屏蔽層接地，可是隧道掘進設備無法像工廠和樓宇那樣將強電回路接地點與弱電回路接地點分開，三菱電機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，這是隧道掘進設備的特點所決定的。
大多數(shù)隧道掘進設備通常在直徑 5～6 米、長 20～30 米的狹窄空間內分布著功率數(shù)百千瓦的用電裝置，這些用電裝置產生的電磁干擾通過傳導、輻射、感應三種途徑干擾 CC-Link 通信網(wǎng)絡的傳輸媒介——雙絞電纜，我們采用三種不同的方法解決。隧道掘進設備的傳導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：一是加強輻射源的屏蔽工作，大功率的用電裝置用單獨的接地線與主接地點連接，二是增加間隔距離，雙絞電纜盡可能遠離輻射源；隧道掘進設備的感應騷擾主要通過磁場耦合，質量優(yōu)良的雙絞電纜能夠切斷感應騷擾。由于分析清楚了隧道掘進設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、解決遠程通信，提高 PLC 系統(tǒng)的可用性和可維護性。
記得三菱電機推出 CC-Link 時是用于 A 系列 PLC 和 QnA 系列 PLC，不知什么原因其網(wǎng)內通信和遠程通信總不能滿足使用需求，我們曾經長期排斥使用 CC-Link，但是這種情況到了三菱電機推出 Q 系列 PLC 發(fā)生了 180 改變，我們現(xiàn)在準備在隧道掘進設備上逐漸采用 CC-Link，新設計的隧道掘進設備一般全部使用 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設備硬件使用 Q 系列 PLC、站間通信使用 CC-Link，軟件使用 GPPW，實現(xiàn)了異地計算機對 CC-Link 網(wǎng)絡內任意一臺 PLC 進行程序遠程修改、遠程監(jiān)視、遠程調試，使我們能夠在異地遠程進行設備調試、設備控制、故障診斷，極大地提高 PLC 系統(tǒng)的可用性和可維護性。
3、隧道掘進設備應用 CC-Link 的主要優(yōu)點
① CC-Link 通信網(wǎng)絡抗電磁干擾能力強，電磁兼容性好，適合在高電磁干擾的隧道掘進設備中使用。
② CC-Link 通信網(wǎng)絡擴展性好，適合隧道掘進設備柔性配置的需要。
③ CC-Link 通信網(wǎng)絡通信速度快，滿足隧道掘進設備的實時性需求。
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，基本滿足隧道掘進設備站間通信的需求。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)絡使用方便，可以在網(wǎng)絡內任意一臺 Q 系列 PLC 上連接計算機調試、監(jiān)視、修改網(wǎng)絡內其它 Q 系列 PLC 的程序。
⑥ CC-Link 通信網(wǎng)絡遠程通信能力強，可以不用任何特殊通信軟件在異地計算機上與網(wǎng)絡內任意一臺 Q 系列 PLC 進行通信（調試、監(jiān)視、修改程序）。