專利名稱：一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種模擬裝置，尤其涉及一種用于土壓平衡盾構刀盤驅動系統(tǒng)電機同步實驗的模擬裝置。
背景技術：
隨著社會的發(fā)展，尤其是盾構機的出現(xiàn)和機電一體化的運用，為社會交通事業(yè)的發(fā)展帶來了飛速發(fā)展的時代；
在現(xiàn)有的土壓平衡盾構刀盤驅動系統(tǒng)多電機同步在盾構施工過程中的特殊性，需要保障刀盤驅動系統(tǒng)中多電機的同步運行，保障多電機同步運行的高穩(wěn)定性、較快的響應性、力求保持轉矩的一致性、主從電機之間的跟隨性能好，基于以上對刀盤驅動多電機同步驅動進行研究，提供一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，是一個亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種從模擬土壓平衡盾構刀盤驅動多電機速度同步驅動控制，位置同步控制兩個方面進行模擬實驗，在刀盤驅動多電機同步模擬實驗中采用閉環(huán)控制方式，利用軟件進行PID等多種算法進行設計，模擬、測試多電機同步，在模擬裝置上設置有多電機速度同步對應刻度和位置同步對應刻度，針對不同速度進行比對，實現(xiàn)刀盤驅動多電機 同步控制軟件優(yōu)化設計，提高多電機同步控制質(zhì)量，并且模擬裝置結構簡單，操作方便的土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，包括PC機，其特征在于:還包括受PC機控制的伺服控制供電單元、伺服控制通訊單元、伺服驅動控制單元及同步控制伺服單元；
所述的伺服控制供電單元由空氣開關1、24V開關電源2、伺服供電電抗器10和伺服整流模塊11組成；
所述的伺服控制通訊單元包括Profibus總線光纖模塊3、I號編碼器接口卡4、2號編碼器接口卡5、3號編碼器接口卡6、4號編碼器接口卡7、5號編碼器接口卡8 ；
所述的伺服驅動控制單元包括單軸伺服控制單元9、雙軸伺服控制單元16、1號單軸驅動模塊12、2號單軸驅動模塊13、3號單軸驅動模塊14和雙軸驅動模塊15 ；
所述的同步控制伺服單元包括I號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機17、2號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機18、3號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機19、4號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機20、5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機21以及I號位置同步模擬伺服電機
22、2號位置同步模擬伺服電機23、3號位置同步模擬伺服電機24 ；
所述模擬裝置通過螺栓安裝在控制柜隔板上；
所述伺服驅動控制單元安裝在控制柜隔板上，通過伺服驅動電纜和伺服控制電纜與同步控制伺服單元連接；
所述同步控制伺服單元安裝在一個密閉控制箱中，通過伺服驅動電纜和伺服控制電纜與伺服驅動控制單元連接；
所述同步控制伺服單元的I號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機17、2號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機18、3號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機19、4號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機20、5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機21以5個圓形刻度盤的形式表征刀盤驅動速度同步狀態(tài)模擬；
所述同步控制伺服單元的I號位置同步模擬伺服電機22、2號位置同步模擬伺服電機
23、3號位置同步模擬伺服電機24以3個直線型刻度盤的形式表征位置同步狀態(tài)模擬；
所述模擬裝置為圓形或方形或二者的結合。積極有益效果:本模擬裝置采用伺服整流模塊、單軸及雙軸驅動模塊為模擬裝置的動力源，在刀盤驅動多電機同步模擬實驗中采用閉環(huán)控制方式，利用軟件進行PID等多種算法進行設計，模擬、測試多電機同步，在模擬裝置上設置有多電機速度同步對應刻度和位置同步對應刻度，針對不同速度進行比對，實現(xiàn)刀盤驅動多電機同步控制軟件優(yōu)化設計，提高多電機同步控制質(zhì)量。為土壓平衡盾刀盤驅動多電機同步控制設計給予理論指導，并且結構簡單，操作方便。



圖1為本發(fā)明的結構示意 圖中為:空氣開關1、24V開關電源2、Profibus總線光纖模塊3、1號編碼器接口卡4、2號編碼器接口卡5、3號編碼器接口卡6、4號編碼器接口卡7、5號編碼器接口卡8、單軸伺服控制單元9、伺服供電電抗器10、伺服整流模塊11、1號單軸驅動模塊12、2號單軸驅動模塊13、3號單軸驅動模塊14、雙軸驅動模塊15、雙軸伺服控制單元16、1號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機17、2號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機18、3號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機19、4號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機20、5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機21、I號位置同步模擬伺服電機22、2號位置同步模擬伺服電機23、3號位置同步模擬伺服電機24。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步的說明:
如圖1所示，一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，包括PC機，還包括受PC機控制的伺服控制供電單元、伺服控制通訊單元、伺服驅動控制單元及同步控制伺服單元；
所述的伺服控制供電單元由空氣開關1、24V開關電源2、伺服供電電抗器10和伺服整流模塊11組成；
所述的伺服控制通訊單元包括Profibus總線光纖模塊3、1號編碼器接口卡4、2號編碼器接口卡5、3號編碼器接口卡6、4號編碼器接口卡7、5號編碼器接口卡8 ;
所述的伺服驅動控制單元包括單軸伺服控制單元9、雙軸伺服控制單元16、1號單軸驅動模塊12、2號單軸驅動模塊13、3號單軸驅動模塊14和雙軸驅動模塊15 ；所述的同步控制伺服單元包括I號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機17、2號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機18、3號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機19、4號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機20、5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機21以及I號位置同步模擬伺服電機
22、2號位置同步模擬伺服電機23、3號位置同步模擬伺服電機24；
所述模擬裝置通過螺栓安裝在控制柜隔板上；
所述伺服驅動控制單元安裝在控制柜隔板上，通過伺服驅動電纜和伺服控制電纜與同步控制伺服單元連接；
所述同步控制伺服單元安裝在一個密閉控制箱中，通過伺服驅動電纜和伺服控制電纜與伺服驅動控制單元連接；
所述同步控制伺服單元的I號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機17、2號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機18、3號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機19、4號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機20、5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機21以5個圓形刻度盤的形式表征刀盤驅動速度同步狀態(tài)模擬；
所述同步控制伺服單元的I號位置同步模擬伺服電機22、2號位置同步模擬伺服電機
23、3號位置同步模擬伺服電機24以3個直線型刻度盤的形式表征位置同步狀態(tài)模擬；
所述模擬裝置為圓形或方形或二者的結合。實施例1:
一種用于提高土壓平衡盾構刀盤驅動系統(tǒng)電機同步設計的模擬裝置，其特征在于:包括空氣開關、24V開關 電源、Profibus總線光纖模塊、5個編碼器接口卡、單軸伺服控制單元、伺服供電電抗器、伺服整流模塊、3個單軸驅動模塊、I個雙軸驅動模塊、雙軸伺服控制單元、5個刀盤驅動速度同步模擬伺服電機、3個位置同步模擬伺服電機；其中，空氣開關、24V開關電源、伺服供電電抗器和伺服整流模塊組成伺服控制供電單元；Pr0fibUS總線光纖模塊和I到5號編碼器接口卡組成伺服控制通訊單元；單軸伺服控制單元、雙軸伺服控制單元、I到3號單軸驅動模塊和雙軸驅動模塊組成伺服驅動控制單元；1到5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機、I到3號位置同步模擬伺服電機組成同步控制伺服單元；所述模擬裝置采用PC機控制。模擬裝置的動力源采用保護裝置，多電機速度同步、位置同步電機運行在一個鋼板做成的控制箱中，確保試驗過程中安全。實施步驟:
假設有以下土壓平衡盾構刀盤驅動多電機同步測試要求:
1、有土壓平衡盾構刀盤驅動多電機速度同步測試需求；
2、有多電機位置同步測試需求；
一、試驗準備
1、檢查模擬裝置中各個控制單元中控制電纜的連接是否正常，如有異?？蛇M行適當處理。確定總電源處于斷開狀態(tài)。2、檢查模擬裝置中伺服電機的軸是否狀態(tài)良好。3、閉合總電源、啟動上位機、運行伺服驅動控制軟件，進行一些必要設定。4、首先進行刀盤驅動多電機速度同步測試試驗，記錄多電機速度與多電機旋轉角度的對應數(shù)據(jù)，然后，進行多電機位置同步測試試驗，記錄多電機速度與行程的對應數(shù)據(jù)。二、試驗過程1、針對土壓平衡盾構刀盤驅動多電機速度同步試驗
1)選擇2個刀盤驅動速度同步模擬伺服電機進行試驗，以其中一個伺服電機為主電機，其他為從電機，設定多電機旋轉360°為一個試驗周期，按照同樣的速度運行或是按照一定的比例協(xié)調(diào)運行，根據(jù)圓形刻度盤的刻度及多電機速度得到多電機速度與多電機旋轉角度的對應關系；
2)按照同樣的速度運行或是按照一定的比例協(xié)調(diào)運行，通過軟件運行監(jiān)測定時的方法記錄刀盤驅動速度同步模擬伺服電機達到速度同步的響應時間，為土壓平衡盾構刀盤驅動多電機速度同步設計提供理論數(shù)據(jù)；
3)選擇2個以上刀盤驅動速度同步模擬伺服電機進行如上實驗并記錄相關數(shù)據(jù)；
4)待模擬試驗結束后，把試驗電機調(diào)整到初始位置，依次關閉模擬裝置上位機、總電源，完成針對土壓平衡盾構刀盤驅動多電機速度同步試驗。若針對土壓平衡盾構刀盤驅動多電機速度同步試驗完成，做如下試驗:
2、針對多電機位置同步試驗
1)選擇2個位置同步模擬伺服電機進行試驗，以其中一個伺服電機為主電機，其他為從電機，按照同樣的速度運行或是按照一定的比例協(xié)調(diào)運行，根據(jù)直線型刻度盤的刻度及多電機速度得到多電機速度與行程的對應關系；
2)按照同樣的速度運行或是按照一定的比例協(xié)調(diào)運行，通過軟件運行監(jiān)測定時的方法記錄位置同步模擬伺服電機達到速度同步的響應時間，觀察多電機位置同步狀態(tài)的穩(wěn)定性，為多電機位置同步設計提供理論數(shù)據(jù)； 3)選擇2個以上位置同步模擬伺服電機進行如上實驗并記錄相關數(shù)據(jù)；
4)待模擬試驗結束后，把試驗電機調(diào)整到初始位置，依次關閉模擬裝置上位機、總電源，完成針對多電機位置同步試驗。根據(jù)試驗得到的啟示:
1、可以給予土壓平衡盾構刀盤驅動多電機速度同步控制系統(tǒng)設計人員以理論指導。2、可以給予土壓平衡盾構中多電機位置同步控制系統(tǒng)設計人員以理論指導。3、對土壓平衡盾構多電機速度同步、位置同步的理論數(shù)據(jù)進行深入研究做好基礎理論工作。通過本模擬裝置，可以實現(xiàn)如下試驗:
1、針對土壓平衡盾構刀盤驅動多電機速度同步試驗:以I到5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機中任一個為主電機，其他電機為從電機，多電機的速度同步按照同樣的速度運行或是按照一定的比例協(xié)調(diào)運行，設定多電機旋轉360°，根據(jù)圓形刻度盤的刻度及多電機速度得到多電機速度與多電機旋轉角度的對應關系。2、針對多電機位置同步試驗:以I到3號位置同步模擬伺服電機中任一個電機為主電機，其他電機為從電機，多電機的位置同步按照同樣的速度運行或是按照一定的比例協(xié)調(diào)運行，根據(jù)直線型刻度盤的刻度及多電機速度得到多電機速度與行程的對應關系。本實例表明該模擬裝置能夠很好實現(xiàn)土壓平衡盾構刀盤驅動多電機速度同步的模擬試驗，為土壓平衡盾構中多電機速度同步及位置同步控制系統(tǒng)設計提供理論依據(jù)。以上實施例僅用于說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在所述領域普通技術人員所具備的知識范圍內(nèi)，本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替代和改進等，其均 應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術方案范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種用于土壓平衡盾構控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)生模擬裝置，包括用于控制本模擬裝置的PLC1、一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，包括PC機，其特征在于:還包括受PC機控制的伺服控制供電單元、伺服控制通訊單元、伺服驅動控制單元及同步控制伺服單元； 所述的伺服控制供電單元由空氣開關(1)、24V開關電源(2)、伺服供電電抗器(10)和伺服整流模塊(11)組成； 所述的伺服控制通訊單元包括Profibus總線光纖模塊(3)、1號編碼器接口卡(4)、2號編碼器接口卡(5)、3號編碼器接口卡(6)、4號編碼器接口卡(7)、5號編碼器接口卡(8)； 所述的伺服驅動控制單元包括單軸伺服控制單元(9)、雙軸伺服控制單元(16)、1號單軸驅動模塊(12)、2號單軸驅動模塊(13)、3號單軸驅動模塊(14)和雙軸驅動模塊(15)； 所述的同步控制伺服單元包括I號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(17)、2號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(18)、3號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(19)、4號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(20)、5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(21)以及I號位置同步模擬伺服電機(22)、2號位置同步模擬伺服電機(23)、3號位置同步模擬伺服電機(24)。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，其特征在于:所述模擬裝置通過螺栓安裝在控制柜隔板上。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，其特征在于:所述伺服驅動控制單元安裝在控制柜隔板上，通過伺服驅動電纜和伺服控制電纜與同步控制伺服單元連接。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，其特征在于:所述同步控制伺服單元安裝在一個密閉控制箱中，通過伺服驅動電纜和伺服控制電纜與伺服驅動控制單元連接。`
5.根據(jù)權利要求1所述的一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，其特征在于:所述同步控制伺服單元的I號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(17)、2號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(18)、3號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(19)、4號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(20)、5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機(21)以5個圓形刻度盤的形式表征刀盤驅動速度同步狀態(tài)模擬。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，其特征在于:所述同步控制伺服單元的I號位置同步模擬伺服電機(22)、2號位置同步模擬伺服電機(23)、3號位置同步模擬伺服電機(24)以3個直線型刻度盤的形式表征位置同步狀態(tài)模擬。
7.根據(jù)權利要求1至6任意項所述的一種土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，其特征在于:所述模擬裝置為圓形或方形或二者的結合。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于土壓平衡盾構刀盤驅動電機同步伺服控制模擬裝置，包括空氣開關、24V開關電源、伺服供電電抗器和伺服整流模塊組成伺服控制供電單元；Profibus總線光纖模塊和1到5號編碼器接口卡組成伺服控制通訊單元；單軸伺服控制單元、雙軸伺服控制單元、1到3號單軸驅動模塊和雙軸驅動模塊組成伺服驅動控制單元；1到5號刀盤驅動速度同步模擬伺服電機、1到3號位置同步模擬伺服電機組成同步控制伺服單元；所述模擬裝置采用PC機控制。本發(fā)明的模擬裝置能為土壓平衡盾構的刀盤驅動系統(tǒng)的電機同步設計提供理論依據(jù)。該模擬裝置結構簡單，操作方便。
文檔編號E21D9/093GK103244137SQ20131018237
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月16日 優(yōu)先權日2013年5月16日
發(fā)明者王助鋒, 陳饋, 張合沛, 張兵, 李鳳遠 申請人:中鐵隧道集團有限公司