王彩鳳 黃岑宇

頂管施工技術的優(yōu)點是傳統(tǒng)的開挖施工所取代不了的，因此越來越受到人們重視，而頂管施工技術中所使用的頂管掘進機是一種用于非開挖技術中鋪設新管線的重要施工機械，越來越受到大眾親睞。頂管法是非開挖管道施工技術領域中最有實用價值、最先進的方法，因此，頂管機被廣泛應用于隧道挖掘和管道鋪設工程中。由于我國各地區(qū)地質和水文的差異，頂管機的市場越來越大，傳統(tǒng)的頂管機已經(jīng)難以滿足市場需求。目前，計算機、自動化和通信等技術在社會生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用，這三者的結合將使信息科學技術的發(fā)展邁上一個新臺階[1]，而本文所研究的頂管機遠程控制系統(tǒng)正是將這三者有機結合，并將設計結果付諸于實踐。

1 總體方案設計

在實際的頂管施工中，PLC是頂管機的控制核心，因此，控制著頂管機的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的計算機都能實現(xiàn)對遠程各個PLC工作狀態(tài)的訪問和數(shù)據(jù)的修改，域名系統(tǒng)技術已經(jīng)成為PLC遠程控制的關鍵技術。目前，網(wǎng)絡接入模式以ADSL接入為主，但其中存在一個最關鍵的問題是遠程計算機通過ADSL聯(lián)網(wǎng)，每次的IP地址是不同的，這就必然要解決設備如何獲知遠程計算機IP地址的問題，解決方案就本文以上所提到的動態(tài)域名系統(tǒng)[2]。

當遠程上位機（PC）利用該技術與現(xiàn)場主站PLC成功連接時，即可方便地對PLC中的程序進行編寫或修改，以達到控制要求。上位機與下位機通信的具體實現(xiàn)過程如圖1所示。

圖1很好地描述了上位機（遠程計算機）與下位機（遠程主站PLC）之間的通信方式，利用串口服務器實現(xiàn)RS232/RS485和TCP/IP之間進行透明數(shù)據(jù)轉發(fā)，方便使串口設備連接到以太網(wǎng)和Internet，實現(xiàn)串口設備的網(wǎng)絡化，從而簡單方便地實現(xiàn)PLC遠程監(jiān)控以及數(shù)據(jù)傳輸。下位機有主站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 上位機與下位機通信示意圖

圖2 主站PLC與從站PLC的通信示意圖

2 基于三菱PLC的頂管機遠程控制系統(tǒng)硬件設計

該控制系統(tǒng)中的頂管機采用電機驅動的形式，所有電機均由三菱FX系列PLC進行自動控制。系統(tǒng)中的硬件主要由四部分組成：刀盤動力系統(tǒng)、糾偏液壓系統(tǒng)、進水排泥系統(tǒng)、照明系統(tǒng)。

為實現(xiàn)平滑啟動，將ABB重載啟動器[3]應用于該系統(tǒng)中，不僅啟動安全、可靠，而且能夠保證在長距離頂進、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，使頂管機的啟動不會產(chǎn)生任何困難。控制刀盤電機主電路圖如圖3所示。

3 頂管機遠程自動控制系統(tǒng)上下位機通信設計

3.1 上位機與下位機通信設計

原始的三菱FX系列PLC連接到計算機串口后，打開三菱的GX Developer軟件即可下載程序、調試、讀取程序、監(jiān)控等。本文中所設計的PLC遠程控制方案，將這種基于串口的PLC監(jiān)控應用擴展為網(wǎng)絡監(jiān)控。

這種網(wǎng)絡監(jiān)控方案主要是通過串口服務器模塊實現(xiàn)的[4]，該模塊能夠使串口設備立即聯(lián)網(wǎng)。串口服務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)轉化功能，支持DHCP和DNS。下位機的PLC端連接示意圖如圖4所示。

圖3 刀盤電機控制主電路

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)內實現(xiàn)，而且可以跨Internet監(jiān)控。使用該方案后，用戶在遠程計算機上打開GX Developer軟件，同樣可以像本地監(jiān)控一樣來監(jiān)控遠端的PLC，無需修改PLC的軟件、硬件。用戶可以在上位機上輕松創(chuàng)建多個虛擬串口（利用串口設備管理軟件），需要監(jiān)控時，將虛擬串口和串口服務器綁定，之后PLC軟件打開虛擬串口即可實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

3.2 控制系統(tǒng)軟件設計

該控制系統(tǒng)軟件包含兩部分，一部分是串口設備管理軟件，上文中已經(jīng)提到需要在上位機安裝串口設備管理軟件，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計。

主從站PLC之間的通信方式采用N:N鏈接通信技術，該通信技術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，從公共數(shù)據(jù)的接收區(qū)讀取接收數(shù)據(jù)的程序，即可輕松實現(xiàn)PLC之間的相互信息的傳遞過程，從而完成整個系統(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 結語

本課題結合頂管機的市場需求以及施工現(xiàn)場的具體情況，對頂管機的遠程自動控制系統(tǒng)進行了設計，并通過現(xiàn)場施工對該控制系統(tǒng)進行驗證，驗證結果表明該控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，能較好地實現(xiàn)對頂管機的遠程自動控制，該系統(tǒng)的實現(xiàn)避免了用戶需要到現(xiàn)場對程序進行診斷的麻煩，提高了頂管工作效率，從一定程度上節(jié)省了人力、物力、財力。

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

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

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

[4]楊文忠，章兢.基于串口服務器的指紋網(wǎng)絡考勤系統(tǒng)[J].微計算機信息，2006，（26）：7-8.