TM625PMX3自动土压控制系统Word格式文档下载.docx
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1-1)自动土压控制的概要
本机的自动土压控制装置,通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行常时监视,利用装在后续台车上的操作盘内PLC计算出与操作目标值(管理土压值)的差值,通过PID控制,自动调整螺旋机转速的控制指令值。
计测土压(左右土压的平均值)高于目标值时增加回转速度,反之减少回转速度。
增减程度可通过后述的[参数]进行变更。
举例如下:
(1)掘进速度变化时的自动土压控制动作
由外部因数引起的掘进速度变化的例子。
掘进速度变化时土仓土压的变化情况。
由于土压偏离目标值,产生偏差,这时通过自动控制螺旋机回转速度来减少偏差量。
(2)改变目标土压值时的自动土压控制动作
掘进速度不变的情况下改变土压目标值时的例子。
与计测土压变化时一样,同样产生土压偏差。
由于土压偏离目标值,产生偏差,这时通过自动控制螺旋机回转速度来减少偏差量。
只要目标值与计测值仍存在偏差,这种控制将一直持续。
因此自动控制期间在目标值附近,有时会发生回转速度反复上下微幅跳动,这种现象是由自动控制引起的,属正常现象。
(但当螺旋机回转速度的振幅异常大而不收敛时,就需重新调整控制参数,请参照后述的[参数]项)
2.自动土压控制装置的使用方法
2-1)土压控制Window
自动土压控制的目标土压设定,通过操作盘触摸屏的运转操作画面或计测监控画面的自动土压控制Window进行。
⑥
⑤
④
③
②
①
1土压控制监控
显示目前的土压控制状态。
显示的信息为:
「自动控制中」------自动土压控制在实施。
「手动控制中」------自动土压控制不在实施。
请用手动旋钮设定螺旋机回转速度。
「准备中」------虽为自动模式,但螺旋机没有起动。
「过渡控制中」------自动控制→手动控制切换时的「过渡控制」正在实施。
详细请参照2-3自动土压控制的终了方法。
2土压警告灯
过少灯---与手动/自动土压控制无关,与目标土压值相比,当计测土压减少到一定值以上时灯亮-点灭。
过大灯---与手动/自动土压控制无关,与目标土压值相比,当计测土压上升到一定值以上时灯亮-点灭。
3自动土压控制模式切换SW
自动---转换到自动土压控制模式。
手动---转换到手动土压控制模式。
4计测土压表示监控
显示目前的计测土压。
计测土压为左右土压计的平均值。
5目标土压表示监控
显示所设定的目标土压值。
目标土压的变更通过⑥的目标土压变更SW进行。
6目标土压变更SW
此开关变更目标土压。
目标土压在⑤的目标土压显示监控上显示。
▲---按下此SW,目标土压上升。
▼---按下此SW,目标土压减少。
2-2)自动土压控制开始
为开始自动土压控制,请将土压控制Window的③自动土压控制模式切换SW置于[自动]。
但如下列条件不成立,则无法切换到自动模式。
掘进模式+推进油缸高压伸+螺旋机回转可能
另外,在自动模式下,当螺旋机回转后才开始自动土压控制。
其次,在螺旋机停止期间,置③自动土压控制开始SW于[自动],在此状态下也能起动螺旋机。
但此时,因自动模式起用时的回转速度为零,这时如计测土压≒目标土压,尽管不排土也进行掘进。
其后可考虑在土仓内土压上升后进行有效的控制。
因此,为实现稳定的土压控制,开始时请尽量手动调节螺旋机回转速度,等到土压平衡后再切换到[自动]。
2-3)自动土压控制终了
为结束自动土压控制,置③自动土压控制模式开始SW到「手动」。
在螺旋机回转期间进行「自动模式」→「手动模式」切换时,自动控制时的回转速度与通过手动调整旋钮设定的回转速度的差引起的急剧段差可能对切削面产生不良影响。
本机如产生这么急剧的回转差时,回转速度会有一个自动圆滑过渡的处理。
(过渡控制)
但如此时的自动输出值与手动设定值的差极大时,即使进行过渡控制,回转速度也急剧变化,可能对掘进产生坏的影响。
在这种情况下,自动土压控制期间先将手动旋钮设定到目前的回转速度附近后再切换到[手动模式]。
自动→手动切换时,在进行这样的[过渡控制]期间,土压控制监控器上显示[过渡控制中]。
另外,中断掘进时,及目标土压与计测土压间的差在许容值以上(参照2-5)时,强制解除[自动模式],切换到[手动模式]。
2-4)自动控制开始-终了操作流程
2-5)土压控制的警报
无论是自动土压控制或是手动土压控制,当计测土压与目标土压的差大于许容值时(许容值可通过参数变更。
变更方法请参照3.参数),②土压警告灯点灭。
另外,在自动土压控制时,此差变大时,会中断自动控制,停止推进油缸,停止螺旋机。
停止时,请手动调整螺旋机的回转速度直至计测土压回到目标土压。
自动模式时,由目标土压与计测土压的差引起的联锁
土压状态
联锁
计测土压-目标土压:
土压过大许容值(警报)以上
土压过大警报
推进油缸暂时停止
土压过大许容值(注意)以上
土压过大警报(注意)
目标土压-计测土压:
土压过少许容值(注意)以上
土压过少警报(注意)
土压过少许容值(警报)以上
土压过少警报,自动土压控制解除,推进油缸停止,螺旋机停止。
例:
下列条件下发生自动土压控制联锁:
目标土压0.1MPa
土压过大许容值(警報)0.05MPa
土压过大许容值(注意)0.03MPa
土压过少许容值(注意)0.03MPa
土压过少许容值(警報)0.05MPa
3.土压控制(PID)参数
3-1)土压控制(PID)参数
在自动土压控制的PID控制上有规定其动作的参数。
根据掘进土层的情况,有时有必要变更该参数的设定。
本公司在工厂试运转时,在无负载的情况下调整并设定了PID参数。
在实际掘进时往往会发生工厂出货时的调整数据下无法实现正常的控制特性。
此时,通过变更PID控制参数,可望改善控制特性。
设计上为便于变更,本机在为数众多的PID参数中,开放基本的控制特性变更部分为有效。
可变更的PID参数
抽样周期
比例定数
积分时间
微分时间
过滤系数
3-2)土压警报参数
设定自动土压控制的土压变动许容值的参数。
土压警报参数的种类
土压过大许容值(警報)
土压过大许容值(注意)
土压过少许容值(注意)
土压过少许容值(警報)
如无特殊理由,请使用工厂出货时的土压警报参数。
万一变更参数时,请充分小心。
参数的随便变更会增加闭塞及土层坍塌等的危险。
3-3)参数变更方法
参数的变更通过操作盘的触摸屏进行。
1.按下画面下部的菜单开关的[辅助操作],显示其它的设定画面。
其它设定画面显示SW
2.按下其它设定画面内的[土压控制参数画面表示SW]。
土压控制参数画面显示SW
3.显示密码输入Window。
输入密码后按下「ENT」。
密码为「1234」。
4.输入密码正确时,显示土压控制参数输入画面。
土压控制参数输入画面共有3个。
第1页-----PID-1(土压PID)用参数输入画面
第2页-----PID-2(螺旋机回转速度PID)用参数输入画面
第3页-----土压警报参数输入画面
5.参数的变更
A)按下各参数的①开关部分,显示②数字键。
B)按下②数字键输入变更值,然后按下「ENT」。
「ENT」按下时数字键消失。
C)显示后一画面-前一画面时,按下③画面切换开关。
D)需变更多个参数时重复A~C。
E)必要的参数变更完成后,按下④画面CLOSE开关。
3-4)参数的说明
[1]PID控制参数
本系统采用2段PID回路实现自动土压控制。
PID-1-----控制土压的PID回路。
PID-2-----通过PID-1演算得到的指令值作为螺旋机回转速度的目标值,控制螺旋机。
在进入PID控制前,规定PID演算处理的时间间隔。
时间短时虽动作连续,但因增加了单位时间的处理次数,故PID以外的控制变慢。
不喜欢细微变动等时,请延长周期。
为除去输入的模拟计测值等上的高频杂音成分等而给予的一次迟缓效果。
越大则过滤效果越强,应对性就变迟缓。
此值为一次迟缓时对应定数的值,0值时没有过滤效果。
·
比例常数P
规定PID中的P(比例)动作。
显示MV=Kp*E,也叫“比例放大”。
数值越大,效果越好。
这时的操作量MV与偏差已成比例,其系数为比例常数。
积分时间I
积分动作为了消除偏差,使操作量连续地变化,并与比例动作组合起来,做为PI控制、PID控制使用。
此时,P和I的操作量相等为止的时间,称为积分时间。
数值越小,效果越好。
比例动作(P)产生的残留误差可以清除。
微分时间D
微分动作是产生偏差时,给于与该变化速度成比例的操作量,使偏差减少的动作。
此时的微分动作的操作量等于比例动作量为止的时间,称为微分时间。
这些与比例动作组合起来,做为PD、PID控制使用。
为了对偏差的变化量有效,在测量值的变动激烈的处影响大的活,有发生振动的可能性。
[2]土圧警報参数
土圧過大許容値(警報)
計測値≧目標値+土圧過大許容値(警報)
这样,为保护土层,避免闭塞,
土压过大灯闪灭
推进油缸暂时停止(只在自动土压控制时)
土压過大許容値(注意)
計測値≧目標値+土压过大許容値(注意)
土压過少許容値(注意)
計測値≦目標値-土压過少許容値(注意)
这样,为避免土层坍塌,
土压过少灯闪灭
土压過少許容値(警報)
計測値≦目標値-土压過少許容値(警報)
推进油缸停止(只在自动土压控制时)
螺旋机停止(只在自动土压控制时)
自動土压控制解除(只在自动土压控制时)
3-5)参数表
项目
设定范围
工厂出厂值
(变更值)
PID-1取样周期
1-60.00s
0.1s
PID-1比例常数(P)
1-100.00%
6.34%
PID-1积分时间(I)
1-3276.7s
43s
PID-1微分时间(D)
0-300.00s
0s
PID-1过滤器系数
0-100%
50%
PID-2取样周期
0.01s
PID-2比例常数(P)
0.30%
PID-2积分时间(I)
1.0s
PID-2微分时间(D)
0.04s
PID-2过滤器系数
30%
土压过大许容值(警报)
0-0.10Mpa
0.03Mpa
0.02Mpa
土压过少许容值(警报)
补充)所谓”缺损值”是指在弊工厂进行无负荷调整时的值,并非向用户提交时的值。
因有时会变更,故变更参数时请记录以前输入的值和新变更的值。
(附录)PID控制参数设定程序
这里解释有代表性的PID参数的设定要领。
这里所说明的是参数是前面叙述的PID控制回路NO。
1(PID-1:
土压控制用PID)。
请在基本的掘进开始前的无负荷状态下进行一次调试。
(出厂时,在本公司工厂试车时,做了粗略的调整)。
届时,用以下的[1]的方法,进行基本调谐,其后掘进开始后,土层稳定后,再用[2]的方法,通过适合土层的状况,掘进方法的微调,来最后确定参数。
[1]的无负荷基本调谐是出厂时,在本公司工厂的进行的,所以,设备规格只要未进行大的变更,就没必要做。
[1]基本调试
首先,使比例系数(以下称P)、积分时间(以下称I)、微分时间(以下称D)
该调试方法、在系统振动动作以前,是不敢定的,请勿在土层中,过多调试。
1首先不执行I和D。
I调至数值的上限,D设定为O。
这样系统只执行比例动作(P)。
土压计闭合放大器的校准开关等,给中一些信号(一定值)。
使土压目标质上下变动,制定系统的偏差。
在这里的偏差,最重要的是为了在PID控制的线形范围内进行调整而实际设想的(约0。
01-0。
03Mpa)偏差。
接下来,P值上升到输出(螺旋输送机转速)振动极限的附近。
P值一上升,不久开始振动。
(螺旋输送机的旋转速度大幅度反复升降)。
看到振动后,将振动的P值的85-90%设定的系统的比例系数。
(做一方面方便的标准,是盾构外形的10%(中=6000mm的话,P=600)左右]。
2接着,确定积分时间。
积分动作,可看出对偏差应答的梯度。
在这里,继续给一定的偏差,观察输出(螺
旋输送机回转速度)以怎样快的速度变化。
继续加一定的偏差时,系统向偏差缩小的方向增加或减少操作量(输出)。
偏差不缩小时,操作量更加增加。
其程度随积分时间I变化。
此时,此其它定量的确定,不如根据实际的操作工的操作感觉来确定。
一般地,越是直径大的盾构,整体的动作越有缓慢的倾向。
所以,请以由①通过盾构的直径确定的P值的
70%左右做为标准。
(如果P=600,则I=400-500左右)
3在接下来是微分时间I。
在盾构的PID中,管理对象是腔土压,这可以认为,如果掘进速度一定,则与(挖掘土工量—排土量)的时间累计成比例。
另一方面,控制对象的螺旋输送机转速,这同单位时间的排土量的成比例。
也就是在PID控制系统的外部,输出侧和输入侧的物理单位不同。
为此,考虑到整个控制回路的话,从输入(土压=单位时间的排土量成反比)来看,输出(螺旋输送机转速)是以时间微分的形式使用。
所以,不需用土压PID控制系统,执行微分动作。
请用省略补充值1=0(不微分)。
但土压变化做为线性系统近似的情况下,有时,大口径盾构几对干扰的反应会变的很慢。
此时,控制上,如做为[一个滞后+滞留时间系统使用,[滞留时间]的变化就可忽视,通常的线性PID对应中断,实际掘进时,变的不敢定。
为了缓和这种情况,用[2]项的土层掘进时的调整来设定微分时间,从而改善初始,有时是有效的。
[2]土层掘进时的调整
各种参数中,取样周期基本上是不须变更的。
如果取样周期过长,则控制变成阶段性的,控制的变化速度过快,结果有增加不敢定的倾向。
如果腔内土压、螺旋输送机转速的输入信号在短周期大幅度晃荡的话,请慢慢地增大过滤器系数。
小的晃荡在短周期内再现的情况下,请勿增加的过大。
反过来,既使在长周期,晃荡的幅度大的情况下,请略增大一些过滤器系数。
通过PID规定反馈控制的整体效果为是比例系数P。
掘进中变更运作时,请首先固定积分时间、微分时间、增减比例系数P。
一变更P,控制整体的增益就发生变化,相对于同一偏差的操作量MV的大小也改变。
贵值一次不要变的过多,请根据情况,按0。
5%(输入数值50)左右变更。
接下来,增减积分时间。
此时,请固定P、D参数。
积分时间改变相对于偏差的操作量增减时的梯度。
希望相对于偏差的变化量、操作量变化更快时,请减少该值。
如果过于小的话,微小的偏差,容易形成大的晃荡,振动状态,请注意。
这里一次增减的大致标准为1-5秒单位(输入数值10-50)。
微分时间,对应于偏差的变化速度,给与操作量。
如果土压或目标土压设定变化大,则操作量也会激烈变化,所以使用时要注意。
原则上,土压控制PID不用设定微分时间。
在土压值设定,掘进速度不变的条件下,希望加快初期应性性时效果好,但请限于2ms左右。
另外,为了容易振动,设定微分时间时,比例系数、积分时间应略微谨慎些较安全。
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