[發(fā)明專利]基于網(wǎng)絡(luò)通訊的頂管機(jī)刀盤直接轉(zhuǎn)矩變頻控制系統(tǒng)及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911107266.5
• 申請(qǐng)日: 2019-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN110778325A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王輝;王開強(qiáng);孫慶;馮文強(qiáng);王志云;朱曉冬;邢朋飛;伍勇軍;崔健;崔立山;吳劍波;王暢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中建三局集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): E21D9/10
• 分類號(hào): E21D9/10;H02P27/08;H02P23/30;H02P5/46
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 王丹

本發(fā)明提供一種基于網(wǎng)絡(luò)通訊的頂管機(jī)刀盤直接轉(zhuǎn)矩變頻控制系統(tǒng)及方法，包括若干臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)頂管機(jī)刀盤的電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)均配有一臺(tái)變頻器控制，每臺(tái)變頻器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與主站控制單元通訊連接；主站控制單元同時(shí)向每臺(tái)變頻器發(fā)送相同的控制命令；每臺(tái)變頻器同時(shí)收到主站控制單元的控制命令后，采用DTC直接轉(zhuǎn)矩控制方式，分別控制對(duì)應(yīng)的電機(jī)；每臺(tái)電機(jī)獲得相同的轉(zhuǎn)矩輸出，控制頂管機(jī)刀盤。本發(fā)明通過(guò)給每臺(tái)電機(jī)配備一臺(tái)變頻器，由主站控制單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一控制所有的變頻器，從而使每臺(tái)電機(jī)同時(shí)獲得相同的控制指令，使頂管機(jī)刀盤驅(qū)動(dòng)的多電機(jī)負(fù)載平衡，從而提高頂管機(jī)的脫困能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于頂管機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)通訊的頂管機(jī)刀盤直接轉(zhuǎn)矩變頻控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

隨著頂管施工方法在國(guó)內(nèi)的普及與發(fā)展，頂管機(jī)掘進(jìn)會(huì)遇到地層越來(lái)越復(fù)雜，頂進(jìn)距離也越來(lái)越長(zhǎng)。針對(duì)長(zhǎng)距離曲線巖石頂管機(jī)，頂管機(jī)刀盤需要提供較大的扭矩，且需要較大的脫困能力。

由于頂管機(jī)刀盤驅(qū)動(dòng)中采用多電機(jī)（如3臺(tái)電機(jī)）通過(guò)各自的減速器共同驅(qū)動(dòng)刀盤大齒圈的形式。傳統(tǒng)的頂管機(jī)刀盤驅(qū)動(dòng)變頻器采用一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)的方式，采用這種形式由于電機(jī)制造上的差異，每臺(tái)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的負(fù)載會(huì)有差異，會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)的負(fù)載不平衡，當(dāng)頂管機(jī)刀盤遇到低速大扭矩的脫困工況時(shí)，會(huì)因負(fù)載不平衡造成頂管機(jī)脫困能力不足。更嚴(yán)重的負(fù)載不平衡產(chǎn)生的瞬時(shí)扭矩過(guò)大會(huì)對(duì)減速機(jī)、聯(lián)軸器、齒輪等傳動(dòng)系統(tǒng)造成損壞。而且變頻器一拖多的驅(qū)動(dòng)形式只能采用V/F控制形式，控制精度較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)更精確的控制。并且變頻器一拖多的控制形式無(wú)法準(zhǔn)確的監(jiān)控每臺(tái)電機(jī)的電流、電壓、扭矩等工作狀態(tài)，無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算刀盤實(shí)際運(yùn)行扭矩，不便于對(duì)頂管機(jī)刀盤進(jìn)行精確的扭矩控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種基于網(wǎng)絡(luò)通訊的頂管機(jī)刀盤直接轉(zhuǎn)矩變頻控制系統(tǒng)及方法，使頂管機(jī)刀盤驅(qū)動(dòng)的多電機(jī)負(fù)載平衡，從而提高頂管機(jī)的脫困能力。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為：一種基于網(wǎng)絡(luò)通訊的頂管機(jī)刀盤直接轉(zhuǎn)矩變頻控制系統(tǒng)，包括若干臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)頂管機(jī)刀盤的電機(jī)，其特征在于：每臺(tái)電機(jī)均配有一臺(tái)變頻器控制，每臺(tái)變頻器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與主站控制單元通訊連接；主站控制單元同時(shí)向每臺(tái)變頻器發(fā)送相同的控制命令；每臺(tái)變頻器同時(shí)收到主站控制單元的控制命令后，采用DTC直接轉(zhuǎn)矩控制方式，分別控制對(duì)應(yīng)的電機(jī)；每臺(tái)電機(jī)獲得相同的轉(zhuǎn)矩輸出，控制頂管機(jī)刀盤。

按上述方案，所述的主站控制單元連有人機(jī)交互界面，主站控制單元通過(guò)人機(jī)交互界面接收指令，每臺(tái)變頻器的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)返回主站控制單元后顯示在人機(jī)交互界面上。

按上述方案，所述的主站控制單元為PLC控制器。

按上述方案，所述的網(wǎng)絡(luò)為以太網(wǎng)。

按上述方案，所述的主站控制單元設(shè)置在控制室內(nèi)，所述的以太網(wǎng)包括控制室以太網(wǎng)交換機(jī)、頂管機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)和Modbus/TCP模塊，每臺(tái)變頻器對(duì)應(yīng)一個(gè)Modbus/TCP模塊；主站控制單元通過(guò)網(wǎng)線與控制室以太網(wǎng)交換機(jī)連接，控制室以太網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)通信光纖與頂管機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)連接，頂管機(jī)以太網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)網(wǎng)線與最近的一臺(tái)變頻器的Modbus/TCP模塊連接，若干臺(tái)變頻器的Modbus/TCP模塊順次通過(guò)網(wǎng)線連接。

所述的頂管機(jī)刀盤直接轉(zhuǎn)矩變頻控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：本方法包括：

主站控制單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與每臺(tái)變頻器通訊，獲得每臺(tái)變頻器的運(yùn)行參數(shù)，并同時(shí)發(fā)送相同的控制指令給每臺(tái)變頻器；

每臺(tái)變頻器同時(shí)接受主站控制單元的控制指令，采用DTC直接轉(zhuǎn)矩控制方式，分別控制對(duì)應(yīng)的電機(jī)；

每臺(tái)電機(jī)獲得相同的轉(zhuǎn)矩輸出，控制頂管機(jī)刀盤。

按上述方法，所述的主站控制單元同時(shí)將速度給定值發(fā)送給每臺(tái)變頻器；所述的DTC直接轉(zhuǎn)矩控制方式具體為：