本实用新型涉及盾构机自动化控制技术领域中的一种盾构机用螺旋输送机控制装置。
背景技术：
目前，盾构机上螺旋输送机的控制都为开环控制，根据现场施工情况人为手动设定转速。通过螺旋转速的变化来控制土仓内的土压。在土压波动较大的施工现场，此种控制方式往往会发生因控制反应滞后而造成超排或闷仓，进而影响施工的进度和质量。因此，为了能够稳定的控制土仓压力变化，提高现场施工的效率，闭环控制会有效的解决上述控制不稳定问题。将土仓内土压的实际值为反馈量，螺旋输送机马达伺服阀为被控量，通过比较实际土压与设定值后通过控制系统PID算法来对被控量进行精确控制。因此，研制开发一种盾构机用螺旋输送机控制装置一直是急待解决的新课题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种盾构机用螺旋输送机控制装置，该实用新型通过闭环控制精确调节螺旋机的转速来实现盾构机对土压的精确控制，设计一种基于PID控制的闭环控制装置，能够准确稳定的控制螺旋机的转速，有效的解决了因土压变化大而造成的螺旋机转速控制滞后的问题。
本实用新型的目的是这样实现的：一种盾构机用螺旋输送机控制装置，包括执行单元、检测单元及控制单元，盾构机用螺旋输送机控制装置的电源回路供电为400VAC，变压器U1与400V电源连接，开关电源U2与变压器U1连接，上位机B1与变压器U1连接，传感器A1与控制器PLC连接，控制器PLC与比例伺服阀FV1连接，比例伺服阀FV1与活塞缸V1连接，活塞缸V1与马达M1连接，马达M1与马达M2连接。
本实用新型的要点在于它的结构，其工作原理是，通过土压传感器检测土仓压力值，将压力值分别发送给可编程逻辑器（PLC）和上位机。PLC将传感器值进行运算，上位机接受现场设定土压值、PID控制参数及显示实际土压值。PLC根据实际测量值和实际反馈值通过PID算法来输出4-20mA控制电流用来驱动液压伺服阀,驱动泵流量大小通过伺服阀和活塞缸来控制。最终通过调节供给马达的流量大小来控制螺旋输送机的转速。
所述的一种盾构机用螺旋输送机控制装置的有益效果是：
区别于传统的开环控制，本实用新型在检测单元、控制单元和执行单元之间形成闭环控制，通过PID算法来对土压的变化做提前的判断，进行超前控制，完全可以避免开环控制给土仓压力造成的巨大波动，本控制装置采用PID算法，比例系数(KP)、积分时间(KI)和微分时间(KD)是 PID控制装置设计的核心内容，所有参数根据被控对象及控制过程的特性来确定的，本系统的PID参数可通过上位机随时写入，增加控制装置操作的人性化，同时也可以减少后期装置调试和维护的难度。
将广泛地应用于盾构机自动化控制技术领域中。
附图说明
下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。
图1是本实用新型的电路原理图。
图2是本实用新型的方框图。
具体实施方式
参照附图，一种盾构机用螺旋输送机控制装置，包括执行单元、检测单元及控制单元，盾构机用螺旋输送机控制装置的电源回路供电为400VAC，变压器U1与400V电源连接，开关电源U2与变压器U1连接，上位机B1与变压器U1连接，传感器A1与控制器PLC连接，控制器PLC与比例伺服阀FV1连接，比例伺服阀FV1与活塞缸V1连接，活塞缸V1与马达M1连接，马达M1与马达M2连接。
所述的一种盾构机用螺旋输送机控制装置的工作原理是，通过土压传感器检测土仓压力值，将压力值分别发送给可编程逻辑器（PLC）和上位机。PLC将传感器值进行运算，上位机接受现场设定土压值、PID控制参数及显示实际土压值。PLC根据实际测量值和实际反馈值通过PID算法来输出4~20mA控制电流用来驱动液压伺服阀,驱动泵流量大小通过伺服阀和活塞缸来控制。最终通过调节供给马达的流量大小来控制螺旋输送机的转速。
下面根据实施例进一步叙述本实用新型：
见图2，一种盾构机用螺旋输送机控制装置包括：检测单元、控制单元及执行单元；检测单元为土压传感器206；控制单元包括可编程控制器（PLC）202以及上位机201；其中执行单元包括比例伺服阀203、液压泵204及马达205。
在设计一种盾构机用螺旋输送机控制装置中，土压传感器206是用来检测土仓内的土压值，实际土压值作为被控对象。通过上位机201设定期望土压值及调节参数，在(PLC)202中激活PID控制器后，PLC计算后的期望值转换成4-20mA标准电流信号去驱动比例伺服阀203，通过203来调节驱动泵204的流量，从而实现调节最终旋转马达205的转速。在整个控制过程中，PID控制器对马达205的调节属于无级调速。通过优化参数可以对土压进行稳定控制。
一种盾构机用螺旋输送机控制装置的控制算法是基于PID调节控制实现的，简单说，PID 调节的各环节的作用如下：
(1) 比例环节：及时成比例地反映控制装置的偏差信号 e(t)，偏差一旦产生，控制器立即产生调节作用，主要反映控制器的响应速度。
(2) 积分环节：主要用于消除静差提高装置的无差度。积分作用的强弱取决于积分时间常数，积分时间常数越大，积分作用越弱，反之则越强。
(3) 微分环节：能够反映偏差信号的变化趋势，即偏差信号的变化速率，并能在偏差信号变得很大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。
PID 控制器控制算法的表达式为：
其中L（t）为t时刻的输出值，e(t)为t时刻的偏差值，KP为比例系数，KI为积分时间常数，KD为微分时间常数。
所述的KP，KI，KD由所述的上位机202进行输入。