主站负责主控制室对盾构机泥水输送系统进行远程操作，对整个泥水输送系统进行监视管理，对P1.3泵、P2.1泵、阀组进行远程监视与控制，与盾构机主机进行操作联锁，对人机界面显示提供支持。其中，掘进PLC控制系统与泥水循环PLC控制系统需要交换的信号为101个模拟输出和数字输出信号。

各个泵站控制柜内配置S7-200PLC，使各泵可以单独控制和调试，同时增加Profibus-DP通讯卡，与主站S7-300通过Profibus-DP总线通讯，方便主控制室的远程监视与控制。进、排浆泵控制系统选用S7-200PLC完成就地控制。S7-200PLC对电动机冷却风机，轴封水泵，管道上的电磁阀、压力传感器，柜内通风冷却，变频保护等设备的工作状态进行监视与控制，并将各状态通过内部总线输入至通讯模块后由Profibus-DP总线与主控制台进行通讯，主控制台再将进、排浆泵系统的电流、电压、转速以及泵和阀的启停操作、速度调节等运行状态在HMI工作画面上显示与控制。

各泥浆泵控制柜、阀门控制箱、地面监控站为从站结构，选用S7-200PLC控制，各泥浆泵控制柜、阀门控制箱放置于各泥浆泵、阀门旁边，其中一个阀门控制箱作为本地控制，地面监控站设在地面监控室。各套控制系统通过ProfibusDP现场总线与主站通讯。地面监控站采用S7-200PLC+Profibus-DP模块+计算机终端，同步显示远程控制站的泵、阀运行状态，当且仅当远程控制站切换为地面控制时，地面监控站具有操控泵、阀的控制功能，同时远程控制失去控制功能。

从站PLC主要完成泵、阀门信号及操控状态的采集和处理，过程参数的设定和监视，过程控制，设备的连锁控制，报警检测等控制。通过Profibus-DP总线与主控制站进行通讯，操作人员可以通过远程操作站对系统远程操作控制和监视系统工作状况。每套设备机旁设有操作面板，操作人员可以在本地进行控制和维护。另外，系统设置有开挖舱液位、压力和流量监视功能，并能够自动将液位控制在设定范围，实现液位的自动控制。

泥浆泵的驱动电机全部选用交流电机，交流电机的调速控制均采用schnielderAltivar71变频器+Profibus-DP通讯卡+S7-200PLC，变频器的运行状态、参数及远程调速控制均由Profibus-DP通讯卡与主站直接通信，ATV71系列是第一代采用DTC技术的变频器，它能够通过开环方式对转速和转矩进行准确控制（图3），而且动态和静态指标优于PWM闭环控制指标[2]。采用Profibus-DP网络和西门子S7系列PLC搭建整个系统，总线采用2芯5类电缆作为传输介质，通讯速度可以达到12MBP，为解决长距离盾构隧道掘进通讯信号传输衰减及隧道内用电安全等问题，采取在每个本地控制柜增加光电隔离中继放大器的措施。

以上设计的泥水循环控制系统已经成功应用于海瑞克盾构机中，该系统具有以下优点：（1）先进性与适用性：系统的技术性能和质量指标达到国际同类产品的领先水平，系统的安装调试、软件编程和操作使用便易行，适合中国国情和本特定系统的特点。（2）经济性与实用性：通过严密、有机组合，实现了最佳的性能价格比，在保证系统功能实施需求的前提下，节约工程投资，经济实用。（3）可靠性与安全性：系统的设计具有较高的可靠性，具备因系统故障或事故运行中断后，确保系统紧急停车并迅速恢复的功能，同时系统拥有一整套完善的故障管理设施，可以保证系统的运行安全。

作者：安冬云廖潇寇宝庆张华芬张树凯单位：中国石油天然气管道局第四工程分公司