❖ 目前机械设备的计算机控制系统主要包括以下几类：
• 嵌入式微控制器 。 • 工业计算机控制系统 • 可编程控制器（PLC）控制系统 • 现场总线控制系统
Date: 2020/7/25
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1.2 机械设备电气控制系统基本形式
❖ 嵌入式微控制器
• 嵌入式微控制器具有体积小、功能强、抗干扰能力强、 价格低廉等优点，广泛应用于各种机械设备的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制系 统中，但一般应用于控制要求较简单的中小型机械设 备或生产过程控制
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1.2 机械设备电气控制系统基本形式
❖ 现场总线控制系统
• 现场总线控制系统是采用现场总线技术形成的控制系 统，本质上是一种计算机局域网络系统。它是依靠具 有检测、控制、通信能力的嵌入式控制器，数字化仪 表（设备）在现场实现彻底分散控制，并以这些现场 分散的测量、控制设备单个点作为网络节点，将这些 点以总线形式连接起来，形成一个现场总线控制系统。 所以，现场总线控制系统是一种全数字、全分散的控 制系统。
• 可靠性较低
• 虽然继电—接触器控制系统存在上述不足，但是仍能满足很多中 小型机械设备的自动控制要求，仍是最基本的电气控制系统之一， 同时也是盾构等大型机械设备电气控制系统设计的基础
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1.2 机械设备电气控制系统基本形式
❖ 无触点逻辑控制
• 无触点逻辑控制系统与继电逻辑控制系统本质上是相 同的，只是使用三极管、可控硅、数字集成电路等半 导体元件替代继电器、接触器等有触点控制与执行电 器。
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1.2 机械设备电气控制系统基本形式
❖ 继电—接触器控制系统
• 继电—接触器控制系统以硬接线的方式保证顺序动作的实现，直 观、形象，结构简单、价格便宜。广泛应用于各种机械设备。
• 但也存在很多缺点： – 通用性和灵活性差、修改、调试不便； – 不能实现机械设备模拟量参数的测试与自动控制； – 经常产生电弧，容易烧损触点，从而造成开关动作不可靠、 维修不便。
• 计算机控制系统的优点是功能强大、性能优异、可靠性高、抗干 扰能力强、寿命长，缺点是系统组成不直观，，故障判断与处理 较困难等，因此对系统使用与维护人员要求高，要求使用与维护 人员具有较全面较扎实的计算机与自动控制方面的理论知识与实 践经验。 。
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1.2 机械设备电气控制系统基本形式
• 因此，与继电—接触器控制系统相比较，具有体积小、 可靠性好、反应速度快、寿命长等优点。
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1.2 机械设备电气控制系统基本形式
❖ 计算机控制系统
• 随着微电子技术及计算机技术的飞速发展，机械设备的电气控制 系统普遍采用了计算机，计算机以其强大的功能和灵活性为机械 设备的设计与应用带来了前所未有的进步与发展，尤其是盾构这 样的大型、超大型机械设备必须采用计算机控制系统才能满足其 工艺与控制要求。
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1.2 机械设备电气控制系统基本形式
❖ 工业计算机控制系统
• 工业计算机—IPC是采用PC架构并采取多种有效技术 措施以适应工业现场恶劣环境的计算机系统，因此， 以工业计算机IPC为核心构建的控制系统具有系统开 发方便，可以充分利用PC机的强大软件资源的优点， 具有强大的数据运算和处理能力，功能强大、性能优 异。可以比较容易的开发较复杂的控制程序，具有强 大的数据处理与图形显示功能，所以比较适用于控制 算法比较复杂的过程控制系统。
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1.1 大型机电设备电气控制系统的基本要求与特点
❖ 系统可靠性与先进性
• 电气控制系统是整个盾构系统的控制与操作核心，盾构工作环境 恶劣、条件复杂、维护维修条件及保障能力差，所以作为整个设 备核心的电气控制系统的可靠性对于保证盾构稳定高效可靠地工 作是至关重要的。
• 因此，盾构电气控制系统设计的第一原则便是在保证盾构系统整 体可靠性与性价比的前提下，采用当代最先进的自动控制与计算 机控制技术。
❖ 计算机数据采集系统在PLC控制系统的基础上可以同时实 现施工数据的采集、显示、汇总、统计甚至分析，为施工 管理人员科学管理、科学施工创造很好的条件。
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1.2 机械设备电气控制系统基本形式
❖ 可编程控制器（PLC）控制系统
• 可编程控制器是微型计算机技术与继电—接触器控制等常规控制 技术相结合的产物，是在继电—接触器控制系统和计算机控制系 统基础上发展起来的新型控制器。所以以PLC(可编程控制器)为 核心组成的控制系统计既具有继电—接触器控制系统简单易懂易 于理解的优点，也具有计算机控制系统的灵活方便、柔性强的特 点，同时比一般的计算机系统具有可靠性强的优良特性。自 1969年诞生世界上第一台PLC以来，很快被世界上机械设备控制 系统及生产过程控制系统广泛采用，PLC一直是工业控制产品中 市场占有率最高的产品。目前，诸如盾构这样的大型机械设备全 部采用PLC控制系统。
大型机电设备电气控制系统
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第一章 概述
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大型的施工机械设备的电气控制系统是 整个设备的控制核心，作用非常关键， 其电气控制系统也随着技术水平的不断 进步而不断改进，当前，诸如TBM、盾 构这样的典型大型机电设备的电气控制 系统均采用最先进、可靠的技术与设备 以保证性能的充分发挥。
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第二章 现场总线技术
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§2.1 现场总线的产生
• 现场总线（Fieldbus）是用于现场仪表、控制系统、控制室之间的一种全分 散、全数字化、智能、双向、互联、多变量、多点、多站的智能设备互连通 讯网络。
• 现场总线作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程 现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。