盾构机远程驾驶技术方案，涌舟铁路地面盾构机远程驾驶系统

1. 项目概述

盾构机当前的控制系统通过一个现场控制台（琴台）进行操作，主要功能包括推进、刀盘旋转、液压系统、真空系统等。为了实现远程控制，地面将新增一个远程琴台，作为地面操作员的交互界面。该琴台将通过西门子S7-1200 PLC连接至Node-RED远程控制平台，并与盾构机现场的S7-1500 PLC通信，实现对现场设备的远程操作和状态监控。

目标：

· 在地面增设一个琴台，具备与现场琴台相同的操作功能。

· 通过S7-1200和Node-RED，实现远程琴台对盾构机的控制与监控。

· 确保远程控制的安全性、实时性和可靠性。

2. 设备和系统架构

2.1 设备清单

现场控制系统：

o 西门子S7-1500 PLC

o 盾构机现场琴台

地面远程控制系统：

o 西门子S7-1200 PLC

o Node-RED服务器（运行远程控制界面）

o 地面琴台（新设，具备与现场琴台一致的操作功能）

2.2 系统架构图

远程控制的整体架构如下：

1. 地面琴台 通过S7-1200连接Node-RED服务器。

2. Node-RED服务器 负责与S7-1200通信，并将操作指令通过S7协议或Modbus/TCP传输给现场的S7-1500 PLC。

3. S7-1500 PLC 接收到远程指令后执行具体操作，并将反馈数据传递给Node-RED，用于在地面琴台上显示系统状态和反馈信息。

3. 技术实现方案

3.1 地面琴台设计

地面琴台的布局和按钮功能将完全仿照现场琴台，如您提供的照片。主要控制点包括：

· 推进系统： 启动、停止、调速按钮和推进状态指示灯。

· 刀盘旋转： 启动、停止、调速按钮及状态反馈。

· 液压系统： 启动、停止和压力指示。

· 真空系统： 真空泵启动/停止控制及反馈状态。

· 报警和复位按钮： 显示系统故障报警并提供复位功能。

所有按钮和指示灯通过I/O模块连接至S7-1200 PLC，由PLC采集按钮信号并传递至Node-RED，或通过S7-1500反馈到地面琴台的状态指示灯。

3.2 S7-1200和S7-1500 PLC通信配置

1. 

S7-1200 PLC：

2. 

o 地面琴台上的所有按钮、旋钮、指示灯通过I/O模块接入S7-1200 PLC。

o 配置S7-1200与S7-1500的网络连接，通过Profinet或以太网进行通信，确保指令能够快速且稳定地传递到S7-1500。

o 设置与Node-RED服务器的通信节点，负责接收Node-RED的远程控制命令，并将其转发给S7-1500 PLC。

3. 

S7-1500 PLC：

4. 

o 接收S7-1200的指令，执行盾构机的各项控制操作。

o 将当前盾构机的状态（如推进速度、刀盘转速、液压压力等）反馈给S7-1200，以便在地面琴台上显示。

3.3 Node-RED配置

1. Node-RED服务器：

o 在Node-RED中配置node-red-contrib-s7节点，建立与S7-1200的通信。

o 设计Dashboard，提供Web界面，用于远程控制和监控（如需额外的可视化操作界面）。

o 通过S7-1200，将控制指令转发给S7-1500，确保操作指令准确传递到现场设备。

2. 远程控制界面（可选）：

o 如果地面琴台的物理按钮不足以满足所有远程控制需求，可以通过Node-RED的Dashboard提供额外的虚拟控制界面，用于更多控制和监控功能的实现。

3.4 安全与容错机制

1. 访问权限：

o 为防止未经授权的操作，Node-RED的Dashboard界面将设置多级用户权限，确保只有经过授权的用户才能进行远程控制。

2. 通信加密：

o 通过VPN或加密协议确保地面与现场PLC之间的通信安全，避免数据被截获或篡改。

3. 容错处理：

o 在网络通信异常或中断时，系统将自动进入安全模式，确保盾构机停机或维持在安全状态。

4. 测试与调试计划

4.1 系统功能测试

1. 基本功能测试：

o 测试地面琴台的各项操作是否能够正确传输至现场盾构机，包括启动、停止、调速等基本功能。

2. 反馈信息测试：

o 确认地面琴台的指示灯、报警灯等能否准确反映现场设备的运行状态和故障报警情况。

3. Node-RED通信测试：

o 测试Node-RED与S7-1200之间的通信是否稳定，并确保操作指令能够通过Node-RED正确传输到S7-1500。

4.2 异常与安全测试

1. 通信中断测试：

o 模拟地面与现场PLC之间的通信中断，确保系统能够在通信中断时进入安全状态（如停止推进或刀盘旋转）。

2. 紧急停止与复位功能测试：

o 测试地面琴台上的紧急停止按钮和复位按钮，确保在紧急情况下能够迅速停止盾构机的运作，并通过复位按钮恢复正常运行。

5. 维护与升级

· 定期检查Node-RED与S7-1200之间的通信稳定性，更新Node-RED的插件和界面。

· 根据实际操作需求，添加或优化地面琴台的控制功能（如增加更多的报警处理、控制逻辑优化等）。

· 对PLC程序进行定期维护，必要时进行固件更新以确保系统稳定性。

6. 总结

通过新增地面琴台，并结合Node-RED与PLC系统的通信，您将能够实现盾构机的远程控制与实时监控。整个方案基于现有的S7-1500系统进行扩展，使用S7-1200作为中继设备，同时结合Node-RED实现人机交互界面，确保操作的灵活性和安全性。