摘要：盾构管片拼装机是盾构机的重要组成部分，在掘进完成后，管片拼装机负责将预先制好的管片安装到刚开挖的隧道表面以此来支护刚开挖的隧道表面。管片拼装的质量将直接对地下水土的渗透和地表沉降产生影响。本文介绍的RMC运动控制器就是一种控制精度高、功能强大、安全稳定的运动控制器。得益于该运动控制器，使用RMC运动控制器闭环运动控制的管片拼装机已成功拼装多个区间的管片，反响良好。本文将从应用设计方面介绍这种基于RMC运动控制器的管片拼装机。
关键词：RMC运动控制器，闭环运动控制，高精度
1绪论
1.1 RMC运动控制器
RMC运动控制器是一种适用于精确控制液压阀控制方式的运动控制器。它能精确计算出受控件的运动轨迹，并让受控件按照计算出的运动轨迹来运动，就像通过地图导航到某个地点。受益于其高精度，应用于拼装机运动控制中能提高拼管片效率。
1.2 RMC运动控制器的特点
1）RMC运动控制器能实现多种反馈的高性能闭环运动控制。其支持的反馈信号有位置、速度、压强、压力等。
2）RMC运动控制器支持双闭环运动控制。
3）RMC运动控制器支持电动或液压多轴同步运动，最多支持8轴同步运动。
4）配套软件RMCtools使用简便，软件内的调试向导简单易懂，软件内有图形显示运动和压力分布曲线功能。通过运动曲线能更直观的了解设备在运动过程中的各个状态。
1.3 RMC150控制器硬件
RMC运动控制器其自身含有CPU模块，通讯接头和多轴控制功能，每一台RMC控制器可以控制8个严格同步的运动轴。RMC150的CPU模块标准配有以太网接口。RMC控制器支持四种位置反馈信号类型：
1）磁致线性伸缩传感器（MDT）
MDT双轴模块可以连接两路磁致伸缩直线位移传感器。此位移传感器可以是开始/结束型或脉宽调制（PWM）信号。这种绝对位置传感器特别适合液压轴定位因为它是非接触型检测，坚固，模块化并耐环境污物。
带SSI接口的磁致伸缩直线位移传感器可以提供比开始/结束型或脉宽调制（PMW）信号更高的位置分辨率，这种传感器可以接入RMC的SSI模块。
2）同步串行接口（SSI）
双轴SSI模块可以接两路SSI输出信号的传感器，很多类型的传感器带有SSI输出形式，其中包括磁致伸缩线性位移传感器，绝对编码器或激光测量装置。
3）正交编码器控制模块
双轴正交编码器控制模块可以接两路5V差动（RS-422）A，B，Z三相信号的传感器。很多类型的传感器和编码器带有5V差动（RS-422）A，B，Z三相信号输出形式。
除了A，B，Z（零脉冲）输入，每轴还有一个高速回零输入信号，一个驱动使能输出，一个驱动故障输入还有两路高速极限开关输入或高速位置锁存输入。
4）旋变信号模块
旋变轴模块可以连接旋变信号。这种单圈绝对位置传感器特别适合危险和恶劣的环境因为它结构简单，坚固耐用。
5）模拟（H）模块
双轴H模块可以连接±10V，±5V和4-20mA传感器信号，此模块带两路模拟输出和四路16位模拟输入来控制位置，速度，压力和力。
2 RMC运动控制器应用设计
2.1 拼装机简介
由于实际应用的盾构机为类矩形式盾构机，因此拼接管片需要左右两边各一台拼装机来完成整环管片的拼装。该拼装机的运动机构由大臂油缸、小臂油缸与回转转盘组成。
RMC运动控制器通过控制液压阀的开度来精确控制小臂、大臂与回转的运动，通过三轴联动避免了需要多次摇摆的拼装动作，只需要用一个摇杆就能实现直线运动。从而实现接取管片、移动到相应拼装位置、拼装管片这一拼装流程。
2.2 轴定义
在使用RMC运动控制器时要确定控制的运动轴有几条。在轴定义窗口里能进行设定。在拼装机的轴定义中，0--5号轴是运动轴，设定的运动类型是伺服位置控制、反馈输入信号类型是SSI信号，0--5号运动轴分别控制左右拼装机的大臂、小臂与回转；6--7号是虚拟轴。
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2.3 位置信号整定
2.3.1编码器位置信号整定
在编码器位置信号整定窗口中，需要设置编码器一圈所对应的位置量与计算量，以及设定计算量的零点与位置量与计算量之间是正比例还是反比例关系。如果角度显示不正确就需要设置计算量补偿，先确定当前编码器的角度，然后点击使用当前值按键再输入当前角度所对应的位置量，计算量补偿设定就完成了。
2.3.2行程位置信号整定
在行程位置信号整定窗口中，整定位置信号有两种选择，如果已经知晓变送器的规格参数则可以将位置量对应实际行程量、变送器的分辨率、零位以及位置量与计算量的比例关系输入进程序，程序会自动生成相应的参数。
如果对传感器的规格参数不太清楚，需要将受控件移动到两个任意位置，再填入我们需要的这两个位置的位置量。
2.4控制回路优化
闭环控制运动需要合适的pid参数来保证整个运动是自然平滑的，不然会出现油缸抖动，整个动作不自然等情况。该软件内有控制回路优化功能，启动调试向导，可以选择既有的运动曲线来生成pid参数也能选择自动调试生成相应的pid参数，这样就不用繁琐的计算参数，节省调试时间。但是自动生成的pid参数可能不是实际最佳的参数，仍需要手动调试略微修改相应参数。
2.5 监控参数组
在RMCtools的轴状态窗口中能监控各运动轴的目标位置、实际位置、目标速度、实际速度、控制输出、状态字与错误字的监控。在实际应用中，得益于RMC运动控制器的高精度其目标位置与实际位置能基本保持一致，保证了整个运动是安全可靠的。读取下方的错误字详细能得知具体是什么故障让调试人员有的放矢的排查错误。
2.6 通讯方式
我们使用profibus-dp实现plc与rmc之间的通讯，在rmctools中设置好相应的站号，然后在plc中同样设置好相应的通讯设置分配好输入输出地址就能很简单的实现rmc与plc之间的dp通讯。
2.7编程
Rmc运动控制器的编程方式是一种能跳转的按照步骤号执行的方式。
2.7.1程序触发
程序触发是rmc程序内必不可少的一部分，没有设置它就无法执行程序。在程序触发窗口中需要设置当满足什么条件时，就执行哪一段程序。
2.7.2位置量错误保护
位置量错误是运动的一个保护，如果某一个轴的位置量或控制阀输出超过了程序内预设的位置量，就会激活该保护停止当前的联动动作。
2.7.3单动
单动顾名思义就是只做一个轴的动作。单动程序部分是一段简单的开环运动程序，能直接设置控制输出电压以及输出变化斜率。程序中设置的输出电压是将收到的模拟量经过换算之后的值。由于是开环运动因此在拼接管片时只用于管片距离拼装位置较远时使用。
2.7.4联动
当管片距离拼装位置较近时，使用单动一个轴一个轴的动，这可能会触碰到其他已经拼好的管片，既危险又麻烦。此时就需要能让管片作直上直下的直线运动。而要实现这直线运动就需要拼装机的大臂、小臂以及回转的同时动作。而在RMC运动控制器中要实现联动需要将三个运动轴与一个虚拟轴设置为主从轴，再移动虚拟轴来实现三个运动轴的联动。主轴的运动位置量则需要通过计算来取得。
3结语
在实际应用RMC运动控制器中，我们发现其稳定可靠，一旦程序计算进入逻辑死区，控制器能立即停止动作；功能强大，能精确控制运动中的各项参数；RMCTools程序简单易用，节省大量编程与调试的时间。但是RMC运动控制器由于其精度很高，其对液压系统配合要求较高，若受控的液压阀精度达不到要求，联动效果精度会下降。虽然其三轴联动精度很高，但是在实际应用中三轴动作会有快慢，有时会出现回转较大臂、小臂先动作导致大臂小臂为了修正位置而作出相应的修正动作，在以后的应用中若是能对这一情况作出相应补偿，RMC运动控制器精度高的优点将更加显著。相信RMC运动控制器在以后的应用中不仅仅是拼装机的应用，在其他需要实时精准控制的应用中也能大显身手。
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论文作者:宋云
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/5
标签：管片论文; 位置论文; 控制器论文; 装机论文; 信号论文; 盾构论文; 模块论文; 《基层建设》2019年第15期论文;