S7—300型PLC程序在盾构机上的运用

龙源期刊网—300型PLC程序在盾构机上的运用作者：周陆军来源：《建材发展导向》2014年第04期摘要：随着人类科学技术的不断发展，可编程控制器已广泛运用于各行各业。PLC正是采用了可编程控制器的原理而发明的一种电子设备装置，这种装置如今在隧道里操作的盾构机上得到广泛运用。我司进口的海瑞克盾构机的电气控制系统均由S7-300型PLC程序所操作。文章根据本人的实际操作经验和观察，分析S7-300型PLC系统的组成和在盾构机上的运用，让我们更好的认识和运用这种技术，及时地排除机械设备故障，提高工作效率。关键词：盾构机；刀盘电机；变频器；控制系统1工程概况本工程为广州市220千伏厚德电缆隧道工程（盾构段）设计起止里程为A1K0+557.672~A1K3+099.980，全长2542.308米，包括盾构区间隧道、5个工作井及隧道内电缆支架钢结构等工程内容。工程总造价约1.809亿，计划总工期22个月。盾构自始发井A始发，先后通过过井B、过井C、过井E，到达吊出井G。盾构隧道采用海瑞克土压平衡盾构机施工，开挖直径6.28米，混凝土衬砌为1.5米环宽标准管片（外径6米、内径5.4米），隧道长2486.307米，最小曲线半径为350米，最小纵坡5%，隧道埋深约13~17m。2S7-300PLC系统的组成以及在盾构机上的运用2.1S7-300PLC系统的组成PLC系统有工控机、两台调制解调器、PLC运行及储存器、各类传感器等输入部分及各类继电器等输出部分，SIMATICManager是S7-PLC自动控制程序的管理程序，安装在地面监控室的工控机（上位机）内，通过一台在监控室的调制解调器和一台安装在盾构机调制解调器相互译制，与盾构机的PLC串口相连，从而监控和控制PLC运行，同时上位机也起着掘进参数数据保存作用，方便操作人员使用和维护。PLC系统的软件主要有地面监控室电脑上的操作系统，SIMATICManager程序，Netpro程序及监控程序PDV，以及安装在盾构机PLC上的控制程序。2.2S7-300PLC在盾构机上的运行以及故障报警我们只要把盾构机PLC程序设定好，逻辑条件成立时，PLC才能进行下一步工作，否则，程序就不能往下运行，设备停止运行，同时会将错误信息显示在操作室的电脑上。我们按龙源期刊网照显示的错误信息及代码去查找故障原因，即PLC是否正常输入、PLC是否正常输出、连接线路是否良好。这样分段分析、仔细排查，故障会很容易得到解决。工作过程：当盾构机启动时，PLC开关量发出指令给二位二通电磁阀得电，气压源通过二位二通电磁阀进入气动泵。此时具有压力的油脂进入油脂分配阀，开始进行油脂分配。在此种情况下，油脂量可以通过控制阀芯的冲程数进行运算，阀芯的冲程数信息量通过脉冲传感器输入到PLC。PLC通过逻辑运算，当累积到一定量的冲程数时，PLC发出指令，停止向电磁阀通电，油脂分配阀的进口关闭，油脂分配结束。等待PLC下一个工作指令源下发，如此按照前面的程序步骤反复运行下去，直到工作指令的停止。3故障实例盾构在推进中操作室的电脑上，显示中心回转体油脂润滑系统故障。第一时间通过利用PLC程序和显示的错误信息，查得是油脂分配阀的输出无信号。此时只要将冲程传感器拆除，将与传感器内径直径相差不多的金属棒插入其中，作活塞式往复运动。可以看出PLC有信号输入，传感器能正常工作，随后将其中的图1盾尾油脂电路逻辑图一条输出油脂管拆除，手动进行注脂，油脂还是不能注出。将分配阀解体清洁后发现，从阀板孔中取出一颗细小砂子（直径约1mm），再次安装到盾构机上，试机正常。我们分析原来是机修工在更换油脂桶时，操作不慎，有杂物掉入油脂桶，导致了PLC接收不到油脂脉冲信号。综合上述分析可知，刀盘电机1能起动和正常工作的必须满足以下条件:（1）刀盘电机起动信号I18.2(13/5.4)输入，且刀盘离合器未处于释放状态，即Q37.3(13/42.2)的逻辑为0。（2）刀盘电机停止信号I18.1（Antrieb1aus）有输入（常闭点）。（3）刀盘电机断路开关处于闭合状态，即I53.7(13/2.4)有信号输入。（4）刀盘电机温度正常不过热，即I54.0(13/3.4)有信号输入。（5）盾构机冷却水泵工作正常，即I15.4(11/4.7)有信号输入。（6）盾构机冷却循环系统回水正常，即I18.5(11/19.3)有信号输入。（7）供给泵的工作压力Komm_datenbaustein.d22要大于20bar，小于35bar。龙源期刊网（8）刀盘急停系统正常，即I54.6（22/3.7）没有信号输入。（9）螺旋机急停系统正常，即I56.6（22/3.7）没有信号输入。4故障的处理通过对PLC程序的分析，我们对盾构机故障的处理将会简单快速，在实际当中我们还可以运用STEP7监控软件进行施工现场故障的处理，若在工程控制线路检修中，有时故障难以查找时，此时不妨用下STEP7监控软件，针对系统故障进行一次PLC扫描就可以监控到是否有信号点的输入和输出，针对每一个开关量都能直观地显示它们的状态和逻辑关系，以便更快更准的找到故障点。4.1故障现象1在工地施工时刀盘电机起动即将进行星三角转换时突然停止。我们分析导致故障的原因有两个，其一，星三角转换时间的设定值超过了PLC时间的设定值，其二，主接触器本应吸合的没吸合或者线路故障导致PLC系统没有输出，即没有2K2的系统输出。处理方法：对第一种故障，则要适当调节延时继电器的时间，使其与PLC系统设定的时间，即T30的设定值相等或稍小一点。对第二种故障，则要检查主接触器常开触点是否能吸合同时接触良好或线路用万用表检测是否正常。4.2故障现象2当起动刀盘电机输入按钮后，电机根本就不启动。分析可能导致故障的原因有如下，其一，PLC系统本身有故障，其二，起动输入信号没有检测到PLC信号的输入，条件不满足无法进行下一步的逻辑运算。处理方法：对第一情况，直接检测PLC（软件系统或者硬件系统）。对第二种情况，则要检查控制电源和线路故障，确保PLC有信号输入。第三种情况，可能有以下几种故障存在：（1）刀盘电机停止常闭信号没有输入，分析可能是停止按钮故障，更换按钮即可。（2）盾构机冷却水泵没有信号输入系统，则检查冷却水泵本身是否有故障，接触器的常开触点接触是否闭合，以及线路是否有回路故障。（3）盾构机冷却循环系统回水没有信号输入系统，检查其传感器是否得电，以及线路是否有故障。龙源期刊网（4）供给泵的工作压力不正常，先检查供给泵实际的压力是否符合要求，如不正常，用安全阀来调节流量压力，使其压力符合PLC设定要求，若实际压力正常，则需检查压力传感器及其线路问题。（5）刀盘急停系统、螺旋机急停系统有故障动作，只需找到相对应的急停开关复位，然后在控制面板点击复位按钮即可。4.3故障现象3刀盘电机红灯一闪一闪或常亮，起动电机没有反应。分析的原因可能是电机过热，亮红灯报警。若常亮红灯，则是电机断路开关未合上，或因为电机过流而跳闸。处理方法:对红灯一闪一闪的情况，可能是热敏电阻常闭点断开或线路故障。则更换好的热敏电阻、且检查好线路，也可能是电机真的过热，则要找出电机发热的真正原因且采取相应的措施。若常亮红灯，如果是忘记将断路开关合上，则合上断路开关即可，若是因为过流保护跳闸，则应先检查断路开关设定的过流保护值是否合理，若设置没有问题，则需检查动力回路是否有短路现象，电机工作是否正常（绝缘老化、线圈烧坏等）。5结论盾构机上采用的西门子S7-300是一个大中型控制系统，由于其功能较多、工艺较为复杂，因此控制的逻辑也较为复杂。通过对工程实际案例的分析可以得到：要在第一时间处理盾构机机械电气故障，首先应建立在对盾构机工作原理的理解，处理问题时思路清晰，先总体后部分。其次就S7-300型PLC程序的认知，控制程序的掌握以及逻辑条件的成立。在日后正常的盾构机的维修、维护人员如果能对控制程序有一定的理解，则遇到故障时能相对较快的处理。参考文献[1]陈立定,吴玉香,苏开才.电气控制与可编程控制器[M].华南理工大学出版社,2003.[2]陈馈,洪开荣,吴学松.盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社,2009.[3]廖常初主编.跟我动手学S7-300/400PLC[M].机械工业出版社,2010.