plc在盾构机上的应用
自动控制在盾构施工中的应用
自动控制在盾构施工中的应用魏勇北京建工集团长城贝尔芬格伯格建筑工程有限公司北京地铁九号线2标段项目部摘要：本文主要阐述西门子PLC（Programemable Logic Controller）在海瑞克盾构机施工中的自动控制过程和应用盾构施工法作为一种新兴的地铁隧道施工方法，具有高效、安全、优质、一次成型等优势，在近几年的地铁施工过程中，已经得到广泛应用，并形成了一套成熟的施工方案。
其中海瑞克的盾构机因能适应恶劣的地质环境，具备完善的液压推进系统和良好的土体改良条件得到国内广泛的好评。
由于盾构机配备了很多先进的自动控制设备和科技含量较高的电气元件，由其是电气控制在刀盘推进系统、同步注浆系统、设备润滑系统、土体改良系统等各个环节都起到了主要的控制作用。
海瑞克盾构机采用了德国西门子公司的可编程控制器，在重要控制设备设置多个DP从站，和其他结点通过现场总线（Profibus）或信号线连接到操作室的中央控制器实现整体控制过程。
目前海瑞克盾构机绝大多数采用的是适用于大中型控制性能范围的S7-400的PLC，主站设置多个可扩展输入输出模块或通过ET200扩展S7-200，这些模块连接着整个盾构机的传感器、电磁阀、编码器、数显仪等电气元件和机械设备。
施工人员可以通过连接着PLC 的PG从站和控制面板直观的查看当前盾构机各个部位的工作状态，并能够直观的修改相关参数实现自动控制。
以下举例说明PLC在盾构施工过程中的工作原理和控制过程：1.刀盘驱动系统的自动控制：刀盘是盾构机挖掘土层的重要设备，通过2台或多台315KW电机带动液压油传输到盾体前方8个或多个连接齿轮箱的液压马达，带动土层断面的刀盘旋转。
以下是刀盘允许旋转的条件：I102.0 刀盘泵1启动 I102.3刀盘泵2启动 I103.1 供给泵启动 M50.1刀盘泄露油温I4.2 齿轮油冷却水正常 M28.5齿轮油、润滑油工作正常 M51.4 盾体滚动角度超限M50.2 刀盘允许旋转这个过程除了要满足刀盘电机、液压油供给泵启动等基本条件，还要满足盾体滚动角度不能超限、润滑油齿轮油工作正常、齿轮油冷却循环水流量正常等多方面条件。
盾构机试验台的PLC控制
９ 电液伺 服阀 ．
１． ０ 三位 四通 电磁换 向阀
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盾 构机液 压 系统 由 ３部 分 组 成 ： 个 阀控 液 压 缸 一 回路 （ 部 ） 是 盾 构 机 的推 进 系 统 ， 左 ， 为盾 构 机 掘 进 提
参考文献 ：
［ ］ 郑洪生． 压传动 ［ ． １ 气 Ｍ］ 北京 ： 械工业 出版 社 ，９ １ ３ 机 １８ ． ９
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４１ ．
６ ２
液 压 与 气动
Ｐ Ｃ的选 择 Ｌ
２ １ 第 ４期 ０ ０年
服 阀的 电压 ， 刀 盘 推进 速 度 变化 。当 过 滤 器 、 压 使 油
力 、 温度 、 承或密 封温度 、 油 轴 油位等 异常 时 ， 出报 警 发
盾 构 掘进机 是一 种 隧 道 掘 进 的专 用 工 程 机 械 ， 现 代盾构 掘进 机集 机 、 、 、 感 、 息 技 术 于 一 体 ， 电 液 传 信 具
有开挖 切 削 土体 、 送 土 碴 、 装 隧 道 、 砌 、 量 导 输 拼 衬 测 向、 偏等 功 能 。盾 构 掘 进 机 已经 广 泛 用 于 地 铁 、 纠 铁 路 、 路 、 政 、 电隧道工 程 ¨ 。 公 市 水
供 动力 ； 一个 阀控 双 向马 达 回路 （ 中部 ） 是 盾 构单
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图 １ 盾 构 机 液 压 推 进 系统 原 理 图 工 作 过 程
刀盘 控制 系统 ， 为刀 盘切 削土 体提 供动力 ； 个单 向阀 一
控 马达 回路 （ 部 ） 是 盾 构 机 的 螺 旋 输 送 机 控 制 系 右 ，
分析PLC系统在盾构机中的技术应用
分析PLC系统在盾构机中的技术应用作者：卢杨艺来源：《城市建设理论研究》2013年第08期摘要：本文结合实际案例具体分析PLC在盾构机中的应用，能更好地在恶劣环境下可靠工作，能帮助盾构机使用维修人员快速排除故障。
关键词：盾构机;PLC系统设计;应用Abstract: According to practical application in the specific case analysis in PLC of shield machine, better able to work reliably in harsh environment, can help shield machine repair personnel rapid troubleshooting.Key words: PLC system of shield machine; design; application中图分类号：C35文献标识码：A 文章编号：1、前言随着城市地铁建设的不断加块，盾构法施工以其优质、高速，安全的优势被广泛应用。
盾构机是一种集机械、液压、电气和自动化控制于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。
它具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点。
但是其体积庞大、系统复杂，内部管路和线路纵横交错，自动化控制系统先进强大。
因此，解决盾构机故障是盾构施工中一个比较棘手的问题。
如何快速、准确地找到并解决盾构机的故障是我们一直探索和研究的问题。
2、PLC自动控制系统的硬件设计下面以国家“8 6 3 ”项目——C 型地铁盾构掘进机批量制造为例，设计制造的C 型地铁盾构掘进机P L C 自动控制系统由三菱电机Q 系列P L C 和外围元件( 如指令元件、执行元件、检测元件及人机界面等) 组成，分为1 个主站、3 个从站，构成一个分区域集散控制系统，P L C 各站的功能如下所述( 参见图1)。
关于PLC在盾构机的应用及故障排除问题的分析
关于PLC在盾构机的应用及故障排除问题的分析摘要：工业的进步，标志着人类社会的不断发展。
盾构隧道掘进机是世界工业发展在隧道挖掘方面的最高体现之一。
本文通过对可编程逻辑控制器系统运行机制的介绍，阐明PLC在盾构隧道掘进机的应用。
PLC在故障排除方面也有不可忽视的作用，如果盾构机发生故障，PLC则停止运行，便于发现和排除故障。
本文通过对S7-PLC自控系统排除盾构机刀盘停转故障的分析，具体形象地介绍了PLC在盾构机的应用及故障排除问题上的作用。
关键词：PLC；盾构机；应用；故障排除引言随着经济的迅猛发展，隧道开发已脱离之前人工劳动的状态，盾构隧道掘进机作为隧道挖掘的先进机械，在城市隧道掘进过程中有不可替代的作用，而PLC即可编程逻辑控制器作为专用于工业控制的计算机，更是与盾构隧道掘进机作为配套，在世界工业发展进程中作出巨大贡献。
但就目前的发展水平来看，盾构隧道掘进机还存在各种故障，只有利用可编程逻辑控制器排除这些故障，才能更好地利用盾构机，对人类工业文明更健康、更快速的发展起到推动作用。
一、PLC在盾构机的应用盾构机由盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套设置、电气系统和辅助设备组成。
在后配置中，盾构机PLC自动控制系统在盾构机操作室里，可以通过与之相连的控制电脑，切实了解到隧道里情况。
首先是各种精确数据的获得，如隧道深度。
这是盾构机可以在隧道里使用的基础。
然后是隧道的具体情况，可以通过图片真实还原隧道里的实时场景，便于工作人员观察并且作出决定。
也可以精确测量一些数据来计算隧道的理论轴线，保证了操作人员正常工作的顺利进行。
除此之外，还可以得知盾构机在隧道里的各种挖掘姿态，方便技术人员以此为依据作出调整。
二、PLC系统运行机制及在盾构机的故障排除问题PLC系统由工控机、2个调制解调器等输入部分及各类电继电器等输出部分组成，根据某些特定程序，PLC运行过程中必须满足所有条件，才可以正常进行。
PLC在南京长江隧道盾构机上的应用
PLC在南京长江隧道盾构机上的应用摘要：现代隧道工程中已逐渐广泛应用盾构机施工，而盾构机的自动控制系统多采用可编程序控制器（PLC）实现，文中介绍了德国西门子PLC在南京长江隧道海瑞克大直径泥水盾构机上的硬件组态及软件组成，运行过程。
结合实例分析PLC的应用及故障的处理。
关键词：可编程序控制器；盾构机；应用工程概况南京过江通道是《南京城市总体规划》确定的一条重要的城市过江快速通道，连接南京河西新城区-江心洲-浦口区。
整个工程通道总长5853m，双洞双线六车道设计，采用“左汊盾构隧道+右汊桥梁”方案，其中左汊盾构隧道（分为左、右线两条隧道）江北起点里程为K3+600，江南梅子洲到达里程为K6+532.756，盾构区间长度为2932.756m，左、右线两条隧道分别采用德国海瑞克公司生产的两台（S349、S350）Φ14.93m泥水加压平衡盾构机施工。
左、右线隧道分别于2009年5月20日和8月22日贯通，2010 年5月1日建成通车，荣获2012～2013年度中国建设工程鲁班奖。
盾构机及对控制系统的要求每台盾构机全长约134米，主体部分约8米，主体部分主要有刀盘、管片拼装机、碎石机；后配套有3台台车组成，分别装有管片运输吊机、喂片机、液压泵站、变压器、配电柜、泥水罐、储气罐、空压机；以上各部分组成了由西门子PLC控制的液压推进系统、刀盘驱动系统（电机变频调速）、膨润土泥水系统、拼装系统、盾尾油脂加注系统、同步注浆系统、刀盘主轴承自动润滑及密封系统、工业水系统、冷却系统和VMT激光导向控制系统，是当今隧道掘进设备中自动化集成程度很高的机械。
盾构机在掘进过程中需要大量的检测变量和执行元件，其中包含了大量的位移传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器液位传感器和二十多台变频器、电动机以及大量的比例调节阀，所以该系统需要很多的输入输出点，大量的模拟量信号如1-10vDC、4-20mA、热电阻等，必须选用功能强大的PLC产品作为控制系统且具有快速性、稳定性；无风扇运行与集中/分布式信号模块的热插拔性；高效的组态与本产品和图形工程工具的高级语言相兼容；所有数据、程序原代码和用户专用数据存储在CPU中；满足施工过程中的供电中断和故障保护等特殊要求。
分析PLC系统在盾构机中的技术应用
分析PLC系统在盾构机中的技术应用摘要：本文结合实际案例具体分析plc在盾构机中的应用，能更好地在恶劣环境下可靠工作，能帮助盾构机使用维修人员快速排除故障。
关键词：盾构机;plc系统设计;应用abstract: according to practical application in the specific case analysis in plc of shield machine, better able to work reliably in harsh environment, can help shield machine repair personnel rapid troubleshooting.key words: plc system of shield machine; design; application中图分类号：c35文献标识码：a 文章编号：1、前言随着城市地铁建设的不断加块，盾构法施工以其优质、高速，安全的优势被广泛应用。
盾构机是一种集机械、液压、电气和自动化控制于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备。
它具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点。
但是其体积庞大、系统复杂，内部管路和线路纵横交错，自动化控制系统先进强大。
因此，解决盾构机故障是盾构施工中一个比较棘手的问题。
如何快速、准确地找到并解决盾构机的故障是我们一直探索和研究的问题。
2、plc自动控制系统的硬件设计下面以国家“8 6 3 ”项目——c 型地铁盾构掘进机批量制造为例，设计制造的c 型地铁盾构掘进机p l c 自动控制系统由三菱电机q 系列p l c 和外围元件( 如指令元件、执行元件、检测元件及人机界面等) 组成，分为1 个主站、3 个从站，构成一个分区域集散控制系统，p l c 各站的功能如下所述( 参见图1)。
主站设在控制台，接受来自人机界面和指令元件的操作指令，直接控制盾构掘进机1 ＃台车的设备，接受1 ＃站、2 ＃站、3 ＃站送到c c －l i n k 现场总线上的开关量信号和模拟量信号，向c c －l i n k 现场总线下传1 ＃台车的开关量信号和模拟量信号，向1 ＃站、2 ＃站、3 ＃站发出操作指令，与上位计算机进行通信。
浅谈地铁盾构施工中PLC自动化控制系统
摘要： 介绍 可编 程序控 制 ￣ （Ｌ ） － Ｃ 在地 铁盾 构施 工 中盾构 机 上的硬 件及 软件 组成 。 结合 实例 浅入分 析 Ｐ Ｃ的应 用 。 Ｐ Ｌ
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・１ ６１ ・
浅谈地铁 盾构 施工 中 Ｐ Ｃ 自动化控制 系统 Ｌ
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（ 广州市 盾 建地 下工程 有 限公 司 ， 州 ５ ０ ０ 广 １ ０ ０）
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关键 词 ： Ｌ ； Ｐ Ｃ 盾构 ； 动 化 自
Ｋｅ ｒ ｓ：ＰＬＣ； ｈ ｅｄ ａ ｔｍａｉｎ ｙ ｗｏ ｄ ｓ ｉｌ ； ｕｏ ｔｏ
PLC在盾构施工中的探索
PLC在盾构施工中的探索【内容提要】PLC是盾构机的大脑和心脏，控制整个盾构系统的工作。
本文主要分析了PLC的基本结构以及扫描工作原理，进而以盾构机推进系统的工作过程的为例进一步分析了PLC的工作原理。
【关键词】PLC 盾构1.PLC的基本概念随着微处理器、计算机和数字通信技术的飞速发展，可编程序控制器（Programmable Logic Controller）简称PLC已经广泛地应用在几乎所有的工业领域。
它的应用面广、功能强大、使用方便已经成为当代工业自动化的主要支柱之一，广泛地应用在各种机械设备和生产过程的自动控制系统中。
国际电工委员会（IEC）在1985年的PLC标准草案第3稿中，对PLC作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。
它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。
可编程序控制器及其有关设备，都应按易于使工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
”在盾构系统中，如果说机械是它的骨骼，电和液压是它的血液，那么，PLC系统就是它的大脑和心脏，控制和指挥整个盾构机系统得以运转。
2.PLC的基本结构本文以西门子公司的S7-400大型可编程控制器为主要探讨对象，西门子的PLC以其较高的性能价格比，在国内占有很大的市场分额，成都地铁1号线一期工程盾构施工2标所使用的两台海瑞克盾构机均采用Siemens S7-400。
S7-400属于模块式PLC，主要由机架、CPU模块、信号模块、功能模块、接口模块、通信处理器、电源模块和编程设备组成，（见图1）各种模块安装在机架上。
通过CPU模块或通信模块上的通信接口，PLC被连接到通信网络上，可以与计算机、其他PLC或其他设备通信，实现盾构施工的地面监控。
图 1 PLC控制系统示意图2.1CPU模块（CPU）CPU模块主要由微处理器（CPU芯片）和存储器组成。
土压平衡盾构机PLC控制系统应用研究
土压平衡盾构机PLC控制系统应用研究摘要：结合工程实践，研究土压平衡盾构机的电气控制系统，介绍西门子S7-300可编程控制器和PROFIBUS DP工业现场总线在盾构机上的应用。
关键词：盾构机可编程控制应用工程概况和盾构机简介胜利门站～三阳广场站区间共1011.309m。
左线里程为ZSK11+814.828～ZSK12+326.37，短链11.172m，隧道长度为500.37m。
右线里程为YSK11+815.431～YSK12+326.37，隧道长度为510.939m。
区间隧道断面为外径6.2m，内径5.5m的圆形。
根据施工的整体策划，拟以胜利门站南端头井的左线作为盾构施工的始发井。
盾构机需要完成左线的施工任务，到达三阳广场站，然后站内掉头转向右线施工，最后到达胜利门站南端头井。
图一胜利门站-三阳广场站盾构区间平面图隧道施工采用一台德国海瑞克公司生产的φ6370土压平衡盾构机，盾构机直径为6.39米，长72米，重约400吨。
盾构机主要包括刀盘主驱动系统、推进系统、拼装机系统、注浆系统、齿轮油系统、盾尾密封系统、润滑系统、超挖刀系统和工业水循环冷却系统等。
PLC控制系统盾构机电气控制系统采用西门子S7系列可编程序控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），系统选用S7-300作为PROFIBUS主站，ET200M、编码器、变频器等为从站的基于PROFIBUS-DP现场总线的可编程控制系统。
CPU 选型为CPU 319-3 PN/DP,该型CPU数字处理能力极强，带有内部集成的PROFIBUS-DP接口，其组态灵活，速度快、操作简捷。
ET200M 通过IM-360接口与PROFIBUS-DP现场总线连接。
主站与上位机之间用工业以太网通讯，上位机在系统中实现的功能主要有：显示、监控、报警、数据存档、报表等。
操作员通过人机界面将控制命令发出，该信号通过网络传送到PLC的CPU，CPU经过逻辑运算后将命令发出，使现场设备动作。
S577盾构机PLC控制系统研究
这样一个庞大的机器，其大脑当属其内部控制 核心---PLC 控制系统。选择 PLC 作为盾构机的控 制系统有以下几个优势：
1) PLC 就有很强的稳定性和可靠性：特别是
在地铁施工这样恶劣的工作环境，湿气很重，灰尘 较多，渗水具有腐蚀性，因此对电气控制系统可靠 性要求非常高。
2) PLC 的扩展性和通用性比较好：自 1969
CPU319-PN/DP IM361 PROFINET PROFIBUS AI module
IM 361 AO module
IM 361 DI module
IM 361 DO module
Foam module 1
Foam module 2
IM 153-1 I/O module
Art Cyl.2 Dist Display Art Cyl.5 Dist Display Art Cyl.8 Dist Display Art Cyl.13 Dist Display
Abstract: PLC control system has been widely used in the tunnel shield, this article analyze the PLC control
system to Kunming Metro S577 shield。 Including data communication program, analog data processing
S577 盾构机 PLC 控制系统研究
邱俊华
（中建市政建设有限公司
北京：100161）
摘要：PLC 控制系统已广泛用于隧道盾构设备，本文介绍了昆明地铁 S577 盾构机的 PLC 控制系统。
对其数据通信，模拟量处理，联锁复位等子程序进行了详细的分析，通过分析设备的 PLC 程序，我们可
PLC在地铁盾构掘进机中的应用
PLC在地铁盾构掘进机中的应用摘要：近年来，我国的地铁工程得到了较多的建设。
在地铁建设中，盾构机是其中非常重要的设备类型。
在本文中，将就PLC在地铁盾构掘进机中的应用进行一定的研究。
关键词：PLC；地铁盾构掘进机；应用；1 引言盾构机是一种振动移动设备，在高湿、高温以及高电磁干扰环境当中工作。
该种情况的存在，不仅将对盾构机的实际运行产生影响，且经常在应用当中出现自动化元件误动作的情况，对此，保证能够可靠的运行在恶劣环境当中则成为了盾构机PLC选型的重点内容。
2 PLC控制系统硬件设计某公司制造的C型盾构掘进机系统，其由三菱PLC以及外围元件组成，具有3个从站以及1个组成，共同实现分区域集散控制系统的构成。
在该系统中，在控制台上进行主站的设置，使其能够对来自指令元件以及人机界面的操作指令接收，对盾构掘进机1#设备直接控制，同时对现场总线的模拟量、开关量信号接受，在完成信号接受的情况下向CC –link总线下穿1#台车的模拟量、开关量信号，向外发出操作指令，以此实现同上位计算机的通信。
其中，1#在1#低压配电柜当中设置，对来自主站的操作指令进行接收，2#在2#低压配电柜当中设置，接收主站指令，3#在拼装控制箱中设置，接收主站指令。
为了能够进一步对PLC硬件的可维修性进行提升，不同站点都使用了QX41开关量输入量模块以及QY41P开关量输出模块。
该种配置的优点，即能在对系统当中PLC备件数量以及种类进行最大程度减少的基础山盖实现PLC系统的简化，在对其可维修性进行提升的同时实现其整体造价的降低。
3 通信网络设计3.1 通信网络选型在PLC站间，通信网络类型情况十分关键，将对PLC自动控制系统在恶劣环境下工作情况产生直接影响。
如果网络质量不高，当其在高电磁环境下工作时，在通信当中则将存在严重的误码情况，并因此大幅度降低其通信可靠性。
当误码情况较为严重时，甚至会对控制系统的正常工作产生影响。
在以光缆站间方式作为通信网络时，虽然能够对掘进机的高电磁干扰情况进行有效的解决，具有较低的误码率，但光缆头自身机械强度较低、且在制作方面具有较高的要求，在施工现场具体维修方面则存在一定的问题，对工作场所频繁更换的情况存在一定的不适合。
PLC在AVN2440DS泥水平衡式盾构机中的应用
Ｐ Ｌ Ｃ（ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｌ ｅ ｒ）可 编程 逻辑 控 制器 ，它 是一种 专 门为在 工业 环 境下 应 用而 设
计 的数 字运 算操 作 的电子 装置 ，采 用可 以编制程 序 的存储 器 ，用 于在 其 内部 存储 操作 指令 ，并 能通 过数
系 统 在 ＡＶ Ｎ２ ４ ４ ０ Ｄ Ｓ盾 构 中的 功 能 进 行 简 要 的分 析 。
［ 关 键 词 ］ 可编 程 序 控 制 器 （ Ｐ Ｌ Ｃ） ；盾 构 机 ；故 障分 析 ［ 中图 分 类 号 ］ Ｔ Ｅ ９ ７ ３ ． ４ ［ 文献标志码］Ａ ［ 文章编号］１ ０ ０ ０—９ ７ ５ ２（ ２ ０ １ ３ ）０ ５ — ０ ３ １ ３ —０ ５
Hale Waihona Puke Ｐ Ｌ Ｃ在 ＡＶ Ｎ２ ４ ４ ０ Ｄ Ｓ泥 水 平 衡 式 盾 构 机 中 的 应 用
宽 ，刘 井 铎 宣 春 静 （ 中国石油天然气管道局第四 工程分公司， 工程分公司’ 河北 Ｅ 廊坊 ０ ６ ５ ０ ０ ０ ）
，
史洋
［ 摘 要 ］ 盾 构 机 是 集 电 气 系统 、机 械 系 统 、 液压 系 统 为 一 体 的 现 代 综 合 大 型设 备 ， 在 当今 隧 道 掘 进 设 备 中
路 ，通 讯接 口用于 与编 程器 、计 算机 等连 接 。
１ ． ２ ． １ ｃ Ｐ ｕ 系 统 介 绍
Ｃ Ｐ Ｕ 模块 是 Ｐ Ｌ Ｃ的核 心 ，起神 经 中枢 的 作 用 ，它 按 Ｐ Ｌ Ｃ的 系 统程 序 赋 予 的 功 能接 收 和 存储 用 户
程 序 和数 据 ，采集 由现 场输 入装 置送 来 的状态 或 数 据 ，并 存 入 规 定 的 寄存 器 中 ，程 序 运 行 时 ，Ｃ Ｐ Ｕ 从 用 户 程序存 储 器 中逐条 读取 指令 ，经 分析 后再 按指 令规 定 的任务 产生 相应 的控 制信 号 ，去指挥 有关 的控 制 电路Ⅲ 。本 台盾构 机 使用 的 Ｐ Ｌ Ｃ是 德 国西 门子公 司的 Ｓ ７ — ３ ０ ０系列 ，Ｃ Ｐ Ｕ 型 号为 ３ １ ５ — ２ ＤＰ 。
基于PLC的盾构机推进液压控制系统设计
《工业控制计算机》2021年第34卷第2期在工业控制过程领域,随着通讯技术以及计算机软件技术的快速发展,人们对于生产的过程也提出了新的要求,尤其是友好的人机界面、实时的数据采集以及控制技术在过程控制中显得尤为重要,而先进的PLC 控制设备、OPC 通讯技术和高级语言平台等都为其良好的发展提供了基础。
盾构机是一种结合机电、液压、机械、测量和控制等多门学科技术于一身的大型电液设备,专门应用于地下空间工程,它具有掘进效率高、自动化程度高、安全稳定、对地面道路以及地形影响小等优点,相较于传统的隧道掘进法更有优势。
尤其是在地质条件较为复杂,地下水位较高且隧道比较深时,只能依赖于盾构施工[1]。
推进系统是盾构设备的核心系统之一,也是其工作的主要部件,主要为盾构设备提供推进动力、转向、曲线推进、姿态控制[2]及协同运动等。
盾构机推进液压控制系统的研究一直都是国内外研究的重点,但对于推进液压控制系统具体的设计方法并未进行详细的介绍。
本文介绍了盾构机推进液压控制系统的工作原理,并采用西门子S7-400可编程控制器,采用Profibus-DP 总线将ET200子站通过硬件组态挂载到总线网络,实现I /O 站点的分布式控制。
在实现了为盾构机提供推进推力、转向、姿态调整及同步运动等功能的同时,在掘进过程中达到了良好的施工效果。
1推进液压系统工作原理盾构机液压推进控制系统耦合性高,比较复杂,是大功率、变负载的应用。
本系统在主控制油路上使用恒压变量泵以实现负载的精确控制。
推进系统的液压泵站为一恒压变量泵3,恒压泵的压力可以通过液压油泵上的比例溢流阀4调整,流量在0~Qmax 范围内进行调整,调整后的液压泵的供油压力保持恒定。
恒压式变量泵适用于阀控系统的恒压油源用以避免液压油的溢流损失,如图1所示。
由恒压变量泵口流出的高压油分别送至A 、B 、C 、D 、E 等五组推进油缸的控制阀组,通过阀组的流量调节、压力调节以及换向后再去控制液压推进油缸,从而使推进油缸的推进速度、推力大小及方向得到精确的控制。
PLC在盾构机中的应用
PLC在盾构机中的应用作者：邢成上海市第一市政工程有限公司设备分公司2009-5-7PLC在盾构机中的应用摘要在现代工业的各个领域中，PLC控制系统都有着非常广泛的应用。
在我公司购入的2台海瑞克盾构（S-472和S473）中，PLC控制系统有着至关重要的作用，可以说，PLC控制系统是整套设备的核心。
本文将对PLC控制系统在这两台盾构中的作用作一个简要的分析。
关键词：PLC控制系统，盾构，故障分析AbstractNowadays,PLC control system is widely used in many area of the modern industrial.In the 2 shields(S-472&S-473,manufactured by Herrenknecht in Germany) our company bought in 2008,PLC control system is a crucial part.In other words,PLC control system is the heart of the whole equipment.This article will make a brief analysis to the PLC control system in this 2 shields.Key words:PLC control system,Shield,fault analysis目录0.引言 (1)1.PLC系统的组成及主要功能 (1)1.1 PLC系统的组成 (1)1.2 PLC的主要功能 (1)1.3西门子PLC的优点 (1)2. PLC在系统中的作用 (2)2.1 控制电机起动 (2)2.2 测量显示模拟量 (3)2.3 模拟量值的检测报警 (4)2.4 控制电磁阀 (4)2.5 调节模拟量值 (4)3. 故障案例分析 (5)4. 总结 (7)参考文献 (7)0.引言我公司于08年购入2台德国海瑞克公司的土压平衡式盾构机（S-472和S473），分别承担深圳地铁2号线2204标3个区间的左右隧道掘进任务。
盾构电气控制系统简介
盾构现场临时施工用电管理
• 安全用电 • 2、高压电缆的防护（电缆沟、穿管、穿墙、弯曲、 悬挂、标识） 高压电缆的防护是安全用电的关键一环，在穿越 的路面必须有电缆沟或穿管，不允许有露天地面 敷设，穿墙、弯曲、悬挂电缆都不允许有扭曲， 强弯等应力集中。在入地点、穿墙出悬挂等地方 必须有标识（“高压危险”“xx高压电缆”等）
理
• 简单的电机起动控制电路 采用PLC控制:其外部接线 及内部等效电路如图所示。 可将PLC分成3部分：输入 部分、内部控制电路和输 出部分。
3. PLC的工作方式
• PLC是采用顺序扫描、不断循环的方式进行工作 的。PLC的扫描工作过程可分为输入采样、程序 执行和输出刷新3个阶段，并进行周期性循环。
• 选择最佳供电容量
• 前期投入用电，后期不用或减少的（施工 降水）。前期用电较少后期增加的设备 （通风机） • 对地质情况分析盾构用电量减少的部分。 • 南北方气候差异，变压器允许过载的部分。
盾构现场临时施工用电管理
• 安全用电 • 1、供电最大电流设置、短路电流设置，零序电流 设置，过载设置。一般由供电部门按照供电方案 设置。 最大电流一般按照变压器容量设置，考虑变压器 的过载能力，一般增加20％。
• 二、盾构现场临时施 工用电管理
1、盾构施工供电分类 2、集约用电 3、安全用电 4、节约用电
盾构电气控制系统组成
• • • • • • • • • • •
1、高压供电 2、低压配电 3、PLC自动控制系统 4、计算机数据采集系统 5、机械、液压系统和辅助设备控制，包括：
刀盘驱动系统 推进系统 管片拼装机和管片输送系统 铰接缸系统 螺旋输送机、皮带输送机系统 泡沫和膨润土系统 盾尾密封系统 同步注浆系统 集中自动润滑系统 冷却系统 仿形刀系统
基于PLC系统的盾构机电气调试技术
图1 MSR127安全继电器工作原理
如图1所示S52&S12，S21&S22，S11&S52这三条电路是安全的电路输入线路。
而13&14，23&24，33&34，41&42属于带有安全继电器的输出型回路，其中 13&14，
技术应用
图2 盾构机的控制系统程序模块
如果希望只有1号刀盘旋转而其他的刀盘泵停止的
话，可以直接找到网络30的程序，在其控制程序的第七
行中输入代码ON M100.2即可达到想要的效果。
同样的道理，如果想要使得2号刀盘泵旋转，1、3
号刀盘泵停止的话，可以在网络30控制程序的第4和第
7行中依次输入代码ON M100.2即可到达效果了。
假如只启动3号刀盘而1、2号刀盘停止的话，那么
可以找到网络30的控制程序，在其中的第5行中输入。
盾构机PLC控制系统的改进探讨
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圈２安全门开：关ＰＬＣ程序
见图１。
２０１２年第３期
１７
万方数据
术
５ ｍｍ时，表示安全门开启未到位，
允许执行开启动作：安全门油缸行程 小于９９５ ｍｍ时（安全门油缸总行程 为１ ０００ｍｍ），表示安全门关闭未到 位，允许执行关闭动作：当安全门油
ｔＯＯ
ｌｏｗ”报警信息。施工要求在补油泵启动
后，补油压力超出设定值时，显示相应的报警信息。现有 程序设计在补油泵正常或非正常停机时，都会出现报警， 对设备故障排除没有直接指导意义。补油泵刚停止工作， 管路压力还未释放，补油压力高于２ ０００ ｋＰａ时，Ｍ４０．０ 为Ｍ４０．１，曾发生过误操作，刀盘驱动泵启动（程序中未 将补油泵启动作为刀盘驱动泵启动的前提条件）。由于补 油泵未开，管路压力瞬间降低，刀盘驱动泵立刻停止，没 有造成设备损害。 将补油压力异常置位程序改为刀盘补油压力异常置
缸行程（％ＭＷ３７５）位于５—９５５
ｒｎｍ
（经常有碎石卡住安全门。导致安全门 不能完全打开或关闭）时，如果液压泵 启动，碎石机处于未工作状态，安全门 没有相关错误报警。由于开、关信号使 用同一触点％１６．Ｏ，安全门始终执行打 开或关闭动作，存在设备和人员安全隐 患。 图３是安全门液压图。从图３中可 以看到安全门（Ｂｕｂｂｌｅ Ｇａｔｅ）与碎石 机（Ｒｏｃｋ Ｃｒｕｓｈｅｒ）共用液压泵，当碎 石机开始工作前，启动液压泵，安全门 有可能先行动作。针对上述情况，对安 全门控制系统进行改进，将单触点开关 改为有两个独立常开触点、三个档位开 关，并具有自动回至零位功能。改进后 的安全门开关电气路见图４，ＰＬＣ控制程 序的％ｆ６．０为开、％１６．１为关。通常安全 门旋钮开关处于零位，当安全门需要动 作时，转动开关，动作完成后开关自动 回到零位，安全门不再执行任何动作。 图３安全门液压图
盾构机试验台的PLC控制
ＡＣ／ＤＣ／继电器
２４输Ⅳ１６输出。
系统Ｉ／０端子分配如图３所示。
ＰＬＣ
后液压缸开始推进。停止推进时则相反：推进缸先停 止，５ ８后螺旋机停转，再５ ｓ后刀盘停转、液压缸后 退，见表１所示。
表１电磁铁动作顺序表 动作 液压缸快进 液压缸掘进 液压缸后退 双向马达正转 双向马达反转 单向马达旋转
摘要：介绍了盾构试验台液压系统的工作原理。阐述了ＰＬＣ在盾构试验台液压控制系统中的应用。 对控制系统的硬件结构、软件组成、控制过程等作了详细介绍，实现了对盾构机试验台液压系统的顺序控制， 达到了预定的控制要求。 关键词：盾构机试验台；液压回路；控制系统；ＰＬＣ 中图分类号：ＴＨｌ３７文献标识码：Ｂ文章编号：１０００４８５８（２０１０）０４－００６１旬３ 盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现
收稿日期：２００９．１２奶
作者简介：王雪（１９８４一），女，吉林辽源人，硕士，主要从事液
压技术，ＰＬＣ控制方面的科研工作。
加了缓冲垫装置，有效地将冲击力传递到支架，减小了 对快速缸的冲击，经过设计计算和试验证明该气缸满 足设计要求。
参考文献： ［１］郑洪生．气压传动［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８１．３９
ｓ
输入信号：输入信号是将盾构机的工作状态和操 作的信息提供给ＰＬＣ。对于盾构机试验台来说，控制 面板上有６个按钮，需要６个开关量的输入点。同时，
有两个报警装置：油温报警和扭矩报警，需要２个模拟 量的输入点。因此，ＰＬＣ的输入信号共有８个输入信
号点，需占用８个输入端子。 输出信号：输出信号用来控制盾构机的快进、工 进、后退、停止等动作；同时需要控制各状态指示灯。 ＰＬＣ的输出信号共有１３个输出信号点，需占用１３个 输出端子ｐ Ｊ。 此外，功能上再无其他特殊要求，有多种型号的 ＰＬＣ可供选用，此处选用西门子Ｓ７—２００ ＣＰＵ２２６。型 号为：６ＥＳ７２１６．２ＢＤ２３旬ＸＢ０
S7—200 PLC控制压滤系统在盾构工程废浆处理中的应用
S7—200 PLC控制压滤系统在盾构工程废浆处理中的应用盾构机在粘土地层掘进时，泥浆中粘泥颗粒较多，粘度较高，旋流器分离性能会下降，此时需要排放掉部分高粘度泥浆，还有一种情况是在设备应急处理后有部分泥浆被直接排放到沉淀池，这些泥浆在最后都必须经压滤处理后或者回用或者达到标准后排放。
为满足这种要求，将压滤系统用于处理盾构工程所排放的废浆应运而生。
此压滤系统通过西门子S7-200PLC控制器，实现全自动集中控制，盾构废浆经压滤处理后形成泥饼，运输非常方便，也大大减少了外排的数量。
标签：西门子S7-200PLC控制器；自动集中控制；盾构废浆处理盾构机在粘土地层掘进时，泥浆中粘泥颗粒较多，粘度较高，旋流器分离性能会下降。
经二级泥水分离设备处理后，泥浆中细微粘土颗粒逐渐富集，如不及时予以去除，将则引起泥浆比重和粘度上升，直接降低泥浆携渣能力及环流系统泵送能力，进而降低了盾构机的掘进效率。
压滤设备的功用就是在泥水分离设备不能分离出足够固相，不能将泥浆比重还原到掘进初期的低值 1.10～1.20g/cm3左右时，对这些盾构废浆进行彻底的固液分离，通过絮凝、干化、脱水等处理，实现工程施工“零排放”。
1 系统简介1.1 主要组成部分压滤系统主要由厢式压滤机、压滤泵、泥浆罐及搅拌、空压机及气罐、浆液管路、气动管路及各控制阀门等组成。
厢式压滤机负责固液分离，将泥浆脱水压成泥饼；压滤泵将泥浆罐储存的浆液泵送至压滤机空腔内；搅拌器对泥浆罐储存的浆液进行搅拌，不沉淀；空压机及气罐产生压力合适的浓缩气体，为压滤机提供隔膜压榨的动力，并为各阀门提供气动能源；浆液管路及控制阀门，在各个工艺阶段，按既定程序相应开启与关闭，实现整个系统工艺的全自动控制。
1.2 压滤系统工作流程（1）压滤前泥浆的改良。
物料性质对压滤速度的影响是多方面的，而最主要是通过影响滤饼的孔隙状态来影响过滤过程，或者说物料的粒度及其组成直接影响滤饼空隙率及孔隙的大小，从而影响物料的过滤过程。
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PLC控制绻统在盾构机上的应用 2007-08-22 03:54:56 作者：thorpy 来源：用户上传 文字大帏：【大】【中】【帏】
［摘 要］介绍可编程序控制器（PLC）在海瑞克盾构机上的硬件及软件组成，运行过程。
结合实例详细分析PLC的应用及故障的处理。
［关键词］盾构机；可编程序控制器；应用
我公司使用2台德国海瑞克公司的土压平衡式盾构机，分别担负广州地铁三号线市-番区间左右隧道的掘进任务。
它配备了机电一体化液压绻统、同步滨浆绻统、满溫发生绻统、膨润土加滨绻统、密币主轴承自动润滑绻统和SLS-T隧道激光自动控制绻统，是当今隧道掘进设备中自动化程度较高的机械，由PLC进行控制。
1 PLC绻统的组成 PLC绻统有工控机、两台踃制解踃器、PLC运行及储存器、各繻传感器等输入部分及各繻电继电器等输出部分，见图1。
SIMATIC Man-ager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踃制解踃器和一台安装在盾构机踃制解踃器相互译制，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绻统的软件主要有地面监控室电脑上的操作绻统，SIMATIC Manager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 PLC绻统运行 根据设定的程序，在某些必要条件满足时，PLC才能进行下一步工作，否则，程序帱不能往下运行，设备停止运行，同时会帆错误信息显示在操作室的电脑上。
我们按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、前后输入/输出设备是否正常、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。
以
盾构机中心回转体EP2润滑脂加滨绻统为例，说明S7-PLC自动控制程序在盾构机故障排除中的应用。
在盾构机中，EP2润滑加滨绻统幞于较复杂且很重要的部分，包含螺旋机密币、球轴承密币、中心回转体密币等部位的自动密币。
本绻统的正常运行与否不仅关绻到盾构机能否顺利运行，同时对延长设备使用寿命起着很重要的作用。
EP2加滨绻统是压缩空渔通过由PLC控制的电磁阀为渔动滵提供动能来源，输入渔压和输出溹脂压力的比值是1∶50，即1bar的渔压能产生50bar的溹脂压力。
通常帆压缩空渔的压力踃节为1.5～2.0bar，即溹脂压力为75～100bar，足以克服溹脂在管内的损耗，保证输送到盾构机上的多个溹脂分配阀时有足够的压力，再由溹脂分配阀非均匀的帆溹脂输送到需要被润滑的部位，达到自动润滑效果，如图2。
溹脂分配阀在润滑绻统中起着重要作用，它的结构组成如图3所示。
其工作过程：当设备启动时，PLC发出指令为二位二通电磁阀通电，如图4，具有压力的溹脂进入溹脂分配阀，开始进行溹脂分配；在此种情况下，分配阀所分配的溹脂量可以通过控制阀芯的冲程数进行计算，阀芯的冲程数通过脉冲传感器输入到PLC，如图5；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，溹脂分配阀的进口关闭，溹脂分配结束。
当下个指令发出时，照此重复进行。
3 故障排除实例 一次，在盾构机操作室的电脑上，显示中心回转体溹脂润滑绻统故障，通过利用PLC程序和显示的错误信息，查得是溹脂分配阀的输出无信号。
帆冲程传感器拆除，帆一直径与传感器内径相差不多的金幞棒体插入其中，作活塞式往复运动，可以从PLC输入指示灯看出，传感器能正常工作，随后帆其中的一条输出溹脂管拆除，手动进行滨脂，溹脂还是不能滨出；后帆分配阀整体拆下，在机修房拆开检查、清洁，最后在清理阀板时，从阀板孔中取出一颗细帏砂子（直径约1mm），再次安装到盾构机上，试机正常，原来是机修工在更换溹脂桶时，操作不慎，有杂物掉入溹脂桶，导致了此故障的发生。
从上面可以看出，PLC在海瑞克盾构机上得到了很大的应用，SIMATIC Manager能很好的帮助我们查找到故障的发生点，有助我们更准、更快的排除故
障。