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

2009-5-7

PLC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

Abstract

Nowadays,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。整个盾构系统可分为机械和电气两大系统。其中机械部分主要由液压系统组成，包括：刀盘驱动液压系统、螺旋机液压系统、拼装机液压系统等。它的作用是执行盾构机运行的各个动作。而电气系统的主要起控制作用，即发出指令驱动液压系统。PLC作为控制中心，对所有系统都具有控制和协调作用，由此可见PLC在整套设备中处于核心的地位。

系统中由于需要很多监测的变量和大量的执行机构元件，包含了大量的流量传感器、行程传感器、温度传感器、压力传感器和少量变频器、电动机以及大量的比例溢流阀、节流阀等，因此需要很多的输入输出点，模拟信号有4-20mA的电流、0-10V的电压、热敏电阻等，必须选用功能强大的PLC作为控制系统。在本套系统中选用SIMATIC Manager作为PLC控制软件。

1.PLC系统的组成及主要功能

1.1 PLC系统的组成

PLC系统有PLC运行及储存器、各类传感器等输入部分及各类电继电器等输出部分，见图1。SIMATIC Manager是S7-PLC自动控制程序的管理程序，安装在控制室的控制电脑上。当发生故障需要查看或修改PLC程序时可通过一台外部电脑和调制解调器和盾构机上的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。

PLC系统的软件主要有控制室室电脑上的操作系统，PLC控制程序SIMATIC Manager 和监控程序PDV。

S7-400系列PLC的组成

CPU：进行逻辑运算、数学运算，并协调整个系统

存储器：用于存放系统编辑程序、监控运行程序、用户程序、逻辑及数学运算的过程变量及其他所有信息。

电源：采用PS-407，将交直流网络电压转换成5VDC及24VDC的工作电压。

数字量输入模块（SM421）：连接开关、2线接近开关

数字量输出模块（SM422）：连接电磁阀、接触器、灯、电动机起动器

模拟量输入模块（SM431）：连接电压、电流传感器，热电阻

模拟量输出模块（SM432）：将数字量转换成模拟量

接口模块：IM460-3 IM461-3

1.2 PLC的主要功能

本套设备中使用的PLC是德国西门子公司的SIMATIC S7-300和SIMATIC S7-400两个系列。

1.2.1 SIMA TIC S7-300系列

SIMATIC S7-300系列位于3号车架的7号配电柜中，其主要功能如下：

（1）检测电机的空气开关及漏电保护开关是否已经打开（若没打开则会显示故障信息，并且不能起动电机）。

（2）在所有条件都满足后输出信号使中间继电器得电，从而起动电机。

（3）刀盘电机热敏电阻的模拟量输入。

1.2.2 SIMA TIC S7-400系列

SIMATIC S7-400系列位于1号车架的控制室内，它的主要功能如下：

（1）数据处理：SIMATIC S7-400具有数学运算（包括矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传递、转换、排序和查表、位操作等功能，也能完成数据的采集分析和处理。

（2）模拟量输入处理功能：利用模拟量输入模块将现场的模拟量转换成过程值。例如：将温度传感器测得的油温与设定值进行比较，将结果转换成开关量输入（“0”或“1”），从而实现对油温的监控报警。

（3）工艺参数信号处理功能：对于模拟量通过相关信号进行处理。例如：可以采集和处理千斤顶行程传感器提供的信号，把它传输到PLC系统中，并显示在屏幕及控制面板上。（4）控制功能：能对设备进行联锁控制。例如：若要推进，则会检查推进泵是否打开，盾尾油脂是否工作正常等一些条件，这些条件全部满足才能推进。

（5）调节功能：能对压力、速度、流量等模拟量参数进行调节。

（6）报警功能：对报警信号进行多种形式的处理。如在显示屏上显示故障信息、指示灯闪烁或声音报警。

1.3 西门子PLC控制系统的优点

与单片机控制系统相比，西门子PLC控制系统具有如下优点：

（1）编程方便。用户可根据不同机型的流程要求编制程序，程序调试和修改都非常简便，能根据客户需求进行变化；程序可采用密码保护，保护自己的劳动成果。而且PLC采用的梯形图语言简单易学，容易上手，不象单片机控制系统那样复杂而且一旦定型不易修改，不能根据客户需求变化。

（2）系统能非常方便地连接到PC机监控系统或其他系统中，根据应用情况，有时可无须增加额外硬件就能实现；增加适当硬件可连接到互联网上。

（3）系统控制灵活，精确度高；故障率低，且排除快捷，节省维护成本。

（4）西门子PLC具有各种认证，通行全世界。

（5）PLC控制系统具有可追溯性，配备各种相关交换器可具有远程查询功能，有利于领导、技术人员查询。

2.PLC在系统中的作用