PLC控制系统在NFM盾构机上的应用

摘要

摘　要 介绍可编程序控制器（PLC）工作原理以及在NFM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

摘　要  介绍可编程序控制器（PLC）工作原理以及在NFM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

1工程概况

莞惠城际轨道交通项目6标盾构法隧道施工工程位于广东省东莞市大朗镇盾构区间起点里程为GDK33+951.219，终点里程GDK35+432.596.区间线路长1481米。盾构机下穿黎贝岭村、黎贝岭芒果园、富民北路、新和路、康丽路等，沿线地表建筑覆盖达到95%。地质情况包括：人工填土，第四系全新统冲洪积粉质粘土，淤泥质土，细沙，中砂，粗砂层及圆砾土层，残积坡积粉质粘土，粉土，局部地段岩石单轴抗压强度达到200Mpa，地下水主要为孔隙水和裂隙水，地下水埋深一般为1—5米。

我公司使用2台北方重工NFM公司的土压平衡式盾构机，分别担负着莞惠城际轨道6标左右线两个区间隧道的掘进任务。它配备了机电一体化液压系统、同步注浆系统、泡沫发生系统、膨润土加注系统、密封主轴承自动润滑系统和PPS隧道激光自动控制系统，是当今隧道掘进设备中自动化程度较高的机械，由施耐德premium系列PLC进行控制。
 

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2 PLC的工作原理

PLC也叫可编程控制器是微型计算机技术与继电—接触器控制等常规控制技术相结合的产物，是在继电—接触器控制系统和计算机控制系统基础上发展起来的新型控制器。它既具有继电—接触器控制系统简单易懂易于理解的优点，也具有计算机控制系统的灵活方便、柔性强的特点。虽然PLC的具体结构因产品不同而有差异，但是其组成的基本原理是相同的，都是以微处理器为核心，加上存储器、接口电路等组成，当然还需要有相应的软件系统支持才能正常工作，见下图1。

PLC采用循环扫描的工作方式，其扫描过程如图2所示，分为以下阶段：

●内部处理：检查CPU模块硬件系统，复位监视定时器等；

●通信操作：与智能模块、编程设备等通信；

●输出处理：也叫输入采样，此阶段顺序读入所有输入端子的状态并存入输入映像寄存器；

●程序执行：执行用户程序，并根据用户程序进行逻辑运算，有关运算结果存入相应元件映像寄存器中。

●输出处理：程序执行完毕，将输出元件映像寄存器中输出继电器的状态转存到输出锁存器，然后通过相应接口电路使输出端子输出控制信号驱动外部负载。

全过程扫描一次的时间称作扫描周期。

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3 NFM盾构机PLC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电继电器等输出部分，见图3。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系统的软件主要有操作室以及地面监控室电脑上的操作系统PRE vue程序，安装在盾构机PLC上的控制程序以及编程软件PL7 pro。

4 NFM盾构机PLC系统运行

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EP2润滑脂加注系统为例，说明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润滑加注系统属于较复杂且很重要的部分，包含螺旋机密封、球轴承密封、中心回转体密封等部位的自动密封。本系统的正常运行与否不仅关系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加注系统是压缩空气通过由PLC控制的电磁阀为气动泵提供动能来源，输入气压和输出油脂压力的比值是1∶50，即1bar的气压能产生50bar的油脂压力。通常将压缩空气的压力调节为1.5～2.0bar，即油脂压力为75～100bar，足以克服油脂在管内的损耗，保证输送到盾构机上的多个油脂分配阀时有足够的压力，再由油脂分配阀非均匀的将油脂输送到需要被润滑的部位，达到自动润滑效果，如图4。

 

油脂分配阀在润滑系统中起着重要作用，它的结构组成如图5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6，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，分配阀所分配的油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；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。当下个指令发出时，照此重复进行。

 

1—阀板；2—电磁阀；3—阀芯；4—脉冲传感器；5—阀块（定量块）。

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5 故障排除实例

一次，在盾构机操作室的电脑上，显示中心回转体油脂润滑系统故障，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。将冲程传感器拆除，将一直径与传感器内径相差不多的金属棒体插入其中，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，随后将其中的一条输出油脂管拆除，手动进行注脂，油脂还是不能注出；后将分配阀整体拆下，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小砂子（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油脂桶时，操作不慎，有杂物掉入油脂桶，导致了此故障的发生。

6 结束语

综上所述，PLC在NFM盾构机上得到了很大的应用，PL7编程软件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。