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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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
—
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
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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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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。
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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。