PLC控制系統(tǒng)在NFM盾構(gòu)機(jī)上的應(yīng)用

摘要

摘　要 介紹可編程序控制器（PLC）工作原理以及在NFM盾構(gòu)機(jī)上的硬件及軟件組成，運(yùn)行過程。結(jié)合實(shí)例詳細(xì)分析PLC的應(yīng)用及故障的處

摘　要  介紹可編程序控制器（PLC）工作原理以及在NFM盾構(gòu)機(jī)上的硬件及軟件組成，運(yùn)行過程。結(jié)合實(shí)例詳細(xì)分析PLC的應(yīng)用及故障的處理。

關(guān)鍵詞  盾構(gòu)機(jī) 可編程序控制器 應(yīng)用

1工程概況

莞惠城際軌道交通項(xiàng)目6標(biāo)盾構(gòu)法隧道施工工程位于廣東省東莞市大朗鎮(zhèn)盾構(gòu)區(qū)間起點(diǎn)里程為GDK33+951.219，終點(diǎn)里程GDK35+432.596.區(qū)間線路長1481米。盾構(gòu)機(jī)下穿黎貝嶺村、黎貝嶺芒果園、富民北路、新和路、康麗路等，沿線地表建筑覆蓋達(dá)到95%。地質(zhì)情況包括：人工填土，第四系全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)粘土，淤泥質(zhì)土，細(xì)沙，中砂，粗砂層及圓礫土層，殘積坡積粉質(zhì)粘土，粉土，局部地段巖石單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)到200Mpa，地下水主要為孔隙水和裂隙水，地下水埋深一般為1—5米。

我公司使用2臺(tái)北方重工NFM公司的土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，分別擔(dān)負(fù)著莞惠城際軌道6標(biāo)左右線兩個(gè)區(qū)間隧道的掘進(jìn)任務(wù)。它配備了機(jī)電一體化液壓系統(tǒng)、同步注漿系統(tǒng)、泡沫發(fā)生系統(tǒng)、膨潤土加注系統(tǒng)、密封主軸承自動(dòng)潤滑系統(tǒng)和PPS隧道激光自動(dòng)控制系統(tǒng)，是當(dāng)今隧道掘進(jìn)設(shè)備中自動(dòng)化程度較高的機(jī)械，由施耐德premium系列PLC進(jìn)行控制。
 

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2 PLC的工作原理

PLC也叫可編程控制器是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與繼電—接觸器控制等常規(guī)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是在繼電—接觸器控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型控制器。它既具有繼電—接觸器控制系統(tǒng)簡單易懂易于理解的優(yōu)點(diǎn)，也具有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的靈活方便、柔性強(qiáng)的特點(diǎn)。雖然PLC的具體結(jié)構(gòu)因產(chǎn)品不同而有差異，但是其組成的基本原理是相同的，都是以微處理器為核心，加上存儲(chǔ)器、接口電路等組成，當(dāng)然還需要有相應(yīng)的軟件系統(tǒng)支持才能正常工作，見下圖1。

PLC采用循環(huán)掃描的工作方式，其掃描過程如圖2所示，分為以下階段：

●內(nèi)部處理：檢查CPU模塊硬件系統(tǒng)，復(fù)位監(jiān)視定時(shí)器等；

●通信操作：與智能模塊、編程設(shè)備等通信；

●輸出處理：也叫輸入采樣，此階段順序讀入所有輸入端子的狀態(tài)并存入輸入映像寄存器；

●程序執(zhí)行：執(zhí)行用戶程序，并根據(jù)用戶程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，有關(guān)運(yùn)算結(jié)果存入相應(yīng)元件映像寄存器中。

●輸出處理：程序執(zhí)行完畢，將輸出元件映像寄存器中輸出繼電器的狀態(tài)轉(zhuǎn)存到輸出鎖存器，然后通過相應(yīng)接口電路使輸出端子輸出控制信號驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。

全過程掃描一次的時(shí)間稱作掃描周期。

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3 NFM盾構(gòu)機(jī)PLC系統(tǒng)的組成

PLC系統(tǒng)有工控機(jī)、兩臺(tái)調(diào)制解調(diào)器、PLC運(yùn)行及儲(chǔ)存器、各類傳感器等輸入部分及各類電繼電器等輸出部分，見圖3。在地面監(jiān)控室的工控機(jī)（上位機(jī)）內(nèi)，通過一臺(tái)在監(jiān)控室的調(diào)制解調(diào)器和一臺(tái)安裝在盾構(gòu)機(jī)調(diào)制解調(diào)器相互譯制，與盾構(gòu)機(jī)的PLC串口相連，從而監(jiān)控和控制PLC運(yùn)行，同時(shí)上位機(jī)也起著掘進(jìn)參數(shù)數(shù)據(jù)保存作用，方便操作人員使用和維護(hù)。

 

PLC系統(tǒng)的軟件主要有操作室以及地面監(jiān)控室電腦上的操作系統(tǒng)PRE vue程序，安裝在盾構(gòu)機(jī)PLC上的控制程序以及編程軟件PL7 pro。

4 NFM盾構(gòu)機(jī)PLC系統(tǒng)運(yùn)行

根據(jù)設(shè)定的程序，在某些必要條件滿足時(shí)，PLC才能進(jìn)行下一步工作，否則，程序就不能往下運(yùn)行，設(shè)備停止運(yùn)行，同時(shí)會(huì)將錯(cuò)誤信息顯示在操作室的電腦上。我們按照顯示的錯(cuò)誤信息及代碼去查找故障原因，即PLC是否正常輸入、PLC是否正常輸出、前后輸入/輸出設(shè)備是否正常、連接線路是否良好。這樣分段分析、仔細(xì)排查，故障會(huì)很容易得到解決。

以盾構(gòu)機(jī)中EP2潤滑脂加注系統(tǒng)為例，說明PLC自動(dòng)控制程序在盾構(gòu)機(jī)故障排除中的應(yīng)用。在盾構(gòu)機(jī)中，EP2潤滑加注系統(tǒng)屬于較復(fù)雜且很重要的部分，包含螺旋機(jī)密封、球軸承密封、中心回轉(zhuǎn)體密封等部位的自動(dòng)密封。本系統(tǒng)的正常運(yùn)行與否不僅關(guān)系到盾構(gòu)機(jī)能否順利運(yùn)行，同時(shí)對延長設(shè)備使用壽命起著很重要的作用。EP2加注系統(tǒng)是壓縮空氣通過由PLC控制的電磁閥為氣動(dòng)泵提供動(dòng)能來源，輸入氣壓和輸出油脂壓力的比值是1∶50，即1bar的氣壓能產(chǎn)生50bar的油脂壓力。通常將壓縮空氣的壓力調(diào)節(jié)為1.5～2.0bar，即油脂壓力為75～100bar，足以克服油脂在管內(nèi)的損耗，保證輸送到盾構(gòu)機(jī)上的多個(gè)油脂分配閥時(shí)有足夠的壓力，再由油脂分配閥非均勻的將油脂輸送到需要被潤滑的部位，達(dá)到自動(dòng)潤滑效果，如圖4。

 

油脂分配閥在潤滑系統(tǒng)中起著重要作用，它的結(jié)構(gòu)組成如圖5所示。其工作過程：當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，PLC發(fā)出指令為二位二通電磁閥通電，如圖6，具有壓力的油脂進(jìn)入油脂分配閥，開始進(jìn)行油脂分配；在此種情況下，分配閥所分配的油脂量可以通過控制閥芯的沖程數(shù)進(jìn)行計(jì)算，閥芯的沖程數(shù)通過脈沖傳感器輸入到PLC；當(dāng)累積到一定量的沖程數(shù)時(shí)，PLC發(fā)出指令，停止向電磁閥通電，油脂分配閥的進(jìn)口關(guān)閉，油脂分配結(jié)束。當(dāng)下個(gè)指令發(fā)出時(shí)，照此重復(fù)進(jìn)行。

 

1—閥板；2—電磁閥；3—閥芯；4—脈沖傳感器；5—閥塊（定量塊）。

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5 故障排除實(shí)例

一次，在盾構(gòu)機(jī)操作室的電腦上，顯示中心回轉(zhuǎn)體油脂潤滑系統(tǒng)故障，通過利用PLC程序和顯示的錯(cuò)誤信息，查得是油脂分配閥的輸出無信號。將沖程傳感器拆除，將一直徑與傳感器內(nèi)徑相差不多的金屬棒體插入其中，作活塞式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以從PLC輸入指示燈看出，傳感器能正常工作，隨后將其中的一條輸出油脂管拆除，手動(dòng)進(jìn)行注脂，油脂還是不能注出；后將分配閥整體拆下，在機(jī)修房拆開檢查、清潔，最后在清理閥板時(shí)，從閥板孔中取出一顆細(xì)小砂子（直徑約1mm），再次安裝到盾構(gòu)機(jī)上，試機(jī)正常，原來是機(jī)修工在更換油脂桶時(shí)，操作不慎，有雜物掉入油脂桶，導(dǎo)致了此故障的發(fā)生。

6 結(jié)束語

綜上所述，PLC在NFM盾構(gòu)機(jī)上得到了很大的應(yīng)用，PL7編程軟件能很好的幫助我們查找到故障的發(fā)生點(diǎn)，有助我們更準(zhǔn)、更快的排除故障。