S7—300型PLC程序在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)用

周陸軍

摘要：隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器已廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)。PLC正是采用了可編程控制器的原理而發(fā)明的一種電子設(shè)備裝置，這種裝置如今在隧道里操作的盾構(gòu)機(jī)上得到廣泛運(yùn)用。我司進(jìn)口的海瑞克盾構(gòu)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)均由S7-300型PLC程序所操作。文章根據(jù)本人的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和觀察，分析S7-300型PLC系統(tǒng)的組成和在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)用，讓我們更好的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用這種技術(shù)，及時(shí)地排除機(jī)械設(shè)備故障，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；刀盤電機(jī)；變頻器；控制系統(tǒng)

1工程概況

本工程為廣州市220千伏厚德電纜隧道工程（盾構(gòu)段）設(shè)計(jì)起止里程為A1K0+557.672~A1K3+099.980，全長2542.308米，包括盾構(gòu)區(qū)間隧道、5個(gè)工作井及隧道內(nèi)電纜支架鋼結(jié)構(gòu)等工程內(nèi)容。工程總造價(jià)約1.809億，計(jì)劃總工期22個(gè)月。

盾構(gòu)自始發(fā)井A始發(fā)，先后通過過井B、過井C、過井E，到達(dá)吊出井G。盾構(gòu)隧道采用海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，開挖直徑6.28米，混凝土襯砌為1.5米環(huán)寬標(biāo)準(zhǔn)管片（外徑6米、內(nèi)徑5.4米），隧道長2486.307米，最小曲線半徑為350米，最小縱坡5%，隧道埋深約13~17m。

2S7-300 PLC系統(tǒng)的組成以及在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)用

2.1S7-300 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繼電器等輸出部分，SIMATIC Manager是S7-PLC自動(dòng)控制程序的管理程序，安裝在地面監(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)的軟件主要有地面監(jiān)控室電腦上的操作系統(tǒng)，SIMATIC Manager程序，Netpro程序及監(jiān)控程序PDV，以及安裝在盾構(gòu)機(jī)PLC上的控制程序。

2.2S7-300 PLC在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)行以及故障報(bào)警

我們只要把盾構(gòu)機(jī)PLC程序設(shè)定好，邏輯條件成立時(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、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。

工作過程：當(dāng)盾構(gòu)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，PLC開關(guān)量發(fā)出指令給二位二通電磁閥得電，氣壓源通過二位二通電磁閥進(jìn)入氣動(dòng)泵。此時(shí)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，油脂量可以通過控制閥芯的沖程數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，閥芯的沖程數(shù)信息量通過脈沖傳感器輸入到PLC。PLC通過邏輯運(yùn)算，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。等待PLC下一個(gè)工作指令源下發(fā)，如此按照前面的程序步驟反復(fù)運(yùn)行下去，直到工作指令的停止。

3故障實(shí)例

盾構(gòu)在推進(jìn)中操作室的電腦上，顯示中心回轉(zhuǎn)體油脂潤滑系統(tǒng)故障。第一時(shí)間通過利用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(hào)。此時(shí)只要將沖程傳感器拆除，將與傳感器內(nèi)徑直徑相差不多的金屬棒插入其中，作活塞式往復(fù)運(yùn)動(dòng)。可以看出PLC有信號(hào)輸入，傳感器能正常工作，隨后將其中的

圖1盾尾油脂電路邏輯圖

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。將分配閥解體清潔后發(fā)現(xiàn)，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。我們分析原來是機(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PLC接收不到油脂脈沖信號(hào)。

綜合上述分析可知，刀盤電機(jī)1能起動(dòng)和正常工作的必須滿足以下條件:

（1）刀盤電機(jī)起動(dòng)信號(hào)I18.2(13/5.4)輸入，且刀盤離合器未處于釋放狀態(tài)，即Q37.3 (13/42.2)的邏輯為0。

（2）刀盤電機(jī)停止信號(hào)I18.1（Antrieb1aus）有輸入（常閉點(diǎn)）。

（3）刀盤電機(jī)斷路開關(guān)處于閉合狀態(tài)，即I53.7 (13/2.4)有信號(hào)輸入。

（4）刀盤電機(jī)溫度正常不過熱，即I54.0 (13/3.4) 有信號(hào)輸入。

（5）盾構(gòu)機(jī)冷卻水泵工作正常，即I15.4 (11/4.7) 有信號(hào)輸入。

（6）盾構(gòu)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)回水正常，即I18.5 (11/19.3) 有信號(hào)輸入。

（7）供給泵的工作壓力Komm_datenbaustein.d22要大于20bar，小于35bar。

（8）刀盤急停系統(tǒng)正常，即I54.6（22/3.7）沒有信號(hào)輸入。

（9）螺旋機(jī)急停系統(tǒng)正常，即I56.6（22/3.7）沒有信號(hào)輸入。

4故障的處理

通過對(duì)PLC程序的分析，我們對(duì)盾構(gòu)機(jī)故障的處理將會(huì)簡(jiǎn)單快速，在實(shí)際當(dāng)中我們還可以運(yùn)用STEP7監(jiān)控軟件進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)故障的處理，若在工程控制線路檢修中，有時(shí)故障難以查找時(shí)，此時(shí)不妨用下STEP7監(jiān)控軟件，針對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行一次PLC掃描就可以監(jiān)控到是否有信號(hào)點(diǎn)的輸入和輸出，針對(duì)每一個(gè)開關(guān)量都能直觀地顯示它們的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，以便更快更準(zhǔn)的找到故障點(diǎn)。

4.1故障現(xiàn)象1

在工地施工時(shí)刀盤電機(jī)起動(dòng)即將進(jìn)行星三角轉(zhuǎn)換時(shí)突然停止。我們分析導(dǎo)致故障的原因有兩個(gè)，其一，星三角轉(zhuǎn)換時(shí)間的設(shè)定值超過了PLC時(shí)間的設(shè)定值，其二，主接觸器本應(yīng)吸合的沒吸合或者線路故障導(dǎo)致PLC系統(tǒng)沒有輸出，即沒有2K2的系統(tǒng)輸出。

處理方法：對(duì)第一種故障， 則要適當(dāng)調(diào)節(jié)延時(shí)繼電器的時(shí)間，使其與PLC系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間，即T30的設(shè)定值相等或稍小一點(diǎn)。對(duì)第二種故障，則要檢查主接觸器常開觸點(diǎn)是否能吸合同時(shí)接觸良好或線路用萬用表檢測(cè)是否正常。

4.2故障現(xiàn)象2

當(dāng)起動(dòng)刀盤電機(jī)輸入按鈕后，電機(jī)根本就不啟動(dòng)。分析可能導(dǎo)致故障的原因有如下，其一，PLC系統(tǒng)本身有故障，其二，起動(dòng)輸入信號(hào)沒有檢測(cè)到PLC信號(hào)的輸入，條件不滿足無法進(jìn)行下一步的邏輯運(yùn)算。

處理方法：對(duì)第一情況，直接檢測(cè)PLC（軟件系統(tǒng)或者硬件系統(tǒng)）。對(duì)第二種情況，則要檢查控制電源和線路故障，確保PLC有信號(hào)輸入。

第三種情況，可能有以下幾種故障存在：

（1）刀盤電機(jī)停止常閉信號(hào)沒有輸入，分析可能是停止按鈕故障，更換按鈕即可。

（2）盾構(gòu)機(jī)冷卻水泵沒有信號(hào)輸入系統(tǒng)，則檢查冷卻水泵本身是否有故障，接觸器的常開觸點(diǎn)接觸是否閉合，以及線路是否有回路故障。

（3）盾構(gòu)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)回水沒有信號(hào)輸入系統(tǒng)，檢查其傳感器是否得電，以及線路是否有故障。

（4）供給泵的工作壓力不正常，先檢查供給泵實(shí)際的壓力是否符合要求，如不正常，用安全閥來調(diào)節(jié)流量壓力，使其壓力符合PLC設(shè)定要求，若實(shí)際壓力正常，則需檢查壓力傳感器及其線路問題。

（5）刀盤急停系統(tǒng)、螺旋機(jī)急停系統(tǒng)有故障動(dòng)作，只需找到相對(duì)應(yīng)的急停開關(guān)復(fù)位，然后在控制面板點(diǎn)擊復(fù)位按鈕即可。

4.3故障現(xiàn)象3

刀盤電機(jī)紅燈一閃一閃或常亮，起動(dòng)電機(jī)沒有反應(yīng)。分析的原因可能是電機(jī)過熱，亮紅燈報(bào)警。若常亮紅燈，則是電機(jī)斷路開關(guān)未合上，或因?yàn)殡姍C(jī)過流而跳閘。

處理方法: 對(duì)紅燈一閃一閃的情況，可能是熱敏電阻常閉點(diǎn)斷開或線路故障。則更換好的熱敏電阻、且檢查好線路，也可能是電機(jī)真的過熱，則要找出電機(jī)發(fā)熱的真正原因且采取相應(yīng)的措施。若常亮紅燈，如果是忘記將斷路開關(guān)合上，則合上斷路開關(guān)即可，若是因?yàn)檫^流保護(hù)跳閘，則應(yīng)先檢查斷路開關(guān)設(shè)定的過流保護(hù)值是否合理，若設(shè)置沒有問題，則需檢查動(dòng)力回路是否有短路現(xiàn)象，電機(jī)工作是否正常（絕緣老化、線圈燒壞等）。

5結(jié)論

盾構(gòu)機(jī)上采用的西門子S7-300是一個(gè)大中型控制系統(tǒng)，由于其功能較多、工藝較為復(fù)雜，因此控制的邏輯也較為復(fù)雜。通過對(duì)工程實(shí)際案例的分析可以得到：要在第一時(shí)間處理盾構(gòu)機(jī)機(jī)械電氣故障，首先應(yīng)建立在對(duì)盾構(gòu)機(jī)工作原理的理解，處理問題時(shí)思路清晰，先總體后部分。其次就S7-300型PLC程序的認(rèn)知，控制程序的掌握以及邏輯條件的成立。在日后正常的盾構(gòu)機(jī)的維修、維護(hù)人員如果能對(duì)控制程序有一定的理解，則遇到故障時(shí)能相對(duì)較快的處理。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳立定,吳玉香,蘇開才.電氣控制與可編程控制器[M].華南理工大學(xué)出版社,2003.

[2] 陳饋,洪開榮,吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[3] 廖常初主編.跟我動(dòng)手學(xué)S7-300/400 PLC[M].機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.

摘要：隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器已廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)。PLC正是采用了可編程控制器的原理而發(fā)明的一種電子設(shè)備裝置，這種裝置如今在隧道里操作的盾構(gòu)機(jī)上得到廣泛運(yùn)用。我司進(jìn)口的海瑞克盾構(gòu)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)均由S7-300型PLC程序所操作。文章根據(jù)本人的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和觀察，分析S7-300型PLC系統(tǒng)的組成和在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)用，讓我們更好的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用這種技術(shù)，及時(shí)地排除機(jī)械設(shè)備故障，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；刀盤電機(jī)；變頻器；控制系統(tǒng)

1工程概況

本工程為廣州市220千伏厚德電纜隧道工程（盾構(gòu)段）設(shè)計(jì)起止里程為A1K0+557.672~A1K3+099.980，全長2542.308米，包括盾構(gòu)區(qū)間隧道、5個(gè)工作井及隧道內(nèi)電纜支架鋼結(jié)構(gòu)等工程內(nèi)容。工程總造價(jià)約1.809億，計(jì)劃總工期22個(gè)月。

盾構(gòu)自始發(fā)井A始發(fā)，先后通過過井B、過井C、過井E，到達(dá)吊出井G。盾構(gòu)隧道采用海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，開挖直徑6.28米，混凝土襯砌為1.5米環(huán)寬標(biāo)準(zhǔn)管片（外徑6米、內(nèi)徑5.4米），隧道長2486.307米，最小曲線半徑為350米，最小縱坡5%，隧道埋深約13~17m。

2S7-300 PLC系統(tǒng)的組成以及在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)用

2.1S7-300 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繼電器等輸出部分，SIMATIC Manager是S7-PLC自動(dòng)控制程序的管理程序，安裝在地面監(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)的軟件主要有地面監(jiān)控室電腦上的操作系統(tǒng)，SIMATIC Manager程序，Netpro程序及監(jiān)控程序PDV，以及安裝在盾構(gòu)機(jī)PLC上的控制程序。

2.2S7-300 PLC在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)行以及故障報(bào)警

我們只要把盾構(gòu)機(jī)PLC程序設(shè)定好，邏輯條件成立時(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、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。

工作過程：當(dāng)盾構(gòu)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，PLC開關(guān)量發(fā)出指令給二位二通電磁閥得電，氣壓源通過二位二通電磁閥進(jìn)入氣動(dòng)泵。此時(shí)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，油脂量可以通過控制閥芯的沖程數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，閥芯的沖程數(shù)信息量通過脈沖傳感器輸入到PLC。PLC通過邏輯運(yùn)算，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。等待PLC下一個(gè)工作指令源下發(fā)，如此按照前面的程序步驟反復(fù)運(yùn)行下去，直到工作指令的停止。

3故障實(shí)例

盾構(gòu)在推進(jìn)中操作室的電腦上，顯示中心回轉(zhuǎn)體油脂潤滑系統(tǒng)故障。第一時(shí)間通過利用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(hào)。此時(shí)只要將沖程傳感器拆除，將與傳感器內(nèi)徑直徑相差不多的金屬棒插入其中，作活塞式往復(fù)運(yùn)動(dòng)?？梢钥闯鯬LC有信號(hào)輸入，傳感器能正常工作，隨后將其中的

圖1盾尾油脂電路邏輯圖

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。將分配閥解體清潔后發(fā)現(xiàn)，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。我們分析原來是機(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PLC接收不到油脂脈沖信號(hào)。

綜合上述分析可知，刀盤電機(jī)1能起動(dòng)和正常工作的必須滿足以下條件:

（1）刀盤電機(jī)起動(dòng)信號(hào)I18.2(13/5.4)輸入，且刀盤離合器未處于釋放狀態(tài)，即Q37.3 (13/42.2)的邏輯為0。

（2）刀盤電機(jī)停止信號(hào)I18.1（Antrieb1aus）有輸入（常閉點(diǎn)）。

（3）刀盤電機(jī)斷路開關(guān)處于閉合狀態(tài)，即I53.7 (13/2.4)有信號(hào)輸入。

（4）刀盤電機(jī)溫度正常不過熱，即I54.0 (13/3.4) 有信號(hào)輸入。

（5）盾構(gòu)機(jī)冷卻水泵工作正常，即I15.4 (11/4.7) 有信號(hào)輸入。

（6）盾構(gòu)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)回水正常，即I18.5 (11/19.3) 有信號(hào)輸入。

（7）供給泵的工作壓力Komm_datenbaustein.d22要大于20bar，小于35bar。

（8）刀盤急停系統(tǒng)正常，即I54.6（22/3.7）沒有信號(hào)輸入。

（9）螺旋機(jī)急停系統(tǒng)正常，即I56.6（22/3.7）沒有信號(hào)輸入。

4故障的處理

通過對(duì)PLC程序的分析，我們對(duì)盾構(gòu)機(jī)故障的處理將會(huì)簡(jiǎn)單快速，在實(shí)際當(dāng)中我們還可以運(yùn)用STEP7監(jiān)控軟件進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)故障的處理，若在工程控制線路檢修中，有時(shí)故障難以查找時(shí)，此時(shí)不妨用下STEP7監(jiān)控軟件，針對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行一次PLC掃描就可以監(jiān)控到是否有信號(hào)點(diǎn)的輸入和輸出，針對(duì)每一個(gè)開關(guān)量都能直觀地顯示它們的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，以便更快更準(zhǔn)的找到故障點(diǎn)。

4.1故障現(xiàn)象1

在工地施工時(shí)刀盤電機(jī)起動(dòng)即將進(jìn)行星三角轉(zhuǎn)換時(shí)突然停止。我們分析導(dǎo)致故障的原因有兩個(gè)，其一，星三角轉(zhuǎn)換時(shí)間的設(shè)定值超過了PLC時(shí)間的設(shè)定值，其二，主接觸器本應(yīng)吸合的沒吸合或者線路故障導(dǎo)致PLC系統(tǒng)沒有輸出，即沒有2K2的系統(tǒng)輸出。

處理方法：對(duì)第一種故障， 則要適當(dāng)調(diào)節(jié)延時(shí)繼電器的時(shí)間，使其與PLC系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間，即T30的設(shè)定值相等或稍小一點(diǎn)。對(duì)第二種故障，則要檢查主接觸器常開觸點(diǎn)是否能吸合同時(shí)接觸良好或線路用萬用表檢測(cè)是否正常。

4.2故障現(xiàn)象2

當(dāng)起動(dòng)刀盤電機(jī)輸入按鈕后，電機(jī)根本就不啟動(dòng)。分析可能導(dǎo)致故障的原因有如下，其一，PLC系統(tǒng)本身有故障，其二，起動(dòng)輸入信號(hào)沒有檢測(cè)到PLC信號(hào)的輸入，條件不滿足無法進(jìn)行下一步的邏輯運(yùn)算。

處理方法：對(duì)第一情況，直接檢測(cè)PLC（軟件系統(tǒng)或者硬件系統(tǒng)）。對(duì)第二種情況，則要檢查控制電源和線路故障，確保PLC有信號(hào)輸入。

第三種情況，可能有以下幾種故障存在：

（1）刀盤電機(jī)停止常閉信號(hào)沒有輸入，分析可能是停止按鈕故障，更換按鈕即可。

（2）盾構(gòu)機(jī)冷卻水泵沒有信號(hào)輸入系統(tǒng)，則檢查冷卻水泵本身是否有故障，接觸器的常開觸點(diǎn)接觸是否閉合，以及線路是否有回路故障。

（3）盾構(gòu)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)回水沒有信號(hào)輸入系統(tǒng)，檢查其傳感器是否得電，以及線路是否有故障。

（4）供給泵的工作壓力不正常，先檢查供給泵實(shí)際的壓力是否符合要求，如不正常，用安全閥來調(diào)節(jié)流量壓力，使其壓力符合PLC設(shè)定要求，若實(shí)際壓力正常，則需檢查壓力傳感器及其線路問題。

（5）刀盤急停系統(tǒng)、螺旋機(jī)急停系統(tǒng)有故障動(dòng)作，只需找到相對(duì)應(yīng)的急停開關(guān)復(fù)位，然后在控制面板點(diǎn)擊復(fù)位按鈕即可。

4.3故障現(xiàn)象3

刀盤電機(jī)紅燈一閃一閃或常亮，起動(dòng)電機(jī)沒有反應(yīng)。分析的原因可能是電機(jī)過熱，亮紅燈報(bào)警。若常亮紅燈，則是電機(jī)斷路開關(guān)未合上，或因?yàn)殡姍C(jī)過流而跳閘。

處理方法: 對(duì)紅燈一閃一閃的情況，可能是熱敏電阻常閉點(diǎn)斷開或線路故障。則更換好的熱敏電阻、且檢查好線路，也可能是電機(jī)真的過熱，則要找出電機(jī)發(fā)熱的真正原因且采取相應(yīng)的措施。若常亮紅燈，如果是忘記將斷路開關(guān)合上，則合上斷路開關(guān)即可，若是因?yàn)檫^流保護(hù)跳閘，則應(yīng)先檢查斷路開關(guān)設(shè)定的過流保護(hù)值是否合理，若設(shè)置沒有問題，則需檢查動(dòng)力回路是否有短路現(xiàn)象，電機(jī)工作是否正常（絕緣老化、線圈燒壞等）。

5結(jié)論

盾構(gòu)機(jī)上采用的西門子S7-300是一個(gè)大中型控制系統(tǒng)，由于其功能較多、工藝較為復(fù)雜，因此控制的邏輯也較為復(fù)雜。通過對(duì)工程實(shí)際案例的分析可以得到：要在第一時(shí)間處理盾構(gòu)機(jī)機(jī)械電氣故障，首先應(yīng)建立在對(duì)盾構(gòu)機(jī)工作原理的理解，處理問題時(shí)思路清晰，先總體后部分。其次就S7-300型PLC程序的認(rèn)知，控制程序的掌握以及邏輯條件的成立。在日后正常的盾構(gòu)機(jī)的維修、維護(hù)人員如果能對(duì)控制程序有一定的理解，則遇到故障時(shí)能相對(duì)較快的處理。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳立定,吳玉香,蘇開才.電氣控制與可編程控制器[M].華南理工大學(xué)出版社,2003.

[2] 陳饋,洪開榮,吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[3] 廖常初主編.跟我動(dòng)手學(xué)S7-300/400 PLC[M].機(jī)械工業(yè)出版社, 2010.

摘要：隨著人類科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，可編程控制器已廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)。PLC正是采用了可編程控制器的原理而發(fā)明的一種電子設(shè)備裝置，這種裝置如今在隧道里操作的盾構(gòu)機(jī)上得到廣泛運(yùn)用。我司進(jìn)口的海瑞克盾構(gòu)機(jī)的電氣控制系統(tǒng)均由S7-300型PLC程序所操作。文章根據(jù)本人的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和觀察，分析S7-300型PLC系統(tǒng)的組成和在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)用，讓我們更好的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用這種技術(shù)，及時(shí)地排除機(jī)械設(shè)備故障，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；刀盤電機(jī)；變頻器；控制系統(tǒng)

1工程概況

本工程為廣州市220千伏厚德電纜隧道工程（盾構(gòu)段）設(shè)計(jì)起止里程為A1K0+557.672~A1K3+099.980，全長2542.308米，包括盾構(gòu)區(qū)間隧道、5個(gè)工作井及隧道內(nèi)電纜支架鋼結(jié)構(gòu)等工程內(nèi)容。工程總造價(jià)約1.809億，計(jì)劃總工期22個(gè)月。

盾構(gòu)自始發(fā)井A始發(fā)，先后通過過井B、過井C、過井E，到達(dá)吊出井G。盾構(gòu)隧道采用海瑞克土壓平衡盾構(gòu)機(jī)施工，開挖直徑6.28米，混凝土襯砌為1.5米環(huán)寬標(biāo)準(zhǔn)管片（外徑6米、內(nèi)徑5.4米），隧道長2486.307米，最小曲線半徑為350米，最小縱坡5%，隧道埋深約13~17m。

2S7-300 PLC系統(tǒng)的組成以及在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)用

2.1S7-300 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繼電器等輸出部分，SIMATIC Manager是S7-PLC自動(dòng)控制程序的管理程序，安裝在地面監(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)的軟件主要有地面監(jiān)控室電腦上的操作系統(tǒng)，SIMATIC Manager程序，Netpro程序及監(jiān)控程序PDV，以及安裝在盾構(gòu)機(jī)PLC上的控制程序。

2.2S7-300 PLC在盾構(gòu)機(jī)上的運(yùn)行以及故障報(bào)警

我們只要把盾構(gòu)機(jī)PLC程序設(shè)定好，邏輯條件成立時(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、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。

工作過程：當(dāng)盾構(gòu)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，PLC開關(guān)量發(fā)出指令給二位二通電磁閥得電，氣壓源通過二位二通電磁閥進(jìn)入氣動(dòng)泵。此時(shí)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，油脂量可以通過控制閥芯的沖程數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，閥芯的沖程數(shù)信息量通過脈沖傳感器輸入到PLC。PLC通過邏輯運(yùn)算，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。等待PLC下一個(gè)工作指令源下發(fā)，如此按照前面的程序步驟反復(fù)運(yùn)行下去，直到工作指令的停止。

3故障實(shí)例

盾構(gòu)在推進(jìn)中操作室的電腦上，顯示中心回轉(zhuǎn)體油脂潤滑系統(tǒng)故障。第一時(shí)間通過利用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(hào)。此時(shí)只要將沖程傳感器拆除，將與傳感器內(nèi)徑直徑相差不多的金屬棒插入其中，作活塞式往復(fù)運(yùn)動(dòng)?？梢钥闯鯬LC有信號(hào)輸入，傳感器能正常工作，隨后將其中的

圖1盾尾油脂電路邏輯圖

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。將分配閥解體清潔后發(fā)現(xiàn)，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。我們分析原來是機(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PLC接收不到油脂脈沖信號(hào)。

綜合上述分析可知，刀盤電機(jī)1能起動(dòng)和正常工作的必須滿足以下條件:

（1）刀盤電機(jī)起動(dòng)信號(hào)I18.2(13/5.4)輸入，且刀盤離合器未處于釋放狀態(tài)，即Q37.3 (13/42.2)的邏輯為0。

（2）刀盤電機(jī)停止信號(hào)I18.1（Antrieb1aus）有輸入（常閉點(diǎn)）。

（3）刀盤電機(jī)斷路開關(guān)處于閉合狀態(tài)，即I53.7 (13/2.4)有信號(hào)輸入。

（4）刀盤電機(jī)溫度正常不過熱，即I54.0 (13/3.4) 有信號(hào)輸入。

（5）盾構(gòu)機(jī)冷卻水泵工作正常，即I15.4 (11/4.7) 有信號(hào)輸入。

（6）盾構(gòu)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)回水正常，即I18.5 (11/19.3) 有信號(hào)輸入。

（7）供給泵的工作壓力Komm_datenbaustein.d22要大于20bar，小于35bar。

（8）刀盤急停系統(tǒng)正常，即I54.6（22/3.7）沒有信號(hào)輸入。

（9）螺旋機(jī)急停系統(tǒng)正常，即I56.6（22/3.7）沒有信號(hào)輸入。

4故障的處理

通過對(duì)PLC程序的分析，我們對(duì)盾構(gòu)機(jī)故障的處理將會(huì)簡(jiǎn)單快速，在實(shí)際當(dāng)中我們還可以運(yùn)用STEP7監(jiān)控軟件進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)故障的處理，若在工程控制線路檢修中，有時(shí)故障難以查找時(shí)，此時(shí)不妨用下STEP7監(jiān)控軟件，針對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行一次PLC掃描就可以監(jiān)控到是否有信號(hào)點(diǎn)的輸入和輸出，針對(duì)每一個(gè)開關(guān)量都能直觀地顯示它們的狀態(tài)和邏輯關(guān)系，以便更快更準(zhǔn)的找到故障點(diǎn)。

4.1故障現(xiàn)象1

在工地施工時(shí)刀盤電機(jī)起動(dòng)即將進(jìn)行星三角轉(zhuǎn)換時(shí)突然停止。我們分析導(dǎo)致故障的原因有兩個(gè)，其一，星三角轉(zhuǎn)換時(shí)間的設(shè)定值超過了PLC時(shí)間的設(shè)定值，其二，主接觸器本應(yīng)吸合的沒吸合或者線路故障導(dǎo)致PLC系統(tǒng)沒有輸出，即沒有2K2的系統(tǒng)輸出。

處理方法：對(duì)第一種故障， 則要適當(dāng)調(diào)節(jié)延時(shí)繼電器的時(shí)間，使其與PLC系統(tǒng)設(shè)定的時(shí)間，即T30的設(shè)定值相等或稍小一點(diǎn)。對(duì)第二種故障，則要檢查主接觸器常開觸點(diǎn)是否能吸合同時(shí)接觸良好或線路用萬用表檢測(cè)是否正常。

4.2故障現(xiàn)象2

當(dāng)起動(dòng)刀盤電機(jī)輸入按鈕后，電機(jī)根本就不啟動(dòng)。分析可能導(dǎo)致故障的原因有如下，其一，PLC系統(tǒng)本身有故障，其二，起動(dòng)輸入信號(hào)沒有檢測(cè)到PLC信號(hào)的輸入，條件不滿足無法進(jìn)行下一步的邏輯運(yùn)算。

處理方法：對(duì)第一情況，直接檢測(cè)PLC（軟件系統(tǒng)或者硬件系統(tǒng)）。對(duì)第二種情況，則要檢查控制電源和線路故障，確保PLC有信號(hào)輸入。

第三種情況，可能有以下幾種故障存在：

（1）刀盤電機(jī)停止常閉信號(hào)沒有輸入，分析可能是停止按鈕故障，更換按鈕即可。

（2）盾構(gòu)機(jī)冷卻水泵沒有信號(hào)輸入系統(tǒng)，則檢查冷卻水泵本身是否有故障，接觸器的常開觸點(diǎn)接觸是否閉合，以及線路是否有回路故障。

（3）盾構(gòu)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)回水沒有信號(hào)輸入系統(tǒng)，檢查其傳感器是否得電，以及線路是否有故障。

（4）供給泵的工作壓力不正常，先檢查供給泵實(shí)際的壓力是否符合要求，如不正常，用安全閥來調(diào)節(jié)流量壓力，使其壓力符合PLC設(shè)定要求，若實(shí)際壓力正常，則需檢查壓力傳感器及其線路問題。

（5）刀盤急停系統(tǒng)、螺旋機(jī)急停系統(tǒng)有故障動(dòng)作，只需找到相對(duì)應(yīng)的急停開關(guān)復(fù)位，然后在控制面板點(diǎn)擊復(fù)位按鈕即可。

4.3故障現(xiàn)象3

刀盤電機(jī)紅燈一閃一閃或常亮，起動(dòng)電機(jī)沒有反應(yīng)。分析的原因可能是電機(jī)過熱，亮紅燈報(bào)警。若常亮紅燈，則是電機(jī)斷路開關(guān)未合上，或因?yàn)殡姍C(jī)過流而跳閘。

處理方法: 對(duì)紅燈一閃一閃的情況，可能是熱敏電阻常閉點(diǎn)斷開或線路故障。則更換好的熱敏電阻、且檢查好線路，也可能是電機(jī)真的過熱，則要找出電機(jī)發(fā)熱的真正原因且采取相應(yīng)的措施。若常亮紅燈，如果是忘記將斷路開關(guān)合上，則合上斷路開關(guān)即可，若是因?yàn)檫^流保護(hù)跳閘，則應(yīng)先檢查斷路開關(guān)設(shè)定的過流保護(hù)值是否合理，若設(shè)置沒有問題，則需檢查動(dòng)力回路是否有短路現(xiàn)象，電機(jī)工作是否正常（絕緣老化、線圈燒壞等）。

5結(jié)論

盾構(gòu)機(jī)上采用的西門子S7-300是一個(gè)大中型控制系統(tǒng)，由于其功能較多、工藝較為復(fù)雜，因此控制的邏輯也較為復(fù)雜。通過對(duì)工程實(shí)際案例的分析可以得到：要在第一時(shí)間處理盾構(gòu)機(jī)機(jī)械電氣故障，首先應(yīng)建立在對(duì)盾構(gòu)機(jī)工作原理的理解，處理問題時(shí)思路清晰，先總體后部分。其次就S7-300型PLC程序的認(rèn)知，控制程序的掌握以及邏輯條件的成立。在日后正常的盾構(gòu)機(jī)的維修、維護(hù)人員如果能對(duì)控制程序有一定的理解，則遇到故障時(shí)能相對(duì)較快的處理。

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