PLC控制交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)研究

陳貝貝

摘 要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電子技術(shù)也在不斷的提升，尤其是微電子與技術(shù)算計網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，逐漸被應(yīng)用到各個行業(yè)中。本文依據(jù)西門子S7-400的PLC控制交流變頻調(diào)速控制在盾構(gòu)機(jī)電控制系統(tǒng)的應(yīng)用，對盾構(gòu)機(jī)電的硬件結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)置及邏輯控制等三個方面對PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行研究分析。

關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；電氣系統(tǒng)；盾構(gòu)機(jī)電

隨著我國地鐵建設(shè)的高速發(fā)展，盾構(gòu)機(jī)在我國地鐵隧道施工中應(yīng)用越來越廣泛。它是一種由機(jī)械、電氣與液壓三種系統(tǒng)相互結(jié)合產(chǎn)生的施工設(shè)備，其中PLC控制系統(tǒng)作為其核心組成，不僅承擔(dān)著盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的檢測，邏輯運(yùn)算的控制，還肩負(fù)著對盾構(gòu)機(jī)發(fā)送指令及控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的任務(wù)。因此，PLC控制系統(tǒng)對盾構(gòu)施工的質(zhì)量與安全及設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測有著極為重要的作用。

1.盾構(gòu)機(jī)PLC控制系統(tǒng)簡介

1.1 硬件組成

PLC控制系統(tǒng)的軟件構(gòu)成主要的是由S7系列及750系列通過太網(wǎng)形成的控制器。PLC控制系統(tǒng)的信號運(yùn)輸路徑受設(shè)備的分布影響。PLC控制系統(tǒng)的信號在經(jīng)過分布集中的設(shè)備區(qū)時，會直接進(jìn)入PLC的主站的中控室。在經(jīng)過盾構(gòu)機(jī)殼體時，會通過太網(wǎng)模塊以遠(yuǎn)程的方式進(jìn)行采集后，統(tǒng)一集中的運(yùn)送至PLC主站。

1.2 軟件組成

標(biāo)準(zhǔn)的軟件包應(yīng)用是PLC控制交流系統(tǒng)中的基本組成內(nèi)容，通過對ZSTEP7的程序分解研究，發(fā)現(xiàn)這種軟件包不僅可以實現(xiàn)用戶程序結(jié)構(gòu)化，還易于理解，從而保障標(biāo)準(zhǔn)程序的穩(wěn)定性。PLC交流控制系統(tǒng)的軟件通常包含兩個方面。一是調(diào)用操作系統(tǒng)；二是用戶程序的接口程序塊。由于軟件自帶系統(tǒng)自帶模塊功能與系統(tǒng)，系統(tǒng)的模塊和系統(tǒng)的功能是CPU的重要組成部分，它不僅具有一定的儲蓄能力，而且還不需要占用太多的空間。

1.3 系統(tǒng)供電

PLC的系統(tǒng)供電包括工作電源供電及控制電源供電兩個方面。工作電源供電

是指滿足PLC硬件設(shè)備所需電能的運(yùn)行，它通常采用230V的交流電壓進(jìn)行供電。在進(jìn)行盾構(gòu)施工的過程中，為了使PLC系統(tǒng)的設(shè)備進(jìn)行正常的運(yùn)行與工作，通常在工作電源的回路處進(jìn)行 Pulsar M（3000）型UPS的設(shè)置，來代替供電回路備用電路的設(shè)置。保證在電路出現(xiàn)故障的情況下，維持對PLC設(shè)備的電源供應(yīng)。但在實際操作過程中，為了提高供電系統(tǒng)的安全系數(shù)，還需要使操作人員進(jìn)行定期的故障排查、設(shè)備電源切換等工作。

控制電源是指對系統(tǒng)操作的輸入輸出控制、指示燈及傳感器的供電操作等進(jìn)行控制。它通常通過采用24V的直流電壓進(jìn)行供電。電源的回路控制是通過Phoenix QUINT系列的開關(guān)將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?。通過智能電流分配器來實現(xiàn)將直流電源分配成模擬電量的輸入與輸出、開關(guān)量的輸入與輸出等，這樣不僅可以實現(xiàn)將直流電源進(jìn)行分流與隔離的特性，還能保證各個電路之間的正常運(yùn)行不受影響，既有利于故障的檢修，還能為超荷載電流進(jìn)行報警顯示，對系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著重要的保障作用。

2.PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

PLC控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是在太網(wǎng)Ethernet結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上建立的。由于盾構(gòu)機(jī)的電氣系統(tǒng)的設(shè)備分布較廣，因此，PLC系統(tǒng)下的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以將盾構(gòu)網(wǎng)絡(luò)分為三層。一是監(jiān)控層。它主要是由工控主機(jī)及顯示屏共同組成，主要針對系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，包括對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控、系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲及對系統(tǒng)出現(xiàn)的故障進(jìn)行檢修等工作。二是設(shè)備層。它負(fù)責(zé)對盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行工作。主要由盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)的傳感器、驅(qū)動器及開關(guān)設(shè)備等組成。PLC系統(tǒng)下的各個網(wǎng)絡(luò)組成部分之間也進(jìn)行相互作用，其中監(jiān)控層與控制層之間的作用是通過Ethernet 網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。而控制層與設(shè)備層則是通過對設(shè)備中的電纜連接實現(xiàn)對控制信號的運(yùn)輸。其具體操作為通過設(shè)備上的電纜、電線之間的連接，將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)或控制信號傳送至盾構(gòu)機(jī)設(shè)備上。

2.2 網(wǎng)絡(luò)配置

盾構(gòu)PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置，是在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上通過采用SIMATIC STEP7

軟件對S7-400進(jìn)行組態(tài)處理，包括對電源、CPU及分布式模塊等進(jìn)行的實際配置及物理地址的組態(tài)處理。PLC地址的確定是依據(jù)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，并通過對組態(tài)程序數(shù)據(jù)的下載，從而實現(xiàn)PLC系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的控制運(yùn)行。

3.PLC控制程序在盾構(gòu)機(jī)應(yīng)用中的特點

3.1 靈活性

PLC控制交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的靈活性主要包括編程邏輯控制性的操作靈活性和寬領(lǐng)域操作系統(tǒng)的靈活性兩方面。編程邏輯控制性的操作靈活性主要體現(xiàn)在語言功能有圖表、梯形圖形及語句說明等。因此，將不同的編程系統(tǒng)的方法運(yùn)用到編程過程中，不僅具有操作簡便的特點，還可以使PLC控制交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)在電梯應(yīng)用的領(lǐng)域不斷拓寬。

3.2 操作簡便

PLC控制交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的簡便性可以分為操作的簡便性及編程的簡便性。PLC控制交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的編程的主要目的是指對程序操作的執(zhí)行更改與輸入。在編程程序是大中型的前提下，通過在操作過程中，將輸入的信息顯示出來，從而凸顯編程器在CPU上的主體地位。

3.3 安全可靠性

由于PLC控制交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)內(nèi)部有一套較為完整的可行性安全控制方案，因此，它與普通計算機(jī)相比具有一定的獨(dú)特性，不僅具有較強(qiáng)的硬件設(shè)施，在計算機(jī)編程方面也具有簡單可靠性。

4.結(jié)束語

本文通過對PLC系統(tǒng)的硬件、軟件組成、網(wǎng)絡(luò)組成及程序方面的控制等進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在盾構(gòu)施工過程中，PLC系統(tǒng)是盾構(gòu)機(jī)的核心組成部分，不僅具有先進(jìn)的設(shè)計理念及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，且其硬件等方面配置也較為合理，是程序的穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障。因此掌握先進(jìn)的PLC控制系統(tǒng)對提升隧道盾構(gòu)施工有重要的作用。

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