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PLC在盾构机上的应用
赵永兵
中铁十三局第二工程有限公司广州分公司
摘要:在机械自动化的工业领域中,PLC作为主要的控制核心,,PLC控制系统发挥着至关重要的作用,。
关键词:PLC控制系统、盾构机、故障分析
0引言
我公司购置的2台德衡式盾构机,担负着广州地铁隧道的掘进任务。它配备了刀盘驱动系统、螺旋机驱动系统、拼装机系统、同步注浆系统、泡沫发生系统、密封主轴承自动润滑系统等机电一体化液压系统和SLS-T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,而这些系统的自动化都是由PLC进行控制。
1、PLC的组成及工作原理
PLC的组成
用PLC实施控制,其实质是按一定算法进行I/O变换,并将这个予以物理实现。I/O变换、物理变换是PLC实施控制的两个基本点。而I/O变换实际上是信息处理,信息通常用通用计算机技术。物理实现要求PLC的输入应当排除干扰信号适用于工业现场。输出应放大到工业控制水平,能为实现控制系统方便使用。而通用计算机只考虑信息本身,变的不多考虑。因此PLC是微型计算机技术于机电控制技术相结合的产物,是一种以微处器为核心,用于电气控制的特殊计算机,他采用典型计算机结构,主要由中央处理器(CPU)、存储器、I/O接口、电源、通信接口、扩展接口等单元部件组成,这些单元都是通过内部总线行进连接的。盾构机PLC由以下组成,如下图所示:
PLC系统的软件主要有控制室室电脑上的操作系统,PLC控制程序SIMATIC Manager和监控程序PDV。

S7-400系列PLC的组成
CPU:进行逻辑运算、数学运算,并协调整个系统
存储器:用于存放系统编辑程序、监控运行程序、用户程序、逻辑及数学运算的过程变量及其他所有信息。
电源:采用PS-407,将交直流网络电压转换成5VDC及24VDC的工作电压。
数字量输入模块(SM421):连接开关、2线接近开关
数字量输出模块(SM422):连接电磁阀、接触器、灯、电动机起动器
模拟量输入模块(SM431):连接电压、电流传感器,热电阻
模拟量输出模块(SM432):将数字量转换成模拟量
接口模块:IM460-3 IM461-3
PLC的工作原理
PLC虽然以微处器为核心,具有微型计算机的许多特点,但他的工作方式却与微型计算机有很大的不同。微型计算机一般采用等待命令或中断命令的工作方式,如常见的键盘扫描方式或I/O扫描方式,当按下或I/O动作,则转入相应的子程序或中断服务程序;无键按下,则继续扫描等待。而PLC采用循环扫描的工作方式,即“顺序扫描,不断循环”。
用户程序通过编程器或其他输入设备存放在PLC的用户存储器中。当PLC开始运行时,CPU根据系统监控程序的规定顺序,通过扫描,可完成各输入点状态采集或输入数据采集、用户程序的执行、各输出点状态的更新、编程器的键入响应和显示器更新及CPU自检等功能。
PLC采用集中采样、集中输出的工作方式,减少了外界干扰的影响。PLC的循环扫描过程分为输入采样、程序执行和输出处理三个阶段。
第一阶段:输入采样阶段,PLC以扫描方式将所有输入端的输入状态进行采样,并将采样结果分别存入相应的输入映像寄存器中,此时输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段,在程序期间即使输入状态发生变化,映像寄存器的内容也不会改变,是、输入状态的变化只能在下一个采样阶段(即下一个扫描工作周期)才被重新采样。
第二阶段:程序执行阶段,在程序执行阶段,PLC是按顺序对程序进行扫描执行,如果程序用梯形图表示,则总是按先上后下、先左后右的顺序进行扫描执行。若遇到程序跳转指令是,则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态时,PLC从输入映像寄存器将上一阶段采集的输入端子状态独处,从元件映像寄存器读出对应元件的当前状态,并根据用户程序进行相应运算,然后将运算结果再存入元件寄存器中。对于元件寄存器来说,其内容随着程序的执行而发生变化。
第三阶段:输出刷新阶段,当所有指令执行完毕后,进入输出刷新阶段。此时,PLC将输出映像寄存器中所有与输出有关的输出继电器的状态转存到输出锁存器中。并通过一定的方式输出,驱动器部负载。
2、PLC在盾构机上的作用

系统中所有电机的起动停止都是由PLC控制的,在此以液压油过滤循环泵为例。
图2是液压油过滤循环泵起动的PLC控制电路。

按下11-2S4起动按钮后,,经过PLC程序后,,使继电