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土压平衡盾构机PLC控制系统应用研究 　　摘要：结合工程实践，研究土压平衡盾构机的电气控制系统，介绍西门子S7-300可编程控制器和PROFIBUS DP工业现场总线在盾构机上的应用。 　　关键词：盾构机 可编程控制 应用 　　中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 　　工程概况和盾构机简介 　　胜利门站～三阳广场站区间共1011.309m。左线里程为ZSK11+814.828～ZSK12+326.37，短链11.172m，隧道长度为500.37m。右线里程为YSK11+815.431～YSK12+326.37，隧道长度为510.939m。区间隧道断面为外径6.2m，内径5.5m的圆形。根据施工的整体策划，拟以胜利门站南端头井的左线作为盾构施工的始发井。盾构机需要完成左线的施工任务，到达三阳广场站，然后站内掉头转向右线施工，最后到达胜利门站南端头井。 　　 　　图一 胜利门站-三阳广场站盾构区间平面图 　　隧道施工采用一台德国海瑞克公司生产的φ6370土压平衡盾构机，盾构机直径为6.39米，长72米，重约400吨。盾构机主要包括刀盘主驱动系统、推进系统、拼装机系统、注浆系统、齿轮油系统、盾尾密封系统、润滑系统、超挖刀系统和工业水循环冷却系统等。 　　PLC控制系统 　　盾构机电气控制系统采用西门子S7系列可编程序控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC），系统选用S7-300作为PROFIBUS主站，ET200M、编码器、变频器等为从站的基于PROFIBUS-DP现场总线的可编程控制系统。CPU选型为CPU 319-3 PN/DP,该型CPU数字处理能力极强，带有内部集成的PROFIBUS-DP接口，其组态灵活，速度快、操作简捷。ET200M 通过IM-360接口与PROFIBUS-DP现场总线连接。主站与上位机之间用工业以太网通讯，上位机在系统中实现的功能主要有：显示、监控、报警、数据存档、报表等。操作员通过人机界面将控制命令发出，该信号通过网络传送到PLC的CPU，CPU经过逻辑运算后将命令发出，使现场设备动作。同时，CPU也可将其检测到得设备状态，通过网络快速传送到人机界面。这样操作员就可监测到所有设备的运行状态及所有工艺参数，以便对现场发生的状况进行处理，以提高设备运转效率。 　　S7-300硬件配置 　　SIMATIC S7-300是具有中高性能的PLC，适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统。S7-300 通过I/O采集相关数据和发出控制信号，I/O通过PROFIBUS现场总线与CPU单元通信和软件组态。该总线构成分布式控制系统，性能可靠，硬件组成简单，抗干扰能力强。PLC系统有PLC运行及储存器、各类传感器等输入部分及各类电继电器等输出部分。当盾构机发生故障时，可通过一台外部电脑与盾构机的PLC相连，可以实现实时监控程序运行或修改PLC程序。S7－300主要的硬件有： 　　电源（PS）：电源模块提供了机架和CPU内部的供电电源，置于1号机架的位置。 　　中央处理器（CPU）CPU存储并处理用户程序，为模块分配参数，通过嵌入的MPI总线处理编程设备和PC、模块、其它站点之间的通讯，并可以为进行DP主站或从站操作装配一个集成的DP接口。 　　接口模块（IM360和IM361）接口模块将各个机架连接在一起。不同型号的接口模块可支持机架扩展或PROFIBUSDP连接。置于3号机架位置为。 　　信号模块（SM）通常称为I/O（输入/输出）模块。测量输入信号并控制输出设备。信号模块可用于数字信号和模拟信号，还可用于进行连接，如传感器和启动器的连接。 　　通讯处理器（CP）模块化的通讯处理器通过连接各个SIMATIC站点，如：工业以太网，PROFIBUS或串行的点对点连接等。 　　 　　 　　图二 PLC控制系统硬件配置图 　　 　　 　　S7-400软件设计 　　本系统采用SIMATIC S7-PLC的配套编程软件STEP7完成系统参数设置、PLC程序编制、测试、调试和文档处理。根据工艺要求和结构化编程的原则，系统的控制程序主要完成以下几大功能：刀盘驱动控制、推进控制、管片拼装、冷却循环、齿轮油、盾尾油脂、辅助液压泵、注浆系统、推进油缸行程检测以及压力、温度，流量、系统复位、故障记录、脉冲计数、各动作延时时间等。用户程序由组织块（OB）、功能块（FB、FC）和数据块（DB）构成。其中，OB是系统操作程序与应用程序在各种条件下的接口界面，用于控制程序的运行。FB、FC是用户子程序。DB是用户定义的用于存取数据的存储区。它是上位机监控软件与STEP7程序的数据接口点。在主程序中OB1，分别调用FB5（滚动角、仰俯角、时间脉