PLC在南京长江隧道盾构机上的应用.docx

PLC在南京长江隧道盾构机上的应用
中铁十四局隧道公司南京长江隧道第一项目部刘中华
摘要：现代隧道工程中已逐渐广泛应用盾构机施工，而盾构机的自动控制系统多采用可编程序控制器（PLC）实现，文中介绍了德国西门子PLC在南京长江隧道海瑞克大直径泥水盾构机上的硬件组态及软件组成，运行过程。结合实例分析PLC的应用及故障的处理。
关键词：可编程序控制器；盾构机；应用
TheapplicationofPLCinNanjingYangtzeTBM
LIUzhonghua14thEngineerBureauGroupCo.,Ltd,CRCC
Abstract:Thetunbuildingmachine(TBM)isappliedinthemoderntunnelprojectswidely,andtheautomaticcontrolsystemoftheTBMisrealizedbytheprogrammablelogiccontroller(PLC),itintroducethehardwareconfigurationandsoftwarecomponentsoftheSiemens’PLC,whichismanufacturedinGermany,italsointroducetheprocessofthesystemintheNanjingYangtzeTBM.AnalysiswithpracticalexamplesoftheapplicationofPLCandmalfunctionhandling.
Keywords:PLC;TBM;application
工程概况
南京过江通道是《南京城市总体规划》确定的一条重要的城市过江快速通道，连接南京河西新城区-江心洲-浦口区。整个工程通道总长5853m，双洞双线六车道设计，采用“左汊盾构隧道+右汊桥梁”方案，其中左汊盾构隧道（分为左、右线两条隧道）江北起点里程为K3+600，江南梅子洲到达里程为K6+532.756，盾构区间长度为2932.756m，左、右线两条隧道分别采用德国海瑞克公司生产的两台（S349、S350）Φ14.93m泥水加压平衡盾构机施工。左、右线隧道分别于2009年5月20日和8月22日贯通，现正在对盾构机进行保养工作。
盾构机及对控制系统的要求
每台盾构机全长约134米，主体部分约8米，主体部分主要有刀盘、管片拼装机、碎石机；后配套有3台台车组成，分别装有管片运输吊机、喂片机、液压泵站、变压器、配电柜、泥水罐、储气罐、空压机；以上各部分组成了由西门子PLC控制的液压推进系统、刀盘驱动系统（电机变频调速）、膨润土泥水系统、拼装系统、盾尾油脂加注系统、同步注浆系统、刀盘主轴承自动润滑及密封系统、工业水系统、冷却系统和VMT激光导向控制系统，是当今隧道掘进设备中自动化集成程度很高的机械。
盾构机在掘进过程中需要大量的检测变量和执行元件，其中包含了大量的位移传感器、温度传感器、压力传感器、流量传感器液位传感器和二十多台变频器、电动机以及大量的比例调节阀，所以该系统需要很多的输入输出点，大量的模拟量信号如1-10vDC、4-20mA、热电阻等，必须选用功能强大的PLC产品作为控制系统且具有快速性、稳定性；无风扇运行与集中/分布式信号模块的热插拔性；高效的组态与本产品和图形工程工具的高级语言相兼容；所有数据、程序原代码和用户专用数据存储在CPU中；满足施工过程中的供电中断和故障保护等特殊要求。
盾构机控制系统组成
该盾构机的PLC控制系统分为两大部分。一部分是由SIMATICS7-300组成的三个吊机（中箱涵吊机、管片运输吊机、管片转运吊机）的控制系统，其硬件及控制程序都是单独的，其硬件就是由S7-300系列中CPU315-2DP组成的控制系统，管片转运吊机PLC硬件组态见图1；另一部分就是由CPU414-2DP为主站组成的SIMATICS7-400盾构机PLC控制系统。后一部分是盾构机PLC的核心部分。

图1管片运输吊机PLC硬件组态图
SIMATICS7-400PLC控制系统上位机（隧道内中央控制室监控操作系统）采用工业用计算机，配置为PⅢ1100、512M内存、40G硬盘、两个21显示器，运行英文WindowsXP操作系统，组态软件为Graphpic7.1英文版，通过西门子的PROFIBUS－DP与下位机通讯；下位机采用S7-400系列中的CPU414-2DP。由于整个处理工艺的面积比较大，控制回路多，为了避免铺设大量的控制线路，所以采用西门子的从站模块将一部分I/O放置在距离中心控制室较远而控制点又比较集中的地方（如采用ET200将在地面膨润土泥水场，距隧道内盾构机最远有3000米的P1.1A、P1.1B泥水泵实现电机变频调速及信息反馈；采用西门子的ET300模块