plc在南京长江隧道盾构机上应用

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1、PLC在南京长江隧道盾构机上应用　　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；应用中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：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

2、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，2010年5月1日建成通车，荣获2012～2013年度中国建设工程鲁班奖。盾构机及对控制系统的要求7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、

3、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

4、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SIMATIC7S7-300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

5、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

6、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模块将离盾构机较远的P2.3、P2.2泥水泵实现电机变频调速及信息反馈等），该盾构机与以前盾构机的通讯不通所有通讯都利用西门子的PROFIBUS－DP通讯协议形成远程I/O。7PROFIBUS-DP网络处理来自DP网络中的传感器或与从站中的模块信息共享的功能，实现自动化中现场执行元件间的通讯任务；对于系统中拼装机和刀盘的旋转角度需要随时检测，并与系

7、统中设定的限制值进行比较，保证在失电又恢复供电后能记忆当前读数，利用PROFIBUS-DP接口的现场总线输出，受外界干扰小，传感器的精度主要取决于编码器的分辨率，它采用二进制编码，可满足施工工艺的要求。地面监视系统是通过地面监视计算机与隧道内工业用计算机连接起来，可以通过WindowsXP系统自带的远程登录功能，以实现在地面上就可以对隧道内盾构机运行状态的监视。VMT导向系统能按照隧道工程设计的轴线，将施工工艺过程以形象生动的动态显示坐标展现给盾构司机，并能将从PLC获得的相应数据进行运算处理得出施工所需要的数据（如盾尾间隙、管片选型、拼装点数等）。本

8、系统中采用PLC的DP接口与装有CP5611通讯卡的VMT电脑进行通讯，实现实时的从PLC中获