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引进超大直径泥水平衡盾构PLC系统解析 　　摘要：结合德国进口泥水平衡盾构机（供应商编号：S-666），叙述西门子S7-400系列PLC现场总线控制系统在超大直径泥水平衡盾构电气控制中的应用。通过硬件结构、网络设置、逻辑控制等几个方面解析PLC控制系统。 　　关键字：盾构；PLC；控制；网络；系统 　　中图分类号：TN711 文献标识码：A 文章编号： 　　工程概述 　　 　　虹梅南路越江隧道工程位于闵行区和奉贤区，北起虹梅路、永德路交叉口，沿虹梅南路向南延伸，先后穿越剑川路、东川路、沪闵支线、江川东路、黄浦江，终点至西闸路以南约500米，全长约5260米。工程施工采用德国海瑞克公司设计制造的Ф14930mm的泥水气压平衡盾构。该盾构控制系统采用德国西门子S7系列PLC系统进行控制，文章主要叙述了该PLC系统的网络搭接和逻辑分析，为将来设计超大直径泥水气压平衡盾构的PLC控制系统，作好技术储备。 　　PLC系统硬件结构 　　 　　2.1系统配置 　　PLC系统硬件主要采用西门子公司的S7系列和WAGO公司的750系列以太网控制器。对于分布相对集中的设备，其电信号进入中控室的PLC主站。对于分布于盾构壳体的电信号，采用远程以太网模块进行采集，然后统一送至PLC。盾构的PLC系统硬件配置详见表1 　　 　　 　　表1 PLC系统硬件配置表 　　本台盾构机中，电气设备多，PLC需要的输入输出点数量相应也比较大。对于各个模块采集的信号点数统计如表2： 　　 　　 　　表2 PLC系统点数分布表 　　2.2系统供电 　　系统供电分为工作电源和控制电源。工作电源采用一路230V交流供电，用于提供PLC硬件设备运行所需的电能。由于工作电源回路配置1台梅兰日兰Pulsar M(3000)型UPS，在供电回路出现故障或电源供应切断的紧急情况下，能继续为ＰＬＣ设备提供一段时间的电源供应，保证PLC设备能正常工作。在这段时间内让盾构操作人员排查故障、切换备用电源，提高了安全系数。因此无需另外配置一套备用供电回路。 　　控制电源采用24V直流供电，用于输入输出的操作、指示灯供电、传感器供电等。控制电源回路通过2台PhoenixQUINT系列开关电源将230V交流转换成24V/40A直流。通过智能电流分配器将24V/40A直流电源分配成8路24V/10A电源：1路供给模拟量输入，1路提供给模拟量输出，1路提供给开关量输入，5路提供给开关量输出。实现直流电源分流、隔离，保证正常运行时各分路之间互不影响，方便故障产生时的检修。防止过载电流，提供报警显示，大大增强了可靠性。 　　 　　图1 PLC系统供电 　　 　　PLC系统网络结构 　　 　　3.1网络构成 　　根据盾构电气系统设备较多分布较广的特点，控制系统采用基于PLC的工业以太网Ethernet的网络结构，控制系统网络结构如图2所示。该网络结构将盾构控制网络分为3层：监控层、控制层和设备层。监控层由工控主机和用于显示、操作的触摸屏组成，负责整个控制系统的参数设定，状态监控、数据存储、故障诊断等工作。控制层由西门子S7-400系列PLC和WAGO750系列以太网控制器组成，负责对整个盾构控制系统的检测和控制。设备层由盾构电气系统的各个分散式I/O、传感器、驱动器、执行机构、开关设备组成，负责整台盾构的运行。监控层和控制层之间通过Ethernet网络实现数据的共享。控制层与设备层之间通过各种电缆连接，将设备的状态输送给PLC或者将PLC的控制信号传达到设备。 　　 　　图2 控制系统网络构成 　　作为控制层的PLC系统采用PROFIBUS现场总线将各个控制模块连接起来，构成一个稳定、易于扩展的硬件环境。一个S7－400系列的主机架（UR）和三个扩展机架（ER）组成了PLC系统的主站。分布式I/O设备ET200M、变频器、数字化仪表等都作为DP从站接入系统，构成整个PLC系统网络。PLC系统网络结构如图3所示 　　 　　图3 PLC系统网络结构图 　　PLC网络连接采用PROFIBUS通讯线，以安装在盾构中控室的PLC主站为中间点分成2路。1路通讯线通向盾构壳体，依次分别连接油缸长度检测wago模块、刀盘旋转编码器、齿轮油控制wago模块，并在齿轮油控制wago模块后加终端电阻。另1路通讯线通向盾构车架，由于通讯距离长特设置西门子RS485中继器（repeater）。中继器起到一个隔离放大的作用。将拼装遥控和拼装选择测量2个模块作为网段2，与车架上其他模块组成的网段1隔离开。在网段1内进行信号放大，保证长距离通讯的信号传输。经过中继器后依次连接注浆就地箱、泥水泵P2.1泵、刀盘变频器、P0.1泵变频器、废水泵变频器、注浆泵变频器、低