摘要：本文分析了盾構(gòu)機(jī)的工作原理與PLC的組成和系統(tǒng)運(yùn)行情況，介紹了解決盾構(gòu)機(jī)電氣故障的處理方法。

　　關(guān)鍵詞：PLC,盾構(gòu)機(jī),故障診斷,處理方法

　　一、前言

　　隨著城市地鐵建設(shè)的不斷加塊，盾構(gòu)法施工以其優(yōu)質(zhì)、高速，安全的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用。盾構(gòu)機(jī)是一種集機(jī)械、液壓、電氣和自動(dòng)化控制于一體、專用于地下隧道工程開(kāi)挖的技術(shù)密集型重大工程裝備。它具有開(kāi)挖速度快、質(zhì)量高、人員勞動(dòng)強(qiáng)度小、安全性高、對(duì)地表沉降和環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)。但是其體積龐大、系統(tǒng)復(fù)雜，內(nèi)部管路和線路縱橫交錯(cuò)，自動(dòng)化控制系統(tǒng)先進(jìn)強(qiáng)大。因此，解決盾構(gòu)機(jī)故障是盾構(gòu)施工中一個(gè)比較棘手的問(wèn)題。如何快速、準(zhǔn)確地找到并解決盾構(gòu)機(jī)的故障是我們一直探索和研究的問(wèn)題。本文根據(jù)公司施工的南京地鐵三號(hào)線某標(biāo)段采用的兩臺(tái)德國(guó)海瑞克S-673型土壓平衡盾構(gòu)機(jī)(EBP盾構(gòu))分析了盾構(gòu)機(jī)的通用工作原理與PLC的組成和系統(tǒng)運(yùn)行情況、介紹了解決盾構(gòu)機(jī)電氣故障的處理方法。

　　二、盾構(gòu)機(jī)原理

　　盾構(gòu)機(jī)是一種綜合性很強(qiáng)的機(jī)器，僅電氣部分就包括電力、電子、電力電子、電機(jī)、可編程控制、計(jì)算機(jī)通信、傳感與檢測(cè)等多方面的技術(shù)。盾構(gòu)機(jī)采用電力作為動(dòng)力來(lái)源，通過(guò)PLC、觸摸屏、變頻器、氣動(dòng)、液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)隧道掘進(jìn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化。高自動(dòng)化控制是盾構(gòu)機(jī)的主要特點(diǎn)，盾構(gòu)施工過(guò)程包括挖掘、推進(jìn)、導(dǎo)向、渣土的改良、渣土的傳送、注漿、管片的拼裝等;這些過(guò)程采用PLC、觸摸屏及一些主令開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。但是，高自動(dòng)化也為盾構(gòu)機(jī)的安裝、調(diào)試、維修帶來(lái)了更大的困難。PLC和觸摸屏是盾構(gòu)機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的途徑，在盾構(gòu)機(jī)維修和調(diào)試當(dāng)中如果能夠?qū)�圖紙、PLC程序和實(shí)際情況有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，將大大縮短維修、調(diào)試時(shí)間，提高故障判斷的準(zhǔn)確性，減少很多可以避免的麻煩。

　　三、PLC系統(tǒng)的組成

　　PLC系統(tǒng)有工控機(jī)、兩臺(tái)調(diào)制解調(diào)器、PLC運(yùn)行及儲(chǔ)存器、各類傳感器等輸入部分及各類電繼電器等輸出部分(見(jiàn)圖1)。SIMATIC Man-ager是S7-PLC自動(dòng)控制程序的管理程序，安裝在地面監(jiān)控室的工控機(jī)(上位機(jī))內(nèi)，通過(guò)一臺(tái)在監(jiān)控室的調(diào)制解調(diào)器和一臺(tái)安裝在盾構(gòu)機(jī)調(diào)制解調(diào)器相互譯制，與盾構(gòu)機(jī)的PLC串口相連，從而監(jiān)控和控制PLC運(yùn)行，同時(shí)上位機(jī)也起著掘進(jìn)參數(shù)數(shù)據(jù)保存作用，方便操作人員使用和維護(hù)。

　　PLC系統(tǒng)的軟件主要有地面監(jiān)控室電腦上的操作系統(tǒng)，SIMATIC Manager程序，Netpro程序及監(jiān)控程序PDV，以及安裝在盾構(gòu)機(jī)PLC上的控制程序。

　　四、PLC系統(tǒng)運(yùn)行

　　以盾構(gòu)機(jī)中心回轉(zhuǎn)體EP2潤(rùn)滑脂加注系統(tǒng)為例，說(shuō)明S7-PLC自動(dòng)控制程序在盾構(gòu)機(jī)上的應(yīng)用。

　　在盾構(gòu)機(jī)中，EP2潤(rùn)滑加注系統(tǒng)屬于較復(fù)雜且很重要的部分，包含螺旋機(jī)密封、球軸承密封、中心回轉(zhuǎn)體密封等部位的自動(dòng)密封。本系統(tǒng)的正常運(yùn)行與否不僅關(guān)系到盾構(gòu)機(jī)能否順利運(yùn)行，同時(shí)對(duì)延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命起著很重要的作用。EP2加注系統(tǒng)是壓縮空氣通過(guò)由PLC控制的電磁閥為氣動(dòng)泵提供動(dòng)能來(lái)源，輸入氣壓和輸出油脂壓力的比值是1∶50，即1bar的氣壓能產(chǎn)生50bar的油脂壓力。通常將壓縮空氣的壓力調(diào)節(jié)為1.5～2.0bar，即油脂壓力為75～100bar，足以克服油脂在一級(jí)輸送管內(nèi)的壓力損耗。油脂經(jīng)過(guò)一級(jí)輸送管到達(dá)電動(dòng)油脂輸送泵，由電動(dòng)油脂輸送泵增壓輸送至各個(gè)分配閥，保證輸送到盾構(gòu)機(jī)上的多個(gè)油脂分配閥時(shí)有足夠的壓力，再由油脂分配閥非均勻的將油脂輸送到需要被潤(rùn)滑的部位，達(dá)到自動(dòng)潤(rùn)滑效果，見(jiàn)圖2。

　　圖2 EP2潤(rùn)滑系統(tǒng)原理圖

　　油脂輸送泵在潤(rùn)滑系統(tǒng)中起著重要作用，其工作過(guò)程：當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，PLC發(fā)出指令為二位二通電磁閥通電，具有壓力的油脂進(jìn)入油脂輸向油脂輸送泵，開(kāi)始向各個(gè)油脂分配閥;在此種情況下，分配閥所分配的油脂量可以通過(guò)控制閥芯的沖程數(shù)進(jìn)行計(jì)算，閥芯的沖程數(shù)通過(guò)脈沖傳感器輸入到PLC，當(dāng)累積到一定量的沖程數(shù)時(shí)，PLC發(fā)出指令，停止向電磁閥通電，油脂分配閥的進(jìn)口關(guān)閉，油脂分配結(jié)束。當(dāng)下一個(gè)指令發(fā)出時(shí)，照此重復(fù)進(jìn)行，原理如圖3。

　　圖3 PLC控制原理圖

　　五、故障排除實(shí)例分析

　　PLC是根據(jù)事先設(shè)定的程序，在某些必要條件滿足時(shí)，才能進(jìn)行下一步工作，否則，程序就不能往下運(yùn)行，設(shè)備停止運(yùn)行，同時(shí)會(huì)將錯(cuò)誤信息顯示在操作室的電腦上。我們按照顯示的錯(cuò)誤信息及代碼去查找故障原因，即PLC是否正常輸入、PLC是否正常輸出、前后輸入/輸出設(shè)備是否正常、連接線路是否良好。這樣分段分析、仔細(xì)排查，故障會(huì)很容易得到解決。

　　(1) 故障實(shí)例分析1

　　運(yùn)轉(zhuǎn)的刀盤突然停止，復(fù)位后又能再啟動(dòng)并能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是運(yùn)行一分鐘又會(huì)出現(xiàn)此類現(xiàn)象，并且很頻繁。造成無(wú)法正常旋轉(zhuǎn)刀盤掘進(jìn)。工業(yè)電腦上的信息：monitoring grease-labyrinth 12-38.3。根據(jù)工業(yè)電腦上的信息判斷，出現(xiàn)該故障的原因可能是主軸密封油脂沒(méi)有輸出或輸出頻率少于設(shè)置頻率導(dǎo)致刀盤保護(hù)頻繁跳閘。通過(guò)PLC程序得知該傳感器是通過(guò)監(jiān)視油脂泵油脂的輸出頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)刀盤的。打開(kāi)程序在線監(jiān)視可發(fā)現(xiàn)油脂泵設(shè)置的參數(shù)是每一分鐘油脂的輸出次數(shù)少于8次刀盤就會(huì)跳閘，而通過(guò)在線監(jiān)視可發(fā)現(xiàn)實(shí)際油脂輸出只有四次，適當(dāng)調(diào)節(jié)主軸承密封油脂泵的輸出頻率后再監(jiān)視傳感器反饋回來(lái)的次數(shù)等于8次后再試著運(yùn)轉(zhuǎn)刀盤發(fā)現(xiàn)這類故障消除。

　　(2) 故障實(shí)例分析2

　　潤(rùn)滑油泵電機(jī)和齒輪油泵電機(jī)均無(wú)法啟動(dòng)。無(wú)故障信息，啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵電機(jī)和齒輪油泵是啟動(dòng)按鈕指示燈閃爍，應(yīng)該是允許啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵的條件不滿足，檢查程序發(fā)現(xiàn)與其相關(guān)聯(lián)的條件均顯示正常。排除啟動(dòng)條件后找到這兩個(gè)泵的相同點(diǎn)就是這兩個(gè)電機(jī)的控制回路是同一個(gè)開(kāi)關(guān)8-11F6，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)：潤(rùn)滑油泵和齒輪油泵中的24V控制電源失電，其他一切正常。找到8-11F6電控制電源開(kāi)關(guān)，合上該開(kāi)關(guān)后一切正常。以后其他電機(jī)出現(xiàn)該此現(xiàn)象照這個(gè)方法都能迅速排除故障。

　　(3)故障實(shí)例分析3

　　一次，在盾構(gòu)機(jī)操作室的電腦上，顯示中心回轉(zhuǎn)體油脂潤(rùn)滑系統(tǒng)故障，通過(guò)利用PLC程序和顯示的錯(cuò)誤信息，查得是油脂分配閥的輸出無(wú)信號(hào)。將沖程傳感器拆除，將一直徑與傳感器內(nèi)徑相差不多的金屬棒體插入其中，作活塞式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以從PLC輸入指示燈看出，傳感器能正常工作，隨后將其中的一條輸出油脂管拆除，手動(dòng)進(jìn)行注脂，油脂還是不能注出;后將分配閥整體拆下，在機(jī)修房拆開(kāi)檢查、清潔，最后在清理閥板時(shí)，從閥板孔中取出一顆細(xì)小砂子(直徑約1mm)，再次安裝到盾構(gòu)機(jī)上，試機(jī)正常，原來(lái)是機(jī)修工在更換油脂桶時(shí)，操作不慎，有雜物掉入油脂桶，導(dǎo)致了此故障的發(fā)生。

　　通過(guò)上面的案例我們可以看到：①我們對(duì)于盾構(gòu)機(jī)的維修和日常維護(hù)，首先要熟悉它的工作原理和電氣、液壓、機(jī)械之間的關(guān)聯(lián)情況，以及設(shè)備各系統(tǒng)中各個(gè)零部件所起的作用，只有這樣才能快速準(zhǔn)確地解決問(wèn)題。②維修設(shè)備應(yīng)遵循先“看”后“想”再“動(dòng)手”的原則，機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)首先要看清楚是什么故障，是否是因?yàn)闄C(jī)械、液壓或其他部分原因造成的，不要盲目動(dòng)手，以免影響維修速度甚至將問(wèn)題擴(kuò)大化，找到問(wèn)題根源后再動(dòng)手。這樣往往可以達(dá)到是事半功倍的效果。③維修設(shè)備時(shí)應(yīng)先外后內(nèi)，首先檢查電線是否破皮、斷裂、脫落等明顯問(wèn)題，往往簡(jiǎn)單明顯的問(wèn)題最容易被忽視。④設(shè)備問(wèn)題解決后最好做個(gè)詳細(xì)記錄：什么問(wèn)題，維修過(guò)程及結(jié)果。以后再遇到同樣問(wèn)題看一看記錄，可以節(jié)約時(shí)間提高效率。也可以使其他維修技術(shù)人員單獨(dú)排除故障時(shí)有據(jù)可依，少走彎路。⑤另外設(shè)備的日常維護(hù)、保養(yǎng)也相當(dāng)重要，正確到位的保養(yǎng)可以降低設(shè)備的故障率、提高設(shè)備使用壽命進(jìn)而增產(chǎn)增效。所以，要想準(zhǔn)確、快速地解決盾構(gòu)機(jī)故障，平時(shí)就要做到“四勤”：勤學(xué)，勤記，勤看，勤保養(yǎng)。只有把這“四勤”做到位了，出現(xiàn)故障時(shí)才不會(huì)手忙腳亂，一般的常規(guī)問(wèn)題就會(huì)迎刃而解，而比較復(fù)雜的疑難問(wèn)題也會(huì)在正規(guī)的分析中找到答案。

　　六、結(jié)論

　　總之，作為盾構(gòu)機(jī)使用單位，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)核心的控制部分進(jìn)行不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，不斷掌握盾構(gòu)機(jī)PLC、變頻器等技術(shù)，在熟練掌握了電氣圖紙和PLC程序的基礎(chǔ)上，利用周密的思維方式準(zhǔn)確、快捷的判斷故障所在是解決盾構(gòu)機(jī)電氣故障的關(guān)鍵。