摘要：本文分析了盾構機的工作原理與PLC的組成和系統運行情況，介紹了解決盾構機電氣故障的處理方法。

　　關鍵詞：PLC,盾構機,故障診斷,處理方法

　　一、前言

　　隨著城市地鐵建設的不斷加塊，盾構法施工以其優質、高速，安全的優勢被廣泛應用。盾構機是一種集機械、液壓、電氣和自動化控制于一體、專用于地下隧道工程開挖的技術密集型重大工程裝備。它具有開挖速度快、質量高、人員勞動強度小、安全性高、對地表沉降和環境影響小等優點。但是其體積龐大、系統復雜，內部管路和線路縱橫交錯，自動化控制系統先進強大。因此，解決盾構機故障是盾構施工中一個比較棘手的問題。如何快速、準確地找到并解決盾構機的故障是我們一直探索和研究的問題。本文根據公司施工的南京地鐵三號線某標段采用的兩臺德國海瑞克S-673型土壓平衡盾構機(EBP盾構)分析了盾構機的通用工作原理與PLC的組成和系統運行情況、介紹了解決盾構機電氣故障的處理方法。

　　二、盾構機原理

　　盾構機是一種綜合性很強的機器，僅電氣部分就包括電力、電子、電力電子、電機、可編程控制、計算機通信、傳感與檢測等多方面的技術。盾構機采用電力作為動力來源，通過PLC、觸摸屏、變頻器、氣動、液壓來實現隧道掘進中各個環節的自動化。高自動化控制是盾構機的主要特點，盾構施工過程包括挖掘、推進、導向、渣土的改良、渣土的傳送、注漿、管片的拼裝等;這些過程采用PLC、觸摸屏及一些主令開關來實現人機對話。但是，高自動化也為盾構機的安裝、調試、維修帶來了更大的困難。PLC和觸摸屏是盾構機實現自動化的途徑，在盾構機維修和調試當中如果能夠將圖紙、PLC程序和實際情況有機的結合起來，將大大縮短維修、調試時間，提高故障判斷的準確性，減少很多可以避免的麻煩。

　　三、PLC系統的組成

　　PLC系統有工控機、兩臺調制解調器、PLC運行及儲存器、各類傳感器等輸入部分及各類電繼電器等輸出部分(見圖1)。SIMATIC Man-ager是S7-PLC自動控制程序的管理程序，安裝在地面監控室的工控機(上位機)內，通過一臺在監控室的調制解調器和一臺安裝在盾構機調制解調器相互譯制，與盾構機的PLC串口相連，從而監控和控制PLC運行，同時上位機也起著掘進參數數據保存作用，方便操作人員使用和維護。

　　PLC系統的軟件主要有地面監控室電腦上的操作系統，SIMATIC Manager程序，Netpro程序及監控程序PDV，以及安裝在盾構機PLC上的控制程序。

　　四、PLC系統運行

　　以盾構機中心回轉體EP2潤滑脂加注系統為例，說明S7-PLC自動控制程序在盾構機上的應用。

　　在盾構機中，EP2潤滑加注系統屬于較復雜且很重要的部分，包含螺旋機密封、球軸承密封、中心回轉體密封等部位的自動密封。本系統的正常運行與否不僅關系到盾構機能否順利運行，同時對延長設備使用壽命起著很重要的作用。EP2加注系統是壓縮空氣通過由PLC控制的電磁閥為氣動泵提供動能來源，輸入氣壓和輸出油脂壓力的比值是1∶50，即1bar的氣壓能產生50bar的油脂壓力。通常將壓縮空氣的壓力調節為1.5～2.0bar，即油脂壓力為75～100bar，足以克服油脂在一級輸送管內的壓力損耗。油脂經過一級輸送管到達電動油脂輸送泵，由電動油脂輸送泵增壓輸送至各個分配閥，保證輸送到盾構機上的多個油脂分配閥時有足夠的壓力，再由油脂分配閥非均勻的將油脂輸送到需要被潤滑的部位，達到自動潤滑效果，見圖2。

　　圖2 EP2潤滑系統原理圖

　　油脂輸送泵在潤滑系統中起著重要作用，其工作過程：當設備啟動時，PLC發出指令為二位二通電磁閥通電，具有壓力的油脂進入油脂輸向油脂輸送泵，開始向各個油脂分配閥;在此種情況下，分配閥所分配的油脂量可以通過控制閥芯的沖程數進行計算，閥芯的沖程數通過脈沖傳感器輸入到PLC，當累積到一定量的沖程數時，PLC發出指令，停止向電磁閥通電，油脂分配閥的進口關閉，油脂分配結束。當下一個指令發出時，照此重復進行，原理如圖3。

　　圖3 PLC控制原理圖

　　五、故障排除實例分析

　　PLC是根據事先設定的程序，在某些必要條件滿足時，才能進行下一步工作，否則，程序就不能往下運行，設備停止運行，同時會將錯誤信息顯示在操作室的電腦上。我們按照顯示的錯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/輸出設備是否正常、連接線路是否良好。這樣分段分析、仔細排查，故障會很容易得到解決。

　　(1) 故障實例分析1

　　運轉的刀盤突然停止，復位后又能再啟動并能正常運轉，但是運行一分鐘又會出現此類現象，并且很頻繁。造成無法正常旋轉刀盤掘進。工業電腦上的信息：monitoring grease-labyrinth 12-38.3。根據工業電腦上的信息判斷，出現該故障的原因可能是主軸密封油脂沒有輸出或輸出頻率少于設置頻率導致刀盤保護頻繁跳閘。通過PLC程序得知該傳感器是通過監視油脂泵油脂的輸出頻率來實現保護刀盤的。打開程序在線監視可發現油脂泵設置的參數是每一分鐘油脂的輸出次數少于8次刀盤就會跳閘，而通過在線監視可發現實際油脂輸出只有四次，適當調節主軸承密封油脂泵的輸出頻率后再監視傳感器反饋回來的次數等于8次后再試著運轉刀盤發現這類故障消除。

　　(2) 故障實例分析2

　　潤滑油泵電機和齒輪油泵電機均無法啟動。無故障信息，啟動潤滑油泵電機和齒輪油泵是啟動按鈕指示燈閃爍，應該是允許啟動潤滑油泵的條件不滿足，檢查程序發現與其相關聯的條件均顯示正常。排除啟動條件后找到這兩個泵的相同點就是這兩個電機的控制回路是同一個開關8-11F6，通過檢查發現：潤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電控制電源開關，合上該開關后一切正常。以后其他電機出現該此現象照這個方法都能迅速排除故障。

　　(3)故障實例分析3

　　一次，在盾構機操作室的電腦上，顯示中心回轉體油脂潤滑系統故障，通過利用PLC程序和顯示的錯誤信息，查得是油脂分配閥的輸出無信號。將沖程傳感器拆除，將一直徑與傳感器內徑相差不多的金屬棒體插入其中，作活塞式往復運動，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，手動進行注脂，油脂還是不能注出;后將分配閥整體拆下，在機修房拆開檢查、清潔，最后在清理閥板時，從閥板孔中取出一顆細小砂子(直徑約1mm)，再次安裝到盾構機上，試機正常，原來是機修工在更換油脂桶時，操作不慎，有雜物掉入油脂桶，導致了此故障的發生。

　　通過上面的案例我們可以看到：①我們對于盾構機的維修和日常維護，首先要熟悉它的工作原理和電氣、液壓、機械之間的關聯情況，以及設備各系統中各個零部件所起的作用，只有這樣才能快速準確地解決問題。②維修設備應遵循先“看”后“想”再“動手”的原則，機器出現故障時首先要看清楚是什么故障，是否是因為機械、液壓或其他部分原因造成的，不要盲目動手，以免影響維修速度甚至將問題擴大化，找到問題根源后再動手。這樣往往可以達到是事半功倍的效果。③維修設備時應先外后內，首先檢查電線是否破皮、斷裂、脫落等明顯問題，往往簡單明顯的問題最容易被忽視。④設備問題解決后最好做個詳細記錄：什么問題，維修過程及結果。以后再遇到同樣問題看一看記錄，可以節約時間提高效率。也可以使其他維修技術人員單獨排除故障時有據可依，少走彎路。⑤另外設備的日常維護、保養也相當重要，正確到位的保養可以降低設備的故障率、提高設備使用壽命進而增產增效。所以，要想準確、快速地解決盾構機故障，平時就要做到“四勤”：勤學，勤記，勤看，勤保養。只有把這“四勤”做到位了，出現故障時才不會手忙腳亂，一般的常規問題就會迎刃而解，而比較復雜的疑難問題也會在正規的分析中找到答案。

　　六、結論

　　總之，作為盾構機使用單位，通過對盾構機核心的控制部分進行不斷的學習和實踐，不斷掌握盾構機PLC、變頻器等技術，在熟練掌握了電氣圖紙和PLC程序的基礎上，利用周密的思維方式準確、快捷的判斷故障所在是解決盾構機電氣故障的關鍵。