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[摘 要]PLC又称可编程处理器，分为电源模块、中央处理器、存储模块、通讯模块、输入输出模块等部分。在盾构机的PLC故障处理中，输入输出模块是接触最多的模块同时也是跟外面设备联系最紧密的模块，故文章着重对该模块进行解析，分析该模块在盾构上的具体应用及简单的故障处理。
[关键词]盾构；PLC；输入输出模块；
中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0329-02
目前大多数盾构机上采用的是西门子PLC系统来控制盾构机各个系统，在盾构设备故障处理中最常用的就是通过I/O模块信号来判断。输入输出模块（I/O模块）分为模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块。模拟量是一种连续变化的量，数字量是离散的物理量。举个盾构上的例子，，比如注浆压力、泡沫流量等等就是模拟量，是一种连续变化的数值，注浆压力可以在0bar～20bar之间连续变化。电机的启停控制，刀盘的左右旋转控制，高低速控制等等都是数字量，电机的启停控制中，启动点位输出代表电机启动，停止点位输出代表电机停止。
1 模拟量输入模块
模拟量输入模块负责盾构模拟量信息的反馈，其编号以PIW开头。模拟量输入信号主要包括盾构设备上的温度、压力、速度、流量、行程、有毒气体检测等信号。以6路单管单泵泡沫系统为例，泡沫系统的6路气体流量、6路混合液流量、6路泡沫压力都经过特定的流量计、压力传感器转换成4～20mA的电流信号，并通过模拟量输入模块反馈回PLC。PLC接收这些电信号，并通过预编写的计算规则计算出具体的数值并显示出来，让盾构操作手可以实时观察泡沫系统的各项数值，准确调节泡沫系统。
图1为模拟量输入的具体实例：液压油箱温度的输入反馈。液压油箱温度传感器通过感应油箱的温度释放出4～20mA的模拟量电流，经过-13F4保险丝之后进入PLC的模拟量输入模块。PLC感应到4～20mA电流之后，经过中央处理器的运算，在工控机上显示0～100度范围的示指。
2 模拟量输出模块
模拟量输出模块主要负责盾构模拟量信号的输出，其编号以PQW开头。模拟量输出模块输出的模拟量信号一般与盾构设备上的放大卡相关联，其信号通过线路输入到放大卡的控制端口，作为放大卡的控制信号。
该模块用于刀盘速度控制、螺机速度控制、1～4路注浆泵速度控制、推进速度控制、推进系统四个分组的流量、压力控制、拼装机系统的旋转速度控制、前后运动速度控制、大臂红蓝缸伸缩控制等系统控制。这些系统都通过放大卡进行信号放大，控制信号就是模拟量输出模块输出的信号，被控制信号则是经过放大卡同比例放大的，用于控制各种电磁阀的信号。
图2为模拟量输出的具体实例：推进速度控制的模拟量信号输出。模拟量信号输出主要以0～10V为輸出信号值。在上图中，PLC根据控制面板上的推进速度电位器输入的电压，换算成相应的电压在这个PLC点位输出，通过连续的电压变换最终控制推进速度的变化。
3 数字量输入模块
数字量输入模块主要负责盾构数字量信号的输入，给PLC输入控制信号。数字量输入模块主要负责接收各个系统的启停控制信号及一些特殊系统的方向、档位控制信号。
在操作面板上，集中了刀盘系统、螺机系统、推进系统、拼装机系统、注浆系统、辅助系统、齿轮油泵、补油泵、润滑油脂泵、迷宫润滑系统、增压水泵、内循环水泵、皮带系统、过滤冷却泵、盾尾密封等系统的启停控制及刀盘、螺机系统的正反转选择、速度档位选择等旋钮控制。这些控制按钮形成数量输入信号，通过通讯线路输入到PLC的数字量输入模块，PLC通过感应的到数字输入信号控制各系统的启停及其他方向、档位控制。
图3为数字量输入的具体实例：刀盘驱动2号电机启动的控制信号输入。当按钮-10S4按钮合上之后，上部的24V直流控制电通过131041这根线进入PLC点位。PLC点位的地址信息为9-7A5.1：2，代表PLC模块对应的位置在第9章第7页第5列；5.1则是代表在该列有两个PLC模块，为了区别划分，编号5跟5.1；“：2”代表在该PLC模块的第2个点位。
4 数字量输出模块
数字量输出模块主要负责盾构数字量信号的输出，由PLC向外输出控制信号。PLC通过数字量输出模块对各个系统进行启停控制。
上图为数字量输出的具体实例：PLC发出24V直流电，通过230521这根线控制继电器-5K2吸合，继电器起作用并达到砂浆泵1运行的目的。PLC点位的地址信息为9-16A3.1：2，代表PLC点位在第9章第16页第3列；3.1则是代表在该列有两个PLC模块，为了区别划分，编号3跟3.1；：2代表在该PLC模块的第2个点位。
5 模块之间的联系
这些模块接收或者发出的信号不是单独存在的，而是各种信号有机结合起来，形成一个相互协调、相互联系、相互补充的完整统一体系。以补油泵电机启动过程为例，当盾构操作手需要启动补油泵电机时，按压电机启动按钮，PLC接收到数字量输入信号，在检测电机可以启动的情况下，形成数字量输出信号至电机启动继电器，通过继电器的控制最终达到补油泵电机启动的目的。
在螺机速度控制系统中，主控室控制面板上的螺机速度电位计通过电阻分压的原理形成0～10V的电压，并以模拟量输入信号的形式输入至PLC。PLC根据感应到的信号值形成0～10V的模拟量输出信号，并通过线路将信号输入至螺机速度控制放大卡，最终控制螺机的速度。
6 故障排除
在PLC的实际应用中，一般由八个类似作用的点位共同组成一个模块。比如一个数字量输入模块中包含八个数字量输入点位，负责八个信号的输入。在盾构机的PLC应用中，模块中一个点位的损坏无法进行修理，只能通过专用软件更改点位的位置或者更换整个模块。
在输入输出模块中，模拟量输入模块是最经常出故障的模块，故在模块的信号输入线路上串联保险丝，防止信号短路等原因导致的大电流将模块内部的电子元件烧毁。在保险丝型号的选择上，只能选择32mA最大通过电流的保险丝，绝对不能更换大电流的保险丝。
在进行PLC的线路拆除、连接或者故障排除工作时，应该提前关闭PLC的电源，防止因误操作导致模块点位的损坏。
7 总结
PLC系统是盾构设备的大脑，是盾构各个系统联动的控制中枢。盾构设备的维护人员只要定期对PLC系统除尘、干燥、减少震动就能保证PLC的正常使用，特别是在盾构拆装机、存放、运输过程中，一定要加强对PLC的保护、检查。通过对于盾构电路设备的长期维护保养，盾构维保人员可以通过外部故障现象排查到PLC的具体故障，也可以通过PLC显示的具体故障，直接找到故障点，快速处理故障。
参考文献
[1] 王永顺.电气控制与PLC应用项目教程[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工程出版社，2004.
[3] 廖常初.PLC基础及应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2011.
作者简介
周龙（1988-），男，重庆人，供职于中铁五局集团城通工程有限责任公司，研究方向：盾构设备管理、盾构机状态检测。
[关键词]盾构；PLC；输入输出模块；
中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0329-02
目前大多数盾构机上采用的是西门子PLC系统来控制盾构机各个系统，在盾构设备故障处理中最常用的就是通过I/O模块信号来判断。输入输出模块（I/O模块）分为模拟量输入模块、模拟量输出模块、数字量输入模块、数字量输出模块。模拟量是一种连续变化的量，数字量是离散的物理量。举个盾构上的例子，，比如注浆压力、泡沫流量等等就是模拟量，是一种连续变化的数值，注浆压力可以在0bar～20bar之间连续变化。电机的启停控制，刀盘的左右旋转控制，高低速控制等等都是数字量，电机的启停控制中，启动点位输出代表电机启动，停止点位输出代表电机停止。
1 模拟量输入模块
模拟量输入模块负责盾构模拟量信息的反馈，其编号以PIW开头。模拟量输入信号主要包括盾构设备上的温度、压力、速度、流量、行程、有毒气体检测等信号。以6路单管单泵泡沫系统为例，泡沫系统的6路气体流量、6路混合液流量、6路泡沫压力都经过特定的流量计、压力传感器转换成4～20mA的电流信号，并通过模拟量输入模块反馈回PLC。PLC接收这些电信号，并通过预编写的计算规则计算出具体的数值并显示出来，让盾构操作手可以实时观察泡沫系统的各项数值，准确调节泡沫系统。
图1为模拟量输入的具体实例：液压油箱温度的输入反馈。液压油箱温度传感器通过感应油箱的温度释放出4～20mA的模拟量电流，经过-13F4保险丝之后进入PLC的模拟量输入模块。PLC感应到4～20mA电流之后，经过中央处理器的运算，在工控机上显示0～100度范围的示指。
2 模拟量输出模块
模拟量输出模块主要负责盾构模拟量信号的输出，其编号以PQW开头。模拟量输出模块输出的模拟量信号一般与盾构设备上的放大卡相关联，其信号通过线路输入到放大卡的控制端口，作为放大卡的控制信号。
该模块用于刀盘速度控制、螺机速度控制、1～4路注浆泵速度控制、推进速度控制、推进系统四个分组的流量、压力控制、拼装机系统的旋转速度控制、前后运动速度控制、大臂红蓝缸伸缩控制等系统控制。这些系统都通过放大卡进行信号放大，控制信号就是模拟量输出模块输出的信号，被控制信号则是经过放大卡同比例放大的，用于控制各种电磁阀的信号。
图2为模拟量输出的具体实例：推进速度控制的模拟量信号输出。模拟量信号输出主要以0～10V为輸出信号值。在上图中，PLC根据控制面板上的推进速度电位器输入的电压，换算成相应的电压在这个PLC点位输出，通过连续的电压变换最终控制推进速度的变化。
3 数字量输入模块
数字量输入模块主要负责盾构数字量信号的输入，给PLC输入控制信号。数字量输入模块主要负责接收各个系统的启停控制信号及一些特殊系统的方向、档位控制信号。
在操作面板上，集中了刀盘系统、螺机系统、推进系统、拼装机系统、注浆系统、辅助系统、齿轮油泵、补油泵、润滑油脂泵、迷宫润滑系统、增压水泵、内循环水泵、皮带系统、过滤冷却泵、盾尾密封等系统的启停控制及刀盘、螺机系统的正反转选择、速度档位选择等旋钮控制。这些控制按钮形成数量输入信号，通过通讯线路输入到PLC的数字量输入模块，PLC通过感应的到数字输入信号控制各系统的启停及其他方向、档位控制。
图3为数字量输入的具体实例：刀盘驱动2号电机启动的控制信号输入。当按钮-10S4按钮合上之后，上部的24V直流控制电通过131041这根线进入PLC点位。PLC点位的地址信息为9-7A5.1：2，代表PLC模块对应的位置在第9章第7页第5列；5.1则是代表在该列有两个PLC模块，为了区别划分，编号5跟5.1；“：2”代表在该PLC模块的第2个点位。
4 数字量输出模块
数字量输出模块主要负责盾构数字量信号的输出，由PLC向外输出控制信号。PLC通过数字量输出模块对各个系统进行启停控制。
上图为数字量输出的具体实例：PLC发出24V直流电，通过230521这根线控制继电器-5K2吸合，继电器起作用并达到砂浆泵1运行的目的。PLC点位的地址信息为9-16A3.1：2，代表PLC点位在第9章第16页第3列；3.1则是代表在该列有两个PLC模块，为了区别划分，编号3跟3.1；：2代表在该PLC模块的第2个点位。
5 模块之间的联系
这些模块接收或者发出的信号不是单独存在的，而是各种信号有机结合起来，形成一个相互协调、相互联系、相互补充的完整统一体系。以补油泵电机启动过程为例，当盾构操作手需要启动补油泵电机时，按压电机启动按钮，PLC接收到数字量输入信号，在检测电机可以启动的情况下，形成数字量输出信号至电机启动继电器，通过继电器的控制最终达到补油泵电机启动的目的。
在螺机速度控制系统中，主控室控制面板上的螺机速度电位计通过电阻分压的原理形成0～10V的电压，并以模拟量输入信号的形式输入至PLC。PLC根据感应到的信号值形成0～10V的模拟量输出信号，并通过线路将信号输入至螺机速度控制放大卡，最终控制螺机的速度。
6 故障排除
在PLC的实际应用中，一般由八个类似作用的点位共同组成一个模块。比如一个数字量输入模块中包含八个数字量输入点位，负责八个信号的输入。在盾构机的PLC应用中，模块中一个点位的损坏无法进行修理，只能通过专用软件更改点位的位置或者更换整个模块。
在输入输出模块中，模拟量输入模块是最经常出故障的模块，故在模块的信号输入线路上串联保险丝，防止信号短路等原因导致的大电流将模块内部的电子元件烧毁。在保险丝型号的选择上，只能选择32mA最大通过电流的保险丝，绝对不能更换大电流的保险丝。
在进行PLC的线路拆除、连接或者故障排除工作时，应该提前关闭PLC的电源，防止因误操作导致模块点位的损坏。
7 总结
PLC系统是盾构设备的大脑，是盾构各个系统联动的控制中枢。盾构设备的维护人员只要定期对PLC系统除尘、干燥、减少震动就能保证PLC的正常使用，特别是在盾构拆装机、存放、运输过程中，一定要加强对PLC的保护、检查。通过对于盾构电路设备的长期维护保养，盾构维保人员可以通过外部故障现象排查到PLC的具体故障，也可以通过PLC显示的具体故障，直接找到故障点，快速处理故障。
参考文献
[1] 王永顺.电气控制与PLC应用项目教程[M].北京：机械工业出版社，2011.
[2] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工程出版社，2004.
[3] 廖常初.PLC基础及应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2011.
作者简介
周龙（1988-），男，重庆人，供职于中铁五局集团城通工程有限责任公司，研究方向：盾构设备管理、盾构机状态检测。