盾构机试验台的PLC控制

　　盾构掘进机是一种隧道掘进的专用工程机械，现代盾构掘进机集机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道、衬砌、测量导向、纠偏等功能。盾构掘进机已经广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电隧道工程 。

　　而盾构机试验台，可以通过对盾构机控制系统的模拟试验，达到缩短盾构控制系统研发周期、检测盾构控制系统的正确性的目的，并为隧道施工提供技术支撑。

　　本文介绍了盾构试验台液压系统的工作原理，并应用西门子S7—200系列PLC等部件构成其电气控制系统，以达到控制要求。

　　1 盾构机液压系统的工作原理

　　1．1 组成

　　盾构机液压系统由3部分组成：一个阀控液压缸回路(左部)，是盾构机的推进系统，为盾构机掘进提供动力；一个阀控双向马达回路(中部)，是盾构机的刀盘控制系统，为刀盘切削土体提供动力；一个单向阀控马达回路(右部)，是盾构机的螺旋输送机控制系统，为盾构机排土提供动力。

　　图1所示为盾构机液压控制系统原理图，液压系统在主油路上采用定量泵、伺服换向阀等实现压力自适应控制。

　　1．电磁溢流阀2．过滤器3．定量液压泵4压力表6．换向阀

　　5、7、8．调速阀9．电液伺服阀10．三位四通电磁换向阀

　　11．二位三通电磁换向阀12．液压缸l3．双向液压马达

　　14．单向液压马达15．伺服放大器

　　图1 盾构机液压推进系统原理图

　　1．2 工作过程

　　刀盘控制：刀盘采用液压驱动。掘进时，刀盘电机启动并正常运行后，选择正转(或反)，控制电液伺服阀的电压，使刀盘推进速度变化。当过滤器、油压力、油温度、轴承或密封温度、油位等异常时，发出报警信号，至极限时控制刀盘停止转动；当扭矩传感器测得的扭矩超出极限值时说明崩刀或刀具磨损严重，刀盘也停止转动。

　　推进控制：1个推进液压缸。推进动作分为工进和快进。当盾构机快进时，利用换向阀使系统快速前进。当接近工作位置时，启动手动按钮，液压缸转为掘进即工进状态；盾构掘进时，通过扭矩传感器形成闭环系统，将系统扭矩转换成电信号并与标准信号比较，通过调节伺服阀的开口量调节推进速度。当油压异常时发出报警信号，停止推进。

　　螺旋输送机控制：单向液压马达控制。液压马达回路连接减速器，经减速器后连接螺旋输送机，驱动螺旋输送机进行土箱的排土动作，实现盾构机的排土过程。

　　顺序控制：盾构试验台的主要设备均为液压驱动，按顺序控制进行。首先启动刀盘正／反转，试验台开始切削土体；5 s后螺旋机闸门开启，螺旋机正转；5 S后液压缸开始推进。停止推进时则相反：推进缸先停止，5 s后螺旋机停转，再5 s后刀盘停转、液压缸后退，见表1所示。表1 电磁铁动作顺序表