PLC控制交流變頻調速控制系統研究

陳貝貝

摘 要：近年來，隨著我國經濟的不斷發展，電子技術也在不斷的提升，尤其是微電子與技術算計網絡技術，逐漸被應用到各個行業中。本文依據西門子S7-400的PLC控制交流變頻調速控制在盾構機電控制系統的應用，對盾構機電的硬件結構及網絡設置及邏輯控制等三個方面對PLC控制系統進行研究分析。

關鍵詞：PLC控制系統；電氣系統；盾構機電

隨著我國地鐵建設的高速發展，盾構機在我國地鐵隧道施工中應用越來越廣泛。它是一種由機械、電氣與液壓三種系統相互結合產生的施工設備，其中PLC控制系統作為其核心組成，不僅承擔著盾構機運行狀態的檢測，邏輯運算的控制，還肩負著對盾構機發送指令及控制網絡運行的任務。因此，PLC控制系統對盾構施工的質量與安全及設備的運行狀態監測有著極為重要的作用。

1.盾構機PLC控制系統簡介

1.1 硬件組成

PLC控制系統的軟件構成主要的是由S7系列及750系列通過太網形成的控制器。PLC控制系統的信號運輸路徑受設備的分布影響。PLC控制系統的信號在經過分布集中的設備區時，會直接進入PLC的主站的中控室。在經過盾構機殼體時，會通過太網模塊以遠程的方式進行采集后，統一集中的運送至PLC主站。

1.2 軟件組成

標準的軟件包應用是PLC控制交流系統中的基本組成內容，通過對ZSTEP7的程序分解研究，發現這種軟件包不僅可以實現用戶程序結構化，還易于理解，從而保障標準程序的穩定性。PLC交流控制系統的軟件通常包含兩個方面。一是調用操作系統；二是用戶程序的接口程序塊。由于軟件自帶系統自帶模塊功能與系統，系統的模塊和系統的功能是CPU的重要組成部分，它不僅具有一定的儲蓄能力，而且還不需要占用太多的空間。

1.3 系統供電

PLC的系統供電包括工作電源供電及控制電源供電兩個方面。工作電源供電

是指滿足PLC硬件設備所需電能的運行，它通常采用230V的交流電壓進行供電。在進行盾構施工的過程中，為了使PLC系統的設備進行正常的運行與工作，通常在工作電源的回路處進行 Pulsar M（3000）型UPS的設置，來代替供電回路備用電路的設置。保證在電路出現故障的情況下，維持對PLC設備的電源供應。但在實際操作過程中，為了提高供電系統的安全系數，還需要使操作人員進行定期的故障排查、設備電源切換等工作。

控制電源是指對系統操作的輸入輸出控制、指示燈及傳感器的供電操作等進行控制。它通常通過采用24V的直流電壓進行供電。電源的回路控制是通過Phoenix QUINT系列的開關將交流電轉變為直流電。通過智能電流分配器來實現將直流電源分配成模擬電量的輸入與輸出、開關量的輸入與輸出等，這樣不僅可以實現將直流電源進行分流與隔離的特性，還能保證各個電路之間的正常運行不受影響，既有利于故障的檢修，還能為超荷載電流進行報警顯示，對系統的安全運行有著重要的保障作用。

2.PLC系統的網絡結構

2.1 網絡結構

PLC控制系統的網絡結構是在太網Ethernet結構的基礎上建立的。由于盾構機的電氣系統的設備分布較廣，因此，PLC系統下的網絡結構可以將盾構網絡分為三層。一是監控層。它主要是由工控主機及顯示屏共同組成，主要針對系統的參數進行設定，包括對網絡狀態的監控、系統數據的存儲及對系統出現的故障進行檢修等工作。二是設備層。它負責對盾構機的運行工作。主要由盾構機系統的傳感器、驅動器及開關設備等組成。PLC系統下的各個網絡組成部分之間也進行相互作用，其中監控層與控制層之間的作用是通過Ethernet 網絡來實現數據的共享。而控制層與設備層則是通過對設備中的電纜連接實現對控制信號的運輸。其具體操作為通過設備上的電纜、電線之間的連接，將設備的運行狀態或控制信號傳送至盾構機設備上。

2.2 網絡配置

盾構PLC系統的網絡設置，是在硬件設計的基礎上通過采用SIMATIC STEP7

軟件對S7-400進行組態處理，包括對電源、CPU及分布式模塊等進行的實際配置及物理地址的組態處理。PLC地址的確定是依據系統的網絡結構進行的網絡參數設置，并通過對組態程序數據的下載，從而實現PLC系統的網絡的控制運行。

3.PLC控制程序在盾構機應用中的特點

3.1 靈活性

PLC控制交流變頻調速控制系統的靈活性主要包括編程邏輯控制性的操作靈活性和寬領域操作系統的靈活性兩方面。編程邏輯控制性的操作靈活性主要體現在語言功能有圖表、梯形圖形及語句說明等。因此，將不同的編程系統的方法運用到編程過程中，不僅具有操作簡便的特點，還可以使PLC控制交流變頻調速控制系統在電梯應用的領域不斷拓寬。

3.2 操作簡便

PLC控制交流變頻調速控制系統的簡便性可以分為操作的簡便性及編程的簡便性。PLC控制交流變頻調速控制系統的編程的主要目的是指對程序操作的執行更改與輸入。在編程程序是大中型的前提下，通過在操作過程中，將輸入的信息顯示出來，從而凸顯編程器在CPU上的主體地位。

3.3 安全可靠性

由于PLC控制交流變頻調速控制系統內部有一套較為完整的可行性安全控制方案，因此，它與普通計算機相比具有一定的獨特性，不僅具有較強的硬件設施，在計算機編程方面也具有簡單可靠性。

4.結束語

本文通過對PLC系統的硬件、軟件組成、網絡組成及程序方面的控制等進行分析，發現在盾構施工過程中，PLC系統是盾構機的核心組成部分，不僅具有先進的設計理念及網絡設計，且其硬件等方面配置也較為合理，是程序的穩定運行的重要保障。因此掌握先進的PLC控制系統對提升隧道盾構施工有重要的作用。

參考文獻：

[1]郭輝，夏儉，黎燕等.引進超大直徑泥水平衡盾構PLC系統解析[J].城市建設理論研究（電子版），2013，11（11）：23-25.

[2]李安云.盾構機推進系統的控制分析及優化[J].城市建設理論研究（電子版），2013，10（13）.11-13 .

[3]王廣余.盾構機PLC控制系統的改進探討[J].鐵路技術創新，2012，16（3）：17-19.