德国海瑞克公司土压平衡式盾构机上配备了西门子公司的S7-PLC自动控制系统，用来控制盾构机的各主要功能。Simatic Manager是S7-PLC的管理程序，安装在地面监控室数据采集系统的电脑上，可对S7-PLC进行管理和对盾构机的掘进进行实时监控。现以一次主驱动系统的故障排除为例，说明通过Simatic Manager监控盾构机的运行，并综合运用机械、液压、电路等方面的知识来解决盾构机故障的基本方法。
　　1、 故障现象
　　掘进中盾构机出现如下故障：在开始转动刀盘时，盾构机3个已经运转的主驱动电机经常自动停止运转，致使无法掘进。
　　2、刀盘驱动系统
图1：盾构机刀盘驱动液压回路原理简图
　　盾构机刀盘转动的动力由刀盘驱动液压回路提供，图1是该回路的原理简图。在S7-PLC的控制下，3台各由315kW主驱动电动机1驱动的主油泵2给7个液压马达11供油。液压马达则通过7个相连的减速箱10和一个主驱动齿轮箱带动刀盘旋转。
图2：主驱动电动机1控制电路图
　　图2是主驱动电动机1控制电路图，主驱动电动机2和3的电路图与主驱动电动机1相同。
　　图中9-14D6是S7-PLC的数字式信号输出卡，其端口10的输出代表S7-PLC的输出A52.6，13-2K2是主驱动电动机1运转继电器，该继电器安装在主驱动电动机1的起动回路中，当9-14D6的端口10（即A52.6）输出电信号给继电器13-2K2时，该继电器触点接通，主驱动电动机1可以运转；当9-14D6的端口10没有电信号输出给继电器13-2K2时，该继电器触点断开，也就是切断了给主驱动电动机1的供电，正在运转的主驱动电动机1就会停止运转。
　　3、故障分析
　　从未转动刀盘时主驱动电动机可以正常运转，只是在发出指令转动刀盘时主驱动电动机才会经常停止运转这一点来看，很可能是3个主驱动电动机继续运转的某个或某些必要条件已失去。
　　利用Simatic Manager程序对盾构机的运转进行了实时监控。
　　首先用Simatic Manager程序找到图2中控制主驱动电动机1运转继电器的S7-PLC输出结果A52.6。FB13是程序中控制刀盘运转的功能模块，FC201是FB13中关于主驱动电动机1起动和运转的功能块程序，Network5又是FC201中控制电动机1运转继电器的程序段，图3为其程序逻辑流程图，A52.6即是该程序段的输出结果。
图3：FB13中FC201的Network5的流程图
　　图3中包含“≥1”的方框是“或”逻辑盒，当其左边的条件有一个以上可以满足时，就会向下一级逻辑单元输出信号。E53.6是常开接点，如果条件E53.6能够满足，就可以输出一个信号给下一个逻辑单元。图中包含“&”的方框是“与”逻辑盒，如果其左边的所有条件都能满足（都向“与”逻辑盒输出信号），就可以得到右边的输出结果A52.6，即主驱动电动机1运转继电器的触点闭合。
　　监控时，如果某项条件可以满足，该条件与逻辑盒的连线就会以绿色实线的形式显示，如果条件不满足，就以蓝色虚线的形式显示。监控中发现，无故障时“与逻辑盒”左边的所有条件都满足，但当故障出现时，条件M32.3突然变成不能满足，导致得不到输出结果A52.6。如前所述，这也就是导致驱动电动机1停止运转的原因。
　　利用Simatic Manager程序进一步监控可以发现条件M32.3失去的原因链条如下：条件M32.3的失去是由条件M32.7的失去造成的（M32.7是监控主驱动电动机1的起动正常），条件M32.7的失去又是由条件M32.0的失去造成的（M32.0是主驱动电动机1、2和3起动的限制条件解除），条件M32.0的失去又是由条件M40.0的失去造成的（M40.0表示补油泵的补油压力正常）。
　　利用Simatic Manager找到功能模块FB13中关于补油压力的程序段Network6，其逻辑流程图如图4。
图4：FB13中的Network6的流程图
　　图4中包含“CMP>R”的方框是“整数比较”逻辑单元，如果比较值IN1>设定值IN2，就会输出信号给下一个逻辑单元，反之就不会输出信号给下一个逻辑单元。同理，包含“CMP　　监控中发现，驱动电动机正常运转时，程序段中DB40.DBD260处显示始终稍稍大于2.5MPa，开始转动刀盘时，当显示数小于或等于2.5MPa并持续2s后，M40.0变成不能满足。
　　由此看来，问题出在条件DB40.DBD260上，即实际补油压力低于规定的补油压力最低值。
　　通过以上分析可以得出如下结论：刀盘开始转动时，会对主驱动回路的补油压力造成扰动，当补油压力由于扰动而小于2.5MPa并持续2s后，就会导致条件M40.0失去，最终导致分别控制3个主驱动电动机运转的继电器触点闭合的输出结果（包括A52.6）失去，从而使3个主驱动电动机自动停止运转。
　　4、故障排除
　　起动补油泵后，将图1中补油泵的补油压力调节阀6的锁紧螺母松开，顺时针转动调节螺柱，观察压力表3直至补油压力调至3.0MPa，再将锁紧螺母锁紧。补油压力经过调整后，故障消除。
　　S7-PLC自动控制系统给盾构机操

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