德國海瑞克公司土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)上配備了西門子公司的S7-PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)，用來控制盾構(gòu)機(jī)的各主要功能。Simatic Manager是S7-PLC的管理程序，安裝在地面監(jiān)控室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電腦上，可對(duì)S7-PLC進(jìn)行管理和對(duì)盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控?，F(xiàn)以一次主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的故障排除為例，說明通過Simatic Manager監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行，并綜合運(yùn)用機(jī)械、液壓、電路等方面的知識(shí)來解決盾構(gòu)機(jī)故障的基本方法。
　　1、 故障現(xiàn)象
　　掘進(jìn)中盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)如下故障：在開始轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤時(shí)，盾構(gòu)機(jī)3個(gè)已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)常自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，致使無法掘進(jìn)。
　　2、刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

圖1：盾構(gòu)機(jī)刀盤驅(qū)動(dòng)液壓回路原理簡(jiǎn)圖

　　盾構(gòu)機(jī)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力由刀盤驅(qū)動(dòng)液壓回路提供，圖1是該回路的原理簡(jiǎn)圖。在S7-PLC的控制下，3臺(tái)各由315kW主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)的主油泵2給7個(gè)液壓馬達(dá)11供油。液壓馬達(dá)則通過7個(gè)相連的減速箱10和一個(gè)主驅(qū)動(dòng)齒輪箱帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)。

圖2：主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1控制電路圖

　　圖2是主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1控制電路圖，主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2和3的電路圖與主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1相同。
　　圖中9-14D6是S7-PLC的數(shù)字式信號(hào)輸出卡，其端口10的輸出代表S7-PLC的輸出A52.6，13-2K2是主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)繼電器，該繼電器安裝在主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1的起動(dòng)回路中，當(dāng)9-14D6的端口10（即A52.6）輸出電信號(hào)給繼電器13-2K2時(shí)，該繼電器觸點(diǎn)接通，主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1可以運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)9-14D6的端口10沒有電信號(hào)輸出給繼電器13-2K2時(shí)，該繼電器觸點(diǎn)斷開，也就是切斷了給主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1的供電，正在運(yùn)轉(zhuǎn)的主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　3、故障分析
　　從未轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤時(shí)主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，只是在發(fā)出指令轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤時(shí)主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)才會(huì)經(jīng)常停止運(yùn)轉(zhuǎn)這一點(diǎn)來看，很可能是3個(gè)主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的某個(gè)或某些必要條件已失去。
　　利用Simatic Manager程序?qū)Χ軜?gòu)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控。
　　首先用Simatic Manager程序找到圖2中控制主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)繼電器的S7-PLC輸出結(jié)果A52.6。FB13是程序中控制刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)的功能模塊，F(xiàn)C201是FB13中關(guān)于主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1起動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn)的功能塊程序，Network5又是FC201中控制電動(dòng)機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)繼電器的程序段，圖3為其程序邏輯流程圖，A52.6即是該程序段的輸出結(jié)果。

圖3：FB13中FC201的Network5的流程圖

　　圖3中包含“≥1”的方框是“或”邏輯盒，當(dāng)其左邊的條件有一個(gè)以上可以滿足時(shí)，就會(huì)向下一級(jí)邏輯單元輸出信號(hào)。E53.6是常開接點(diǎn)，如果條件E53.6能夠滿足，就可以輸出一個(gè)信號(hào)給下一個(gè)邏輯單元。圖中包含“&”的方框是“與”邏輯盒，如果其左邊的所有條件都能滿足（都向“與”邏輯盒輸出信號(hào)），就可以得到右邊的輸出結(jié)果A52.6，即主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)繼電器的觸點(diǎn)閉合。
　　監(jiān)控時(shí)，如果某項(xiàng)條件可以滿足，該條件與邏輯盒的連線就會(huì)以綠色實(shí)線的形式顯示，如果條件不滿足，就以藍(lán)色虛線的形式顯示。監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)，無故障時(shí)“與邏輯盒”左邊的所有條件都滿足，但當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，條件M32.3突然變成不能滿足，導(dǎo)致得不到輸出結(jié)果A52.6。如前所述，這也就是導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1停止運(yùn)轉(zhuǎn)的原因。
　　利用Simatic Manager程序進(jìn)一步監(jiān)控可以發(fā)現(xiàn)條件M32.3失去的原因鏈條如下：條件M32.3的失去是由條件M32.7的失去造成的（M32.7是監(jiān)控主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1的起動(dòng)正常），條件M32.7的失去又是由條件M32.0的失去造成的（M32.0是主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)1、2和3起動(dòng)的限制條件解除），條件M32.0的失去又是由條件M40.0的失去造成的（M40.0表示補(bǔ)油泵的補(bǔ)油壓力正常）。
　　利用Simatic Manager找到功能模塊FB13中關(guān)于補(bǔ)油壓力的程序段Network6，其邏輯流程圖如圖4。

圖4：FB13中的Network6的流程圖

　　圖4中包含“CMP>R”的方框是“整數(shù)比較”邏輯單元，如果比較值IN1>設(shè)定值IN2，就會(huì)輸出信號(hào)給下一個(gè)邏輯單元，反之就不會(huì)輸出信號(hào)給下一個(gè)邏輯單元。同理，包含“CMP　　監(jiān)控中發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，程序段中DB40.DBD260處顯示始終稍稍大于2.5MPa，開始轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤時(shí)，當(dāng)顯示數(shù)小于或等于2.5MPa并持續(xù)2s后，M40.0變成不能滿足。
　　由此看來，問題出在條件DB40.DBD260上，即實(shí)際補(bǔ)油壓力低于規(guī)定的補(bǔ)油壓力最低值。
　　通過以上分析可以得出如下結(jié)論：刀盤開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)主驅(qū)動(dòng)回路的補(bǔ)油壓力造成擾動(dòng)，當(dāng)補(bǔ)油壓力由于擾動(dòng)而小于2.5MPa并持續(xù)2s后，就會(huì)導(dǎo)致條件M40.0失去，最終導(dǎo)致分別控制3個(gè)主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的繼電器觸點(diǎn)閉合的輸出結(jié)果（包括A52.6）失去，從而使3個(gè)主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
　　4、故障排除
　　起動(dòng)補(bǔ)油泵后，將圖1中補(bǔ)油泵的補(bǔ)油壓力調(diào)節(jié)閥6的鎖緊螺母松開，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺柱，觀察壓力表3直至補(bǔ)油壓力調(diào)至3.0MPa，再將鎖緊螺母鎖緊。補(bǔ)油壓力經(jīng)過調(diào)整后，故障消除。
　　S7-PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)給盾構(gòu)機(jī)操