PLC控制交流变频调速控制系统研究

陈贝贝

摘 要：近年来，随着我国经济的不断发展，电子技术也在不断的提升，尤其是微电子与技术算计网络技术，逐渐被应用到各个行业中。本文依据西门子S7-400的PLC控制交流变频调速控制在盾构机电控制系统的应用，对盾构机电的硬件结构及网络设置及逻辑控制等三个方面对PLC控制系统进行研究分析。

关键词：PLC控制系统；电气系统；盾构机电

随着我国地铁建设的高速发展，盾构机在我国地铁隧道施工中应用越来越广泛。它是一种由机械、电气与液压三种系统相互结合产生的施工设备，其中PLC控制系统作为其核心组成，不仅承担着盾构机运行状态的检测，逻辑运算的控制，还肩负着对盾构机发送指令及控制网络运行的任务。因此，PLC控制系统对盾构施工的质量与安全及设备的运行状态监测有着极为重要的作用。

1.盾构机PLC控制系统简介

1.1 硬件组成

PLC控制系统的软件构成主要的是由S7系列及750系列通过太网形成的控制器。PLC控制系统的信号运输路径受设备的分布影响。PLC控制系统的信号在经过分布集中的设备区时，会直接进入PLC的主站的中控室。在经过盾构机壳体时，会通过太网模块以远程的方式进行采集后，统一集中的运送至PLC主站。

1.2 软件组成

标准的软件包应用是PLC控制交流系统中的基本组成内容，通过对ZSTEP7的程序分解研究，发现这种软件包不仅可以实现用户程序结构化，还易于理解，从而保障标准程序的稳定性。PLC交流控制系统的软件通常包含两个方面。一是调用操作系统；二是用户程序的接口程序块。由于软件自带系统自带模块功能与系统，系统的模块和系统的功能是CPU的重要组成部分，它不仅具有一定的储蓄能力，而且还不需要占用太多的空间。

1.3 系统供电

PLC的系统供电包括工作电源供电及控制电源供电两个方面。工作电源供电

是指满足PLC硬件设备所需电能的运行，它通常采用230V的交流电压进行供电。在进行盾构施工的过程中，为了使PLC系统的设备进行正常的运行与工作，通常在工作电源的回路处进行 Pulsar M（3000）型UPS的设置，来代替供电回路备用电路的设置。保证在电路出现故障的情况下，维持对PLC设备的电源供应。但在实际操作过程中，为了提高供电系统的安全系数，还需要使操作人员进行定期的故障排查、设备电源切换等工作。

控制电源是指对系统操作的输入输出控制、指示灯及传感器的供电操作等进行控制。它通常通过采用24V的直流电压进行供电。电源的回路控制是通过Phoenix QUINT系列的开关将交流电转变为直流电。通过智能电流分配器来实现将直流电源分配成模拟电量的输入与输出、开关量的输入与输出等，这样不仅可以实现将直流电源进行分流与隔离的特性，还能保证各个电路之间的正常运行不受影响，既有利于故障的检修，还能为超荷载电流进行报警显示，对系统的安全运行有着重要的保障作用。

2.PLC系统的网络结构

2.1 网络结构

PLC控制系统的网络结构是在太网Ethernet结构的基础上建立的。由于盾构机的电气系统的设备分布较广，因此，PLC系统下的网络结构可以将盾构网络分为三层。一是监控层。它主要是由工控主机及显示屏共同组成，主要针对系统的参数进行设定，包括对网络状态的监控、系统数据的存储及对系统出现的故障进行检修等工作。二是设备层。它负责对盾构机的运行工作。主要由盾构机系统的传感器、驱动器及开关设备等组成。PLC系统下的各个网络组成部分之间也进行相互作用，其中监控层与控制层之间的作用是通过Ethernet 网络来实现数据的共享。而控制层与设备层则是通过对设备中的电缆连接实现对控制信号的运输。其具体操作为通过设备上的电缆、电线之间的连接，将设备的运行状态或控制信号传送至盾构机设备上。

2.2 网络配置

盾构PLC系统的网络设置，是在硬件设计的基础上通过采用SIMATIC STEP7

软件对S7-400进行组态处理，包括对电源、CPU及分布式模块等进行的实际配置及物理地址的组态处理。PLC地址的确定是依据系统的网络结构进行的网络参数设置，并通过对组态程序数据的下载，从而实现PLC系统的网络的控制运行。

3.PLC控制程序在盾构机应用中的特点

3.1 灵活性

PLC控制交流变频调速控制系统的灵活性主要包括编程逻辑控制性的操作灵活性和宽领域操作系统的灵活性两方面。编程逻辑控制性的操作灵活性主要体现在语言功能有图表、梯形图形及语句说明等。因此，将不同的编程系统的方法运用到编程过程中，不仅具有操作简便的特点，还可以使PLC控制交流变频调速控制系统在电梯应用的领域不断拓宽。

3.2 操作简便

PLC控制交流变频调速控制系统的简便性可以分为操作的简便性及编程的简便性。PLC控制交流变频调速控制系统的编程的主要目的是指对程序操作的执行更改与输入。在编程程序是大中型的前提下，通过在操作过程中，将输入的信息显示出来，从而凸显编程器在CPU上的主体地位。

3.3 安全可靠性

由于PLC控制交流变频调速控制系统内部有一套较为完整的可行性安全控制方案，因此，它与普通计算机相比具有一定的独特性，不仅具有较强的硬件设施，在计算机编程方面也具有简单可靠性。

4.结束语

本文通过对PLC系统的硬件、软件组成、网络组成及程序方面的控制等进行分析，发现在盾构施工过程中，PLC系统是盾构机的核心组成部分，不仅具有先进的设计理念及网络设计，且其硬件等方面配置也较为合理，是程序的稳定运行的重要保障。因此掌握先进的PLC控制系统对提升隧道盾构施工有重要的作用。

参考文献：

[1]郭辉，夏俭，黎燕等.引进超大直径泥水平衡盾构PLC系统解析[J].城市建设理论研究（电子版），2013，11（11）：23-25.

[2]李安云.盾构机推进系统的控制分析及优化[J].城市建设理论研究（电子版），2013，10（13）.11-13 .

[3]王广余.盾构机PLC控制系统的改进探讨[J].铁路技术创新，2012，16（3）：17-19.