盾构电气控制系统

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盾构电气控制系统

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盾构机是集机械、液压、电气和自动化于 一体，专用于隧道地下开挖的技术密集型 重大工程装备。其技术先进、结构庞大。 如果把机械部分比喻成人的四肢，液压系 统比喻成人的血液系统，则电气系统就是 人的神经系统。当前盾构机电气系统采用 世界上最先进、最可靠的技术以保证系统 稳定可靠的运行。

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主要内容 一、盾构电气控制系统原理1、盾构电气控制系统的组成 2、 PLC控制系统在盾构上的应用 PLC控制系统在盾构上的应用 3、变频器在盾构上的应用 4、常用安全保护电路在盾构机上的应用 5、常用传感器在盾构机上的应用 6、盾构机电气系统维修保养

二、盾构现场临时施工用电管理1、盾构施工供电分类 2、集约用电 3、安全用电 4、节约用电

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1.盾构电气控制系统组成 1.盾构电气控制系统组成1 )高压供电 2 )低压配电 3 )PLC自动控制系统 4 )计算机数据采集系统 5 )机械、液压和辅助系统控制，包括：刀盘驱动系统 推进系统 管片拼装机和管片输送系统 铰接缸系统 螺旋输送机、皮带输送机系统 泡沫和膨润土系统 盾尾密封系统 同步注浆系统 集中自动润滑系统 冷却系统 仿形刀系统

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盾构供配电系统高压供配电： 高压供配电：由于盾构机整机负荷较大，因此盾构机采用高压10KV供电。为保 证盾构机连续掘进，采用400m(200m)高压软电缆和高压电缆卷筒实现连续 不间断供电。 变压器： 变压器：盾构机常用的变压器有波纹密封油浸式和干式变压器两种。油浸式变 压器具有体积小、价格低等优点，但其维护不便；而干式变压器维护方便， 过载能力强，但体积大、价格贵。因此目前一般常见的是盾构机采用的是全 密封油浸式变压器，它使变压器内部与大气隔离，防止油的劣化和绝缘受潮 ，增强了运行的可靠性。 软启动器： 软启动器：功率较大的电动机直接启动时有较大的冲击电流，为了避免启动电 流对电网的冲击，对大功率的电动机采用软启动器启动，中小功率的电机采 用星三角启动或直接采用启动方式。 无功功率补偿： 无功功率补偿：采用补偿电容器在低压端集中补偿的方法，利用无功功率自动 补偿控制器对无功功率进行自动补偿，它实时监测系统的功率因数，通过控 制接触器切换电容组达到动态补偿功率因数的目的。补偿后的功率因数不低 于0.9。

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盾构机供配电系统10KV

主控制室3*70mm2 TJB快速接头 3*70+3*35/3 6/10KV 250M 高压电缆卷筒

PLC 盾构机控制系统

PC 控制系统

高压开关 200A 变压器 10kv/400v 1600KVA

控制面板

24VDC

220VAC

400VAC 50HZ

PD1 250 / 2500A

PD2

PD3

PD4

PD5

PD6

PD7

PD8

PD9

PD1

PD2250I>

PD3250I>

+MDB柜I>

+DB柜

400v/220v

400VAC 50HZ 3相母线250I>800A 800A

6.6KVA

250I>

250I>

320AI> I>

250AI>

80AI>

80AI>

100AI>

80AI>

14AI>

25AI>

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10AI>

1.6AI>

40AI>

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18AI> I>

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250I>

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250I>

250I>

I>160A 160A 160A 160A 160A 160A

400V/24VDC软启 软启 软启 软启 Y-△ Y-△ Y-△ Y-△

400V/24VDC 1.44KVA

400V/24VAC 1.44KVA

1.44KVA

220VAC 24VDC

主控室220v电源

盾体照明

PLC控制面板24v电源

人仓加热

补偿器220v电源

主控室以后的220v电源

DB柜体照明

人仓插座

人仓照明

其他配电柜面板

3号拖车照明

二次通风15kw

4号拖车照明

刀盘驱动315kw

刀盘驱动315kw

螺旋输送机160kw

补油泵37kw

泡沫泵0.37kw

泡沫水泵7.5kw

水过滤循环泵11kw

油脂泵0.18kw

管片吊机

设备桥照明

1号拖车照明

2号拖车照明

工业水泵7.5kw

冷却水泵5.5kw

齿轮油泵4kw

混凝土搅拌机7.5kw

推进泵站110kw

皮带机30kw

膨润土泵30kw

推进控制泵5.5kw

管片安装机45kw

65kvar*10 cosφ=0.95

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盾构供配电系统关键点高压断路器的保护整定值 低压断路器的保护整定值 电机保护热继电器整定一定不要超过电 机额定电流 星-三角启动要注意接线正确，防止电源 短路。 洞外的高压开关柜在过流、速断的基础 上，建议增加零序电流保护。

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主机控制系统的组成主机控制系统 目前常用的有两种系统构成模式：集中式和分布式。 HK大多数采用集中式(除泥水盾构外),WIRTH、小松、 LOVAT和NFM多采用分布式。 盾构机主机控制系统采用主从、上下位机和分布式I/O结构。 上位机为PC(个人计算机)和墙面式工控机组成的基于 Profibus-Dp(或MODBUS)协议的现场总线的计算机局域网 络，下位机是以Siemens S7-400为主站的可编程控制器系统。 工控机和数据采集系统 采用墙面式工控机为人机界面，采用彩色液晶显示屏，安置 在盾构机操纵室内控制面板上。用于设置控制系统参数和显 示数据，由现场操作人员使用。其余采用普通PC根据需要可 以放置在机电工程师室和经理室。这些计算机上均安装 WDAS或PDV软件，用于对隧道内的施工情况进行实时监控， 打印报表和其他管理工作。

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盾构机控制系统示意图显示 器 触摸 屏激光导 向系统

远程计 算机打印 机

工业计 算机

PLCDI DO接口

AI

AO

现场操 作板

遥控操 纵板

位置 开关 传感 器等

中间 继电 器 开关 阀、 信号 灯等 接触 器、 电机 等

驱动 放大 板 比例 阀、 变频 器、 表头

模拟 传感 器

脉冲 传感 器

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2.盾构主机控制系统(PLC) 盾构主机控制系统( 盾构主机控制系统盾构主机控制系统采用PLC可偏程控制器的特 点盾构是

一个机、电、液一体化的工厂化隧道开挖施工机械，是 大型化、自动化、流程化的大型连动机。由于其控制环节多， 工序复杂，并且相互关联，相互影响，任何一个环节出现故障 都将影响正常掘进甚至停机修理，因为了保障盾构机工作的高 度可靠性安全性和易维护性，其控制系统采用了PLC可偏程控 制系统。 PLC可偏程控制系统具有系统功能强、可靠性高、抗震性能 好、编程容易、修改方便、扩充维修容易等一系列优点。 采用PLC可编控制系统的特点是盾构机上所有传感器和控制 信号都输入到PLC,所有输出信号都由PLC发出的。方便建立 各种连锁关系。因此PLC可编控制器是掘进机的控制中枢。是 掘进机的大脑和心脏。

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1. PLC的结构

外 部 设 备 接 口I/O

I/O

输 入 … 块 模CPU

输 出 模 块 …

2011-8-8

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2. PLC的工作原理简单的电机起动控制电路采用PLC控制:其外部接线及内部 等效电路如图所示。可将PLC分成3部分：输入部分、内部控 制电路和输出部分。

2011-8-8

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3. PLC的工作方式

PLC是采用顺序扫描、 不断循环的方式进行工作的。 PLC的 是采用顺序扫描 不断循环的方式进行工作的 的方式进行工作的。 是采用 顺序扫描、 的 扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新3个阶段 扫描工作过程可分为输入采样、程序执行和输出刷新 个阶段 并进行周期性循环。 ,并进行周期性循环。

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4、常用PLC型号目前我们单位盾构常用的PLC有西门子、施耐德、三菱和AB公 司。 西门子PLC系列有S7-200\S7-300\S7-400三个系列，盾构机常用的 是高档S7-400系列， 施耐德PLC有MODICOM\PREMIUM\MUMENTUM系列。 海瑞克盾构全部用的是西门子，维尔特和NFM用的全是施耐德。 日本小松全是三菱系列，罗威特用的是AB系列。这有一个习惯 问题。 西门子常用的PLC编程软件是STEP7。 西门子常用的组态软件是WINCC。 施耐德常用的PLC是PREMIUM系列。编程软件是PL7和UNITY。 小松常用是三菱A3和Q系列 罗威特用的是罗克韦尔的ControlLogix系列.编程软件是 RSLogix5000和RSLinx

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盾构PLC控制系统组成(西门子)

主操作室(主站)

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盾构机PLC控制系统配置PC PC PC电/光 光/电

控制系统配置示意图TCP/IP

PC670 VMT

DP

MPI

PROFIBUS-DP

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PLC控制系统配置图 控制系统配置图PLC系统配置示意图PC

Magelis

PC

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盾构PLC控制流程图

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计算机控制及数据采集系统主要完成参数设定、监控、管理功能采用组态软件，西门子WinCC,施耐德的Factrylink 现场工控机与办公室的管理计算机组成局域网，将 洞内盾构机的信息传输到地面办公室，并储存起来。

操作画面设定界面：设定盾构对象和控制参数 测量界面：显示盾构中各类检测仪

器的测量值 掘进界面：施工时主画面，掘进参数、设备状态 历史曲线画面：以曲线形式显示历史施工数据，可按环号查询 报警画面：及时显示盾构设备运转情况和故障报警 报表 动态曲线 铰接画面：用于铰接操作和控制，并显示盾构姿态

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