盾构电气控制系统

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2021/10/26
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:
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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
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。
输入端 SB1
X400
SB2
X401
输入继电器
COM
X400 X401 X402 Y430
Y430 内部触点
输出继电器 外部触点
电源 Y430 KM
输出端
输入部分
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在线状态监视显示屏--- WDAS(数据采集系统 )
• WDAS系统主要用于主机工作状态监视、掘进参数统计分析、历史数据查询 和故障统计,打印输出掘进报告和有关报表。WDAS具有人机界面友好。显 示信息丰富,历史数据贮量大,故障信息和运行状态数据保存完整特点。特 别是它保存完整的故障信息和运行状态数据对诊断某些疑难故障非常有用, 因此WDAS系统是对MAGELS故障诊断的一种补充。
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。
• WDAS共有12个显示界面。F1—启动屏,F2—TBM参数屏,F3—全视屏, F4—液压系统屏,F5—趋势图显示屏1,F6—趋势图显示屏2,F7—换班信 息屏,F8—输入参数屏,F9—选择屏,F10—报警/信息屏,F11—打印屏, F12—系统屏。
• 其中F2—参数屏,F3—全视屏,F4—液压系统屏, • F10—报警/信息屏,对故障诊断非常有帮助。
PD2
PD3 PD4 PD5
PD6
250 /
2500A I >
400VAC 50HZ 3相母线
PD7
PD8
PD9
+MDB柜
800A
800A
I>
I>
160A 160A 160A 160A 160A 160A
软启
软启
320A
250A
80A
80A
100A
80A
14A
25A
18A
14A
10A
1.6A
40A
18A
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
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RSLogix5000和RSLinx
盾构供配电系统
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: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。
• 因此,Magelis和笔记本编程器是盾构在线故障诊断的两个最重要的必不可少 的工具。
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• 故障在线实时显示屏----Magelis
• PLC的编程控制系统带有一个故障在线实时显示屏(Magelis),它可以将各种电 气液压发生的故障及时地显示和记录下来。供故障诊断分析使用,并提供发生故 障部位的信息或可能发生故障部位的相关信息,便于缩小故障找询范围,快速诊 断故障。
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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
内部控制电路
输出部分
3. PLC的工作方式
输 入 端 子
输 入 锁 存 器
输 入 状 态 读 寄 存 器
读 输 出
程 序 执 行
状 态 寄 写 存 器
输 出 锁 存 器
输 出 端 子
输入采样
程序执行
输出刷新
一个扫描周期
PLC是采用顺序扫描、不断循环的方式进行工作的。PLC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 ,并进行周期性循环。
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在线状态监视显示屏--- WDAS(数据采集系统 )
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PLC笔记本编程器在线实时查询和故障诊断
• 正常情况下,PLC控制系统的故障诊断Magelis Magelis就能解决绝大部分电 气、液压故障,但遇到联锁关系复杂Magelis不能直接反映其故障的情况,就 需要借助于笔记本编程器才能快速查找和确定故障。使用笔记本编程器可以 快速查询故障信息的部位和相关信息状态,分析内部联锁关系,修改和优化 程序。
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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I>
I>
I>
I>
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I>
I>
I>
I>
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I>
I>
I>
软启
软启
Y-△
Y-△
Y-△
Y-△
1.6A
13A
13A
13A
13A
13A
I>
I>
I>
I>
I>
I>
I>
PD1
+DB柜
PD2
250 I>
400v/220v 6.6KVA
PD3
250 I>
250
250
I>
I>
250
250
250
I>
I>
I>
400V/24VDC 1.44KVA
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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 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. PLC的构
打印机
外 部
计算机 盒式磁带机
设 备 接
条码扫描仪

按钮 触点
输 入

模 块
行程开关
输入设备
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编程器
存储器 用户
系统程序 程序 数据
CPU 电源
I/O
I/O








指示灯
输 出
电磁线圈
模 块

电磁阀
输出设备
2. PLC的工作原理
其他配电柜面板
PLC控制面板24v电源
4号拖车照明 3号拖车照明 2号拖车照明 1号拖车照明 设备桥照明 泡沫泵0.37kw 管片吊机 泡沫水泵7.5kw 混凝土搅拌机7.5kw 二次通风15kw 油脂泵0.18kw 齿轮油泵4kw 冷却水泵5.5kw 工业水泵7.5kw 水过滤循环泵11kw 推进控制泵5.5kw 膨润土泵30kw 管片安装机45kw 补油泵37kw 皮带机30kw 推进泵站110kw 螺旋输送机160kw
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盾构机供配电系统
10KV
3*70mm2 TJB快速接头 3*70+3*35/3 6/10KV 250M 高压电缆卷筒
主控制室
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
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
400V/24VDC 1.44KVA
250
250 I>
I>
250
250
250
I>
I>
I>
400V/24VAC 1.44KVA
220VAC 24VDC
65kvar*10 cosφ=0.95
DB柜体照明 盾体照明 人仓照明 人仓插座 人仓加热 主控室220v电源 主控室以后的220v电源 补偿器220v电源
• 使用笔记本编程器又可以对PLC程序进行在线监控。连接笔记本编程器到 PLC上,进入online(在线状态)时PLC程序的所有状态都将实时反映在编程 器上,将Magelis提供的故障地址输入到编程器,利用编程器的搜索功能将很 快找出故障信息所在子程序和相关信息并显示在屏幕上,造成故障的条件信 息,将以不同的颜色显示在屏幕上。这样就可以非常直观、快速地查找到故 障,并分析可能的故障原因,最终排除故障。
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: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。
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
TCP/IP
光/电 PC670 DP VMT MPI
控制系统配置示意图
PROFIBUS-DP
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PLC控制系统配置图
PLC系统配置示意图
PC
Magelis
PC
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刀盘驱动315kw 刀盘驱动315kw
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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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• 使用编程器还可以修改和优化PLC程序,当发现程序有问题,需要修改程序 ,或在查找故障时,需要临时做一些上处理,(如临时短接某个条件,强制 置位)等,利用编程器可以实现在线修改。编程器对于PLC故障诊断。特别 是对于那些Magelis上无故障显示,而机器又确实发生故障的情况,用编程器 来诊断非常准确有效。
• 参数屏:显示当前主机的各种运行参数 • 全视屏:显示主机各系统的当前的运行状态 • 液压系统屏:显示液压系统当前的运行状态及压力温度、液位等参数。 • 报警和信息屏:显示主机的各种故障报警信息和工作状态信息,并可通过打
印报警报告信息报导查询以前任何时候的报警信息和工作状态信息,各种报 警信息和工作状态信息都有起止时间,这对诊断故障十分有用。
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