盾构电气控制系统
盾构机的组成
盾构机得组成及各组成部分在施工中得作用盾构机得最大直径为6、３4m,总长６５m,其中盾体长８、5m,后配套设备长5６.５m,总重量约406t,总配置功率１ 577ｋＷ,最大掘进扭矩5 30０ｋＮ m,最大推进力为3６40０kN,最陕掘进速度可达8cm/ｍｉn。
盾构机主要由9大部分组成,她们分别就是盾休、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统与辅助设备。
2。
1盾体盾体主要包括前盾、中盾与尾盾三部分,这三部分都就是管状简体,其外径就是6.25m。
前盾与与之焊在一起得承压隔板用来支撑刀盘驱动,同时使泥土仓与后面得工作空间相隔离,推力油缸得压力可通过承压隔板作用到开挖面上,以起到支撑与稳定开挖面得作用。
承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器,可以用来探测泥土仓中不同高度得土压力、前盾得后边就是中盾,中盾与前盾通过法兰以螺栓连接,中盾内侧得周边位置装有30个推进油缸,推进油缸杆上安有塑料撑靴,撑靴顶推在后面已安装好得管片上,通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前得掘进力,这３0个千斤顶按上下左右被分成Ａ、B、c、D四组,掘进过程中,在操作室中可单独控制每一组油缸得压力,这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行,从而可以使掘进中盾构机得轴线尽量拟合隧道设计轴线、中盾得后边就是尾盾,尾盾通过１4个被动跟随得铰接油缸与中盾相连。
这种铰接连接可以使盾构机易于转向。
2。
2刀盘刀盘就是一个带有多个进料槽得切削盘体,位于盾构机得最前部,用于切削土体,刀盘得开口率约为２８％,刀盘直径６。
28m,也就是盾构机上直径最大得部分,一个带四根支撑条幅得法兰板用来连接刀盘与刀盘驱动部分,刀盘上可根据被切削土质得软硬而选择安装硬岩刀具或软土刀具,刀盘得外侧还装有一把超挖刀,盾构机在转向掘进时,可操作超挖刀油缸使超挖刀沿刀盘得径向方向向外伸出,从而扩大开挖直径,这样易于实现盾构机得转向。
超挖刀油缸杆得行程为５0mm。
盾构机各系统原理介绍(培训教材)
培训教材盾构机系统原理介绍（C型盾构）宏润建设集团股份有限公司二OO七年八月目录1.概要 (2)2.盾构壳体结构 (2)3.刀盘驱动系统 (3)4.刀盘装置 (5)5.盾构推进系统 (7)6.人行闸 (9)7.管片拼装机 ............................................................... - 10 -8.螺旋输送机 ................................................................ - 11 -9.盾尾密封装置............................................................ - 12 -10.液压系统................................................................. - 13 -11.集中润滑系统.......................................................... - 14 -12.稀油润滑系统.......................................................... - 15 -13.盾尾油脂压注系统................................................... - 15 -14.注浆系统................................................................. - 16 -15.加泥加水系统.......................................................... - 17 -16.冷却系统 (17)17.车架系统 (18)18.皮带输送机 (19)19.双梁系统 (19)20.单梁系统 (20)21.电气系统 (20)1.概要本教材主要内容为盾构机各系统设备的主要功能介绍。
盾构电气控制系统课件
地铁ห้องสมุดไป่ตู้构隧道施工
地铁盾构隧道施工是盾构电气控制系统应用的重要领域之一 。通过盾构电气控制系统，可以实现盾构机的自动化控制， 提高施工效率，减少人工操作失误，保证隧道施工的安全和 质量。
在地铁盾构隧道施工中，盾构电气控制系统主要负责控制盾 构机的推进、切削、拼装等动作，同时监测施工环境和设备 状态，保证盾构机在最佳状态下运行。
城市管廊盾构施工
城市管廊盾构施工是盾构电气控制系统在城市基础设施建设中的又一应用。管廊 是城市地下管道的综合走廊，包括电力、通信、燃气、供热等管道。
在管廊盾构施工中，盾构电气控制系统主要负责控制盾构机的切削、拼装等动作 ，保证管廊的施工质量。此外，该系统还可以实时监测管廊内部的环境参数，保 证管道的正常运行和安全性。
盾构电气控制系统课件
contents
目录
• 盾构电气控制系统概述 • 盾构电气控制系统的硬件组成 • 盾构电气控制系统的软件功能 • 盾构电气控制系统的应用案例 • 盾构电气控制系统的未来发展
01
盾构电气控制系统概述
盾构电气控制系统的定义与组成
电源系统
为盾构电气控制系统提供电力，包括发电机 、变压器、配电柜等。
05
盾构电气控制系统的未来发展
智能化与自动化
智能化控制
通过引入人工智能和机器学习技术，实现对盾构电气系统的智能控制，提高系统的自适应性、稳定性和可靠性。
自动化操作
利用自动化技术，实现盾构电气系统的自动化操作，减少人工干预，提高工作效率和安全性。
远程监控与云平台技术
远程监控
通过建立远程监控系统，实现对盾构电气系统的实时监测和远程控制，提高系统的可维护性和可管理 性。
浅谈盾构电气组成系统及常见故障的解决
浅谈盾构电气组成系统及常见故障的解决摘要：盾构电气系统是盾构机的核心组成部分,在盾构施工中有着重要的作用，电气系统一旦出现故障，就会影响施工的质量与进度，因此必须及时解决。
本文介绍了盾构电气组成系统，并探讨了盾构电气组成系统常见故障的解决措施和预防措施。
关键词：盾构；电气组成系统；常见故障；解决一、盾构电气组成系统盾构机以电力为动力源，通过PLC、控制按钮、计算机、变频器、气动、液压来实现隧道掘进中各个环节的自动化。
盾构施工中包括推进，注浆，导向，泥水循环，箱涵和管片的运送，管片拼装等环节，这些过程都是通过传感器检测与监控，用PLC，计算机与一些主控按钮来实现人机对话的，这也体现了盾构施工的高自动化。
（一）高压供电高压电柜一般由电源进线柜、计量柜、避雷柜和出线柜组成。
电源从所在地的10kV配电柜引来，高压电柜放置于地面上，通过高压电缆与盾构机上面的开闭站相连，开闭站又通过机器上的变压器降压后供机器使用。
（二）低压配电低压系统一般由主频器驱动系统、泵站驱动系统、主控制室系统、盾体左系统、盾体右系统、内循环水及皮带机系统和前系统组成。
（三）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。
（四）主要动力设备盾构机上面的主要动力设备有盾构推进油缸、刀盘、拼装机、螺旋机、皮带机、砂浆搅拌机、超挖刀、盾尾密封、润滑设备、冷却设备、管片吊装设备等。
（六）电气控制器件盾构机上面的电气控制器件主要有隔离开关、断路器、接触器、PLC主控模块、PLC输入输出模块比例放大模块、模拟输出模块等。
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。
盾构机电气组成系统与常见故障处理分析
盾构机电气组成系统与常见故障处理分析邹焕兴(中交三航局第三工程有限公司 江苏南京 210000)摘要：盾构机是隧道掘进常用设备，具有开挖切削土体、拼装隧道衬砌、输送土渣、测量导向纠偏等多项功能，而电气系统是支撑盾构机各项功能实现的重要组成部分，由于日常使用时间长、工作环境恶劣，电气系统也成为故障发生频率较高的组成部分。
为实现盾构机的安全、稳定运行，降低电气系统故障发生率，该文对盾构机及其电气系统的组成进行概述，并分析常见故障与处理措施，最后探究电气系统的维护与检修方案，以便科学处理故障，维护盾构机运行状态稳定，并提高电气系统故障预防能力，减少影响盾构机稳定运行的因素，保障掘进安全、顺利进行，规避停机维修。
关键词：盾构机 电气系统 常见故障 处理措施 维护检修中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)16-0090-04 Analysis of the Electrical Composition System and Common FaultHandling of Shield MachinesZOU Huanxing(No.3 Engineering Co., Ltd. of CCCC Third Harbor Engineering Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu Province,210000 China)Abstract:The shield machine is a common equipment for tunnel excavation, which has many functions such as excavating and cutting soil, assembling tunnel lining, transporting soil slag and measuring and guiding deviation correction, and the electrical system is an important part of supporting the realization of various functions of the shield machine. Due to the long daily use time and poor working environment, the electrical system has also be‐come a component with high frequency of failures. In order to realize the safe and stable operation of the shield machine and reduce the occurrence rate of electrical system faults, this paper summarizes the composition of the shield machine and its electrical system, analyzes common faults and treatment measures, and finally explores the maintenance and repair plan of the electrical system, so as to handle faults scientifically, maintain the stable operation of the shield machine, improve the fault prevention ability of the electrical system, reduce the factors that affect the stable operation of the shield machine, ensure the safety and smooth progress of excavating, and avoid shutdown maintenance.Key Words: Shield machine; Electrical system; Common faults; Treatment measure; Maintenance and repair现代盾构机具有智能化、大型化、自动化的特点，是一种电气一体化隧道挖掘施工机械，其功能复杂、控制环节多，工序之间联系密切、关系复杂，保障电气系统稳定才能提高控制效率、减少故障，降低对掘进作业进度与安全的影响。
盾构机的供配电和电控系统方案
防护等级
根据盾构机工作环境，选 择适当的配电柜防护等级 ，以防止灰尘、水汽等外 部因素对配电柜的影响。
断路器、接触器等元件配置
断路器选择
01
根据盾构机各回路的电力需求，选择适当的断路器，确保在发
生过载或短路时能够及时切断电源。
接触器配置
02
根据盾构机控制需求，合理配置接触器，实现对电机的启停、
正反转等控制功能。
选用高性能电气元 件
采用质量可靠、技术成熟的电气 元件，提高盾构机供配电和电控 系统的整体性能。
02
合理设计电路布局
03
采用先进控制策略
优化电路布局，减少电路中的干 扰和故障点，提高系统的稳定性 和可靠性。
引入先进的控制策略，如模糊控 制、神经网络控制等，提高盾构 机对复杂地质条件的适应性。
加强设备巡检，及时发现隐患
常见问题
电气设备故障、控制系统失灵、保护 装置误动作、参数设置不当等。
解决方法
检查设备及元件状态、排查线路故障 、调整参数设置、优化控制逻辑、更 新软件版本等。
运行维护保养计划制定和执行
制定计划
根据设备运行情况、使用环境、维护周期等因素，制定维护保养计划。
执行措施
按照计划进行定期检查、紧固、清洁、润滑等保养工作，并记录相关数据。
破坏。
定期检查与维护
定期对盾构机供电系统进行检 查和维护，确保系统的正常运
行和安全使用。
01
盾构机配电方案设 计
配电柜选型及布局规划
配电柜类型选择
根据盾构机电力需求，选 择适合的配电柜类型，如 低压配电柜、中压配电柜 等。
布局规划
根据盾构机工作环境和电 力需求，合理规划配电柜 的布局，确保电力供应的 稳定性和安全性。
盾构机电气控制系统
盾构机电气控制系统1、盾构机配电系统由高压配电系统和低压配电系统组成2、油浸式变压器有液位、温度及密封的检测装置，当达到临界值时会发出报警信号，一旦达到极限值可切断高压开关，保护变压器。
3、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4、中铁装备盾构机低压系统系统的组成。
主要由主配电柜（TC3）、主控室(TC1)、拖车2配电柜（TC2）、盾体左侧配电柜（DTL）、盾体右侧配电柜（DTR）等组成。
实现对盾构机各个系统的供电5、PLC是一种工业控制装置；是在电器控制技术和计算机技术的基础上开发出来的，并逐渐发展成为以微处理器为核心，将自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业控制装置。
6、下列可编程控制器的特点错误的是（ 2 ）（1）无触点免配线，可靠性高，抗干扰能力强（2）通用性不强，控制程序不可变，使用不方便（3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强（4）编程简单，容易掌握（5）系统的设计、安装、调试工作量少（6）维修工作量小，维护方便（7）体积小，能耗低.7、中铁装备盾构机通讯系统说法不正确的是（3）（1）含人舱的三部防爆电话、三部声能电话及主控室一部普通电话，合计七部电话；必要时，可在适当位置增设电话。
（2）人舱三部防爆电话和主控室电话采用分机拨号方式；可以通过隧道光纤与隧道外项目部电话等实现通话功能。
（3）人舱三部声能电话在停电的情况下不，也能实现通话的功能。
8、中铁装备盾构机照明系统不正确的是（ 3 ）（1）由于隧道环境相对比较恶劣，粉尘多、湿度高，在淤泥质地层有可燃气体的可能；基于以上原因，照明灯采用三防灯具（防尘、防水、防爆）。
（2）考虑到隧道延伸需要更换高压电缆或紧急停电，部分灯具含有应急照明，当断电时，自动切换到应急照明功能（3）照明系统采用380V的电压9、高压电缆的防护（电缆沟、穿管、穿墙、弯曲、悬挂、标识）10、高压电缆的防护是安全用电的关键一环，下列说法错误（2）（1）在穿越的路面必须有电缆沟或穿管，（2）允许有露天地面敷设，（3）穿墙、弯曲、悬挂电缆都不允许有扭曲，强弯等应力集中。
盾构机的供配电及电控系统
• ①长期工作制（连续运行工作制）。例如隧道通风机、
水泵、空气压缩机、液压油泵及螺旋输送机的驱动电机
等负荷比较稳定的用电设备，它们在工作中运行时间较 长，温度比较稳定。
• ②短时工作制（短时运行工作制）。是指运行时间短而停
歇时间长，设备在工作时间内的发热量不足以达到稳定温 升，而在间歇时间内能够冷却到环境温度。电动机在停车 时间内，温度能降回到环境温度。如盾构机的后配套车的 行走电机
的重要的公共场所秩序混乱 。
三级用电负荷：不属于一二级负荷的即为三级负 荷。
盾构机属于三级用电负荷，由于我国大中城市城
域电网供电可靠性已达99.97%以上。故采用一路 10kV高压供电源供电。
•
•
但为了保障施工人员及设备的安全，建议地下照明可按二
级负荷考虑；另 外在一些特殊地区（水位较浅），隧道内设 有排水泵的环境中，排水泵亦可按一级负荷考虑。对于这些
•
当部分用电设备距供电点较远，而彼此相距很近、
容量很小的次要用电设备，可采用链式配电方式，但每一 回路环链设备不宜超过5台，其总容量不宜超过10kW。
•
采用何种配电方式要根据用电设备的情况具体而定。 一般盾构机中大容量的油泵电机、空气压缩机电机、刀盘 驱动电机、螺旋输送机的驱动电机及注浆泵电机都等采用
各种负荷做如下处理：
•
对不同工作制用电设备的额定功率PN用电设备组的总 容量并不一定是这些设备的额定容量直接相加，而是必须 先把它们换算为同工作制下的额定容量（一般折算为长期
工作制），才进行相加。
• （3）负荷计算方法 • 常采用需要系数法进行负荷计算 .对于同类型的
用电设备组，其负荷曲线具有大致相似的形状 .由于 该组电动机实际上不一定都同时运行，而且运行的电 动机也不可能都满负荷，同时设备本身及配电线路也
浅析盾构机电气系统及调试常见故障与解决方法 张敏
浅析盾构机电气系统及调试常见故障与解决方法张敏摘要：盾构机是一种隧道掘进的专用大型工程机械，集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，其应用广泛，主要系统由电气部分组成。
系统内部错综复杂，其中任何一个小系统组成部分故障都影响整体掘进工程正常运行，因此调试常见故障十分重要。
本文主要了解盾构机电气系统的组成，分析盾构机电气系统调试过程及调试常见故障的措施，制定科学的解决方法。
关键词：盾构机；电气系统；调试常见故障；解决方法引言盾构机电气系统的调试关乎到盾构机操作人员和其他施工人员的人身安全，因此在对电气系统调试时需要调试人员从简单地方查起，认真分析，并及时制定方案进行处理。
以保证对于机电气系统常见故障在实际调试时能够快速处理，正常运转。
1盾构机电气系统组成盾构机电气系统是盾构机的灵魂，主要以电力作为动力源，通过各个子系统相互制约、相互合作来实现自动化隧道掘进过程。
主要的组成部分包括：高压供电系统、PLC自动控制系统、计算机采集系统、通讯控制系统、各泵的驱动系统、开关限位保护系统等。
其中高压供电系统是为保证盾构机能够连续工作，一般工作均采用高压10kv供电，有从配电柜引来，通过高压电缆与盾构机的开闭站相连再通过机器上的变压器将压后供机器使用,为了保证盾构机能够连续掘进，通常采用100M高压软电缆和高压卷筒实现连续不断的供电；PLC自动控制系统是以计算机技术为基础的一种数字运算操作装置，是最主要的控制系统，用于控制盾构机械的掘进、拼装。
不仅包括电脑、PLC模块操作系统、PPS导航系统，还包括机架、接口模块、信号模块、通信模块等；通讯控制系统就是PLC系统中的一部分，同时也是信息传递重要枢纽，信息通过太网模块与计算机、平板等连接直观显示信息内容，通过各个模块合作实现对盾构机的控制。
2盾构电气系统及调试常见故障的解决盾构及电气系统的控制是通过自动化的控制方法运用的，其中传感器和开关电磁阀非常多，利用线路连接错综复杂。
中铁装备盾构电气培训
2.3、低压配电柜
液压泵站驱动系统布置在拖车3右侧，紧靠液压泵站系统，为液压系统提供动力及控制（螺旋输送 机、推进、管片安装、过滤循环、控制、辅助、注浆） ，同时为左侧的流体系统提供动力及控制（膨 润土、泡沫、内循环水等。
2.4、皮带机及其他辅助功能控制系统
为布置在TC5及TC6的系统提供动力及控制，包括皮带机系统、排污系统及水管卷筒等 系统。
1.3 高压开关柜：
高压开关柜将10KV高压供给给变压器，同时变压器的保护触点与高压开关相连。当变压器故障（高 温、密封失效）时，高压开关将断开，保护变压器。
1.4 变压器：
盾构机常用的变压器有波纹密封油浸式（油变）和干式变压器（箱变）两种。油浸式变压器具有体 积小、价格低、过载能力强、单台容量大等优点，但其维护不便，噪音大；而干式变压器维护方便，运 行噪音小，但体积大、价格贵，由于安装空间限制单台容量有限。因此目前一般常见的是液驱盾构机采 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，而电驱盾构采用箱式变电站。
低压系统主要由以下系统组成： 2.1 QD、DTL及DTR配电系统主要负责主驱动系统、齿轮油系统、HBW系统及推进油
缸、盾尾密封等系统的控制。 2.2 TC1配电系统主要负责PLC系统、注浆系统、泡沫发生器系统、螺机系统、管片
小车及管片安装机系统的控制和检测。 2.3 TC2（电驱）TC3（液驱）配电系统主要负责液压泵站系统、膨润土、泡沫系统
面板按钮启动 PLC输入模块检测位
PLC PLC逻辑运算结果允许启动
PLC输出模块控制位 中间继电器动作 电机主接触器动作
3.4.2 星三角启动
星－三角启动（管片安装机泵）控制过程
浅谈盾构机控制系统不同品牌PLC间基于以太网的Socket套接字通讯
浅谈盾构机控制系统不同品牌PLC间基于以太网的Socket套接字通讯发布时间：2023-02-15T05:05:27.364Z 来源：《科技新时代》2022年9月18期作者：唐虎[导读] 国内地铁盾构施工技术已经是世界一流水平，而作为盾构施工的设备主体——盾构机，唐虎中铁上海工程局集团有限公司，上海，201400摘要：国内地铁盾构施工技术已经是世界一流水平，而作为盾构施工的设备主体——盾构机，国产盾构制造商业已经是走在世界前列。
目前国内主要盾构制造商所使用的控制系统主要分为西门子S7-300、S7-400，S7-1500，罗克韦尔AB-Controllogix，三菱Q系列等主流产品。
各系列产品有自己各自的通讯协议，而当结合施工实际需要进行生产制造和设备改造时，控制系统的扩展就用到了通讯协议的转换。
常规做法增加协议转换模块等方法会使成本大幅增加，而且增加了硬件故障点。
目前各大厂商基本都支持使用工业以太网协议。
使用Socket套接字进行TCP/UDP通讯时，节省协议转换成本，运行高效。
关键词：套接字西门子S7-300 罗克韦尔AB-Controllogix1、盾构机控制系统简介盾构机控制系统的核心是PLC，PLC控制着刀盘驱动、推进系统、拼装系统、渣土改良系统、注浆系统、冷却系统、电力系统、液压系统、安全系统等，同时与盾构导向系统也进行着数据交换（第三方OPC）。
盾构制造商在生产制造盾构机时，有时会将注浆系统、渣土改良系统和膨润土系统作为辅助系统做为子系统（或称之为辅助系统）。
子系统选用一整套独立、完整的控制系统，与主系统进行数据交换。
本文研究子系统S7-300与主系统Controllogix之间的套接字通讯。
2、通讯前系统准备盾构机所使用的通讯大致分为现场总线通讯，车间级通讯以及信息层通讯。
首先确保盾构机主操作系统和膨润土系统的网线连接，IP 地址设置为同一网段。
（1）盾构机的核心控制器PLC的CPU在操作室控制柜，型号为AB 1756-L62,通讯模块选用的是支持Socket套接字通讯的1756-EWEB模块，主系统版本V19.01,通讯模块版本V4.1。
盾构机主要部件功能描述15
盾构机主要部件功能描述1.1.1.1总述盾构是一种集多种功能于一体的综合性设备，它集合了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能。
不同形式的盾构其主机结构特点及配套设施也是不同的，对盾构来说，盾构施工的过程也就是这些功能合理运用的过程。
加泥式盾构即以膨润土、粘土等矿物为主添加材料，改良盾构切削下来土体的施工方法。
在结构上包括刀盘、盾体、人舱、螺旋输送机、管片安装机、管片小车、皮带机和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、激光导向系统及通风、供水、供电系统等。
下面根据这些部件或系统在盾构施工中的不同功能特点来分别进行说明。
1.1.1.2盾构本体1、刀盘和刀具刀盘是安装在盾构机前面的旋转部分，在支撑掌子面土压的同时进行开挖。
通过在不同形式的刀盘上安装不同的刀具或刀具组合，可以适应不同的地质情况下的施工需要。
如图2.1.5-1所示：图2.1.5-1 刀盘和刀具刀盘包括焊接结构件和刀架。
刀盘表面焊接有耐磨层，圆周区域焊接有三道耐磨条。
通过刀盘旋转，挖出的碴土从刀盘的8个开口导入土仓。
刀盘的后部开口向内倾斜，有利于导入碴土。
焊接的搅拌臂可以使碴土改良添加剂和挖出的碴土在刀盘后面进行充分的搅拌。
刀盘安装在主轴承的内齿圈上，通过8个液压马达驱动。
刀盘设计为双向旋转，其转速可无级调节。
通过刀盘的旋转接头，土质改良用的泡沫、膨润土或水被送到土仓内。
旋转接头通过刀盘中心的法兰和刀盘连接。
为了适应不同地质的开挖要求，在刀盘上可以将滚刀替换为先行刀，其余为切刀、刮刀和中心齿刀。
为了安全和易于操作，刀具可在刀盘后面进行更换。
2、盾壳盾壳包括三个主要组件：前体（切口环）、中体（支撑环）和盾尾。
（1）前体前体又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。
压力隔板将前体的土仓和主舱分离开来。
隔板上面的门可以让人进入土仓进行保养和检查工作。
盾构电气控制原理培训(盾构机修必备)
QF为断路器，起短路保护 作用；KH2为热继电器， 起过载保护作用。KM1～ ３为接触器，起控制作用 。启动时： KM1～2闭合 。运行时， KM1、KM3
3.电动机和电磁阀等执行机构的控制
➢ 电动机的控制 盾构机中采用的驱动电机大量为交流异步电机，控制分为单向和双向两
种控制模式。
➢ 电动机的启动 盾构机中采用的驱动电机大量为交流异步电机，且多数为三相鼠笼式电 动机.由于交流电机对电压非常敏感，而三相异步电动机在启动时过大 的启动电流会引起电压的急剧下降，从而影响其他设备的运行。这时 限制电动机的启动电流就是要首先考虑的问题。常用星—三角降压启 动、自藕变压器降压启动及软启动。
殊要求时，宜采用树干式配电方式。 (3) 当用电设备为大容量，或负荷性质重要，或在有特殊要求的用电环境
中，宜采用放射式配电方式。 (4)当部分用电设备距供电点较远，而彼此相距很近、容量很小的次要用电
设备，可采用链式配电方式，但每一回路环链设备不宜超过5台，其总 容量不宜超过10kW。
(5)采用何种配电方式要根据用电设备的情况具体而定。一般盾构机中大容 量的油泵电机、空气压缩机电机、刀盘驱动电机、螺旋输送机的驱动电 机及注浆泵电机都等采用放射式供电。而其他的负荷多数采用树干式配 电方式或链式配电方式。
三相鼠笼式电动机在额定电压下的启动电流Iq=（6～７）ＩＮ，电动机 的定子绕组正常情况下能够承受在额定电压下的启动电流。三相鼠笼 式电动机在启动时对电机结构本身没有损坏。三相鼠笼式电动机的启 动主要考虑启动时对电网的影响。
（1）星—三角降压启动
适用于正常运行时电动机的接法为三 角形的鼠笼式三相异步电动机。在电 动机启动时将电动机的三相定子绕组 接成星形，从而降低了电动机定子绕 组的启动电压，进而降低了电动机定 子绕组的启动电流，也就降低了对电 源或电网的冲击。星—三角降压启动 时，电动机的启动电流及启动转矩均 为电动机在额定电压下直接启动时的 1/3。
盾构主要部件组成及功能描述
地铁盾构主要部件功能描述盾构是一个具备多种功能于一体的综合性设备，它集合了隧道施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能。
盾构施工的过程也就是这些功能合理运用的过程。
盾构在结构上包括刀盘、盾体、人舱、螺旋输送机、管片安装机、管片小车、皮带机和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、自动导向系统及通风、供水、供电系统、有害气体检测装置等。
1、刀盘和刀具刀盘：根据北京地铁特殊地质条件设计。
辐条式刀盘，开口率约为50%。
6个刀梁。
刀梁及隔板上有5路碴土改良的注入孔（泡沫、膨润土、水注入管路）。
刀盘表面采用耐磨材料或堆焊耐磨材料，确保刀盘的耐磨性。
刀盘具有正反转功能，切削性能相同。
刀具：中心鱼尾刀1把，先行刀36把、主切刀82把（高64把、低18把），保径刀24把；合计：143把。
另配超挖刀2把。
2、盾体盾体钢结构承受土压、水压和工作荷载（土压3bar）。
盾体包括：前盾、中盾、盾尾。
●前盾前盾又称切口环，它里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。
隔板上面设人舱、球阀通道、四个搅拌器。
前盾上有液压闭合装置，可以关闭螺旋输送机的前闸门。
前盾的隔板上装有土压传感器。
●中盾和盾尾中盾又称支承环，前盾和中盾用螺栓联接，并加焊接联接。
中盾内布置有推进油缸、铰接油缸和管片安装机架。
中盾的盾壳园周布置有超前钻孔的预留孔。
中盾和盾尾之间通过铰接油缸连接，两者之间可以有一定的夹角，从而使盾构在掘进时可以方便的转向。
盾尾安装了三道密封钢丝刷及8个油脂注入管道、8根内置的同步注浆管道（4根正常使用4根注浆管为备用）。
3、主驱动系统主驱动机构包括主轴承、八个液压马达、八个减速器和安装在后配套拖车上的主驱动液压泵站。
刀盘通过螺栓与主轴承的内齿圈联接在一起，刀盘驱动系统通过液压马达驱动主轴承的内齿圈来带动刀盘旋转。
主轴承采用大直径三滚柱轴承，外径2820mm。
盾构机PLC控制系统的改进探讨
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圈２安全门开：关ＰＬＣ程序
见图１。
２０１２年第３期
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５ ｍｍ时，表示安全门开启未到位，
允许执行开启动作：安全门油缸行程 小于９９５ ｍｍ时（安全门油缸总行程 为１ ０００ｍｍ），表示安全门关闭未到 位，允许执行关闭动作：当安全门油
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ｌｏｗ”报警信息。施工要求在补油泵启动
后，补油压力超出设定值时，显示相应的报警信息。现有 程序设计在补油泵正常或非正常停机时，都会出现报警， 对设备故障排除没有直接指导意义。补油泵刚停止工作， 管路压力还未释放，补油压力高于２ ０００ ｋＰａ时，Ｍ４０．０ 为Ｍ４０．１，曾发生过误操作，刀盘驱动泵启动（程序中未 将补油泵启动作为刀盘驱动泵启动的前提条件）。由于补 油泵未开，管路压力瞬间降低，刀盘驱动泵立刻停止，没 有造成设备损害。 将补油压力异常置位程序改为刀盘补油压力异常置
缸行程（％ＭＷ３７５）位于５—９５５
ｒｎｍ
（经常有碎石卡住安全门。导致安全门 不能完全打开或关闭）时，如果液压泵 启动，碎石机处于未工作状态，安全门 没有相关错误报警。由于开、关信号使 用同一触点％１６．Ｏ，安全门始终执行打 开或关闭动作，存在设备和人员安全隐 患。 图３是安全门液压图。从图３中可 以看到安全门（Ｂｕｂｂｌｅ Ｇａｔｅ）与碎石 机（Ｒｏｃｋ Ｃｒｕｓｈｅｒ）共用液压泵，当碎 石机开始工作前，启动液压泵，安全门 有可能先行动作。针对上述情况，对安 全门控制系统进行改进，将单触点开关 改为有两个独立常开触点、三个档位开 关，并具有自动回至零位功能。改进后 的安全门开关电气路见图４，ＰＬＣ控制程 序的％ｆ６．０为开、％１６．１为关。通常安全 门旋钮开关处于零位，当安全门需要动 作时，转动开关，动作完成后开关自动 回到零位，安全门不再执行任何动作。 图３安全门液压图
盾构法隧道各系统的组成
软土地层掘进时，中心部位不能布置切刀，布置鱼尾刀可改善中心部位土体的切削和搅拌效果，如图 2.10。
图 2.10 鱼尾中心刀
（6）切削刀
切刀是软土刀具，布置在刀盘开口槽的两侧，其切削原理是盾构向前推进的同时，切刀随刀盘旋转对开 挖面土体产生轴向(沿隧道前进方向)剪切力和径向(刀盘旋转切线方向)切削力，在刀盘的转动下，通过刀刃和 刀头部分插入到地层内部，象犁子犁地一样切削地层。切削刀是盾构机切削开挖面土体的主刀具，切削刀一
舱内的压力。 重要性：刀盘是盾构机的关键部件之一，其结构形式、强度和整体刚度都直接影响到施工掘进的速度和 成本，并且出了故障维修处理困难。同时刀盘也是保持开挖面的水土压力与作业面压力平衡，防止地表沉降 的关键。 针对性：盾构在施工过程中会遇到各种不同地层，从淤泥、黏土、砂层到软岩及硬岩等。刀盘刀具不可 能是千篇一律的，必须根据工程地质情况进行针对性设计。 2. 刀盘的设计 不同地质地层应釆用不同的刀盘结构形式及刀具布置，刀盘及刀具的合理性直接影响设备，掘进速度和 效益，甚至关系到隧道项目的成败。 因此，刀盘的设计是盾构机设计中的最核心的部分，各个盾构机制造商都有及自己的设计理念。即使是 同一种地层，不同的盾构机制造商设计出的刀盘也不一样。 主要有面板式刀盘和辐条式刀盘，见图 2.3。
2021 年 3 月
~1~
第一篇 原理与概念篇
第 2 章 盾构法隧道各系统的组成
2.1. 盾构法隧道系统总体概述
正如第一章所述，盾构是一个具备多种功能于一体的综合性设备，它集合了隧道施工过程中的 开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能。盾构机在结构上包括刀盘、盾体、人舱、螺旋输送 机、管片安装机、管片小车、皮带机和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进 系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、自动导向系统及通风、供水、 供电系统、有害气体检测装置等。盾构施工系统组成如图 2.1 所示。
盾构机供电系统无功补偿的优化分析
盾构机供电系统无功补偿的优化分析摘要：盾构设备的使用，对供电系统无功冲击大、谐波污染严重，面对这样的问题，设想了一种静止无功补偿器SVG+固定电容器组FC的组合补偿方案，其中介绍了该装置的基本原理、控制方式和补偿容量，同时这套方案也包含了无功补偿和谐波治理.关键词：盾构设备；无功冲击；谐波污染；SVG+FC城市轨道交通系统的快速发展，使得盾构设备的用户数量日新月异，盾构机是隧道挖掘的特用工程机器，高自动化，大耗电量。
作业时需要依据施工现场的状况不断起停，此时就给母线带来了巨大的无功冲击，谐波污染也就出现了。
“并联电容是一般守旧补偿方式，补偿系统的无功功率，提高功率因数，从而使电能损耗下降、提高电压质量和设备使用率。
经常配合有载调压变压器使用。
无法具体问题具体分析。
另一点，电容器并联还存在这样的问题：由于电网中的谐波被放大，谐振的发生率升高，谐波污染的可能性也大大增大。
电容器由于基波电流叠加谐波电流，温度过高，继而毁坏的可能性也增大。
电能质量差，功率因数低是盾构设备供电系统需解决的矛盾.一、关于盾构机供电系统的补偿方案盾构机作业时是个较为复杂的情况，因此不理想的补偿效果是预料之中。
现场实况的随机，使得盾构设备的工作状态、输出功率值发生着不断网变化。
盾构机中的大小系统的作业基本是靠电机，交流电机排汇者电网是感性负载，大规模的无功功率。
他的刀盘是由数个进料槽的切削盘体组成的，处于盾构设备的最前端，刀盘系统的主要就是非线性负载，这期间通过谐波叠加在在人电网中，包含5次严重的谐波，易带来谐波污染。
谐波的危害较为严重。
产生电能、传输电能和利用电能的效劳都会因为其而下降，然后电气设备两会出现温度过高、振动、噪音和绝缘退化等情况，使用寿命缩短的情况，故障或烧毁的情况也是可能发生的。
不得不说的，谐波的妨害还有很多：并联、串联谐振出现在电力系统小部分，大大增大了释放的谐波含量，使得电容器废弃的可能性变大。
不理想的补偿效果，促使我们要探寻合适的盾构机器，这样有利于提高机器操作的靠谱性，也有利于提高经济效益。
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பைடு நூலகம்
400V/24VDC
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
盾构PLC控制系统组成（西门子）
主操作室（主站）
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
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
盾构PLC控制流程图
计算机控制及数据采集系统
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
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
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
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。
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
PLC
DI 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
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
盾构电气控制系统
• 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。
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。
PD2
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PD9
PD1
PD2
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PD3
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+MDB柜
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+DB柜
400v/220v
400VAC 50HZ 3相母线
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800A 800A
6.6KVA
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故障在线实时显示屏----Magelis 故障在线实时显示屏
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。
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
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。
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
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
在线状态监视显示屏--在线状态监视显示屏 WDAS（数据采集系统） （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。 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。 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。