盾构电气控制原理培训盾构机修必备

PLC的分类
按结构形式分 ： （1）一体化紧凑型PLC ：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成 在一个机壳内。如西门子S7-200系列。 （2）标准模块式结构化PLC ：各种模块相互独立，并安装在固定的机 架（导轨）上，构成一个完整的PLC应用系统。如西门子S7-300、S7400系列。
按I/0点数容量分： （1）小型机：I/O点数一般在256点以下 （2）中型机：I/O点数在256-2048之间 （3）大型机：I/O点数在2048点以上 以上划分没有一个十分严格的界限，随着PLC技术的飞速发展，某
➢ 目前机械设备的控制系统主要包括以下：
工业计算机控制系统 可编程控制器（PLC）控制系统
1、工业计算机控制系统 工业计算机—IPC是采用PC架构并采取多种有效技术措施以适应工业 现场恶劣环境的计算机系统，因此，以工业计算机IPC为核心构建的 控制系统具有系统开发方便，可以充分利用PC机的强大软件资源的 优点，具有强大的数据运算和处理能力，功能强大、性能优异。可以 比较容易的开发较复杂的控制程序，具有强大的数据处理与图形显示 功能，所以比较适用于控制算法比较复杂的过程控制系统。
➢盾构机配电保护形式 （1）盾构机变压器低压侧出线总开关应设长延时脱扣保护（15S） 短延时脱扣保护（0.2~0.5S）、欠压保护和接地保护。 （2）盾构机中用电设备的配电线路应设短路保护、过负载保护和漏 电保护。 （3）对于操作人员直接接触的用电设备，所选断路器应具有0.03A 的剩余电流动作保护功能, 确保在故障情况下可靠切断电源，保护人 身安全。 （4）盾构机中用电设备配电线路采用的上下级保护电器，其动作应 具有选择性；各级之间应能协调配合。但对于非重要负荷的保护电器， 可采用无选择性切断。
2、PLC
中文名称为可编程控制器；
英文名称为Programmable Logic Controller，简称PLC。
1987年，国际电工委员会（IEC）定义：
“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设 计。它采用可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定 时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制 各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都应按易于与工 业系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计”。
➢ 比例电磁阀
通过放大板驱动比例电磁阀 实现压力或流量的控制
放大板输入与输出的线性关系
电磁阀电流与控制量的线性关系
PLC输出∝ 放大板输出∝比例电磁阀控制量
盾构机控制系统
盾构技术先进、结构复杂，是大型的施工机械设备，电气控制系统是整个 设备的控制核心，其作用非常关键，其电气控制系统也随着技术水平的不 断进步而不断改进，当前盾构电气控制系统均采用最先进、可靠的技术与 设备以保证性能的充分发挥。
些小型PLC也具有大型或中型PLC的功能。
概括而言，PLC是按集中输入、集中输出，周期性循环扫描的方式工作的，工 作全过程可用下图表示。
电源O N 内部处理
上电 处理
输入处理（输入传送、远程I / O ）
通信服务（外设、C P U 、总线服务）
更新时钟、特殊寄存器
执行自诊断
Y
PLC正常？
扫描 过程
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。
TN-C接地系统的工作零线N与接地线PE线在供配电系统中公用， 供配电系统为三相四线制，第四根线既接设备的工作零线又接设 备正常工作时不带电的金属外壳。TN-C接地系统的安全性在TN系 统较差，但系统的投资较低。以下为TN-C系统的接线形式：
TN—C-S接地系统的工作零线N与接地线PE线在供配电系统中有时公用， 有时不公用。采用TN-C-S系统时，当保护线与中性线从某点(一般为进 户处)分开后就不能再合并，且中性线绝缘水平应与相线相同。一般在 供配电系统的前段公用，在供配电系统的后段不公用。供配电系统为三 相五线制和三相四线制混合供电。在供配电系统的前段为三相四线制， 第四根线既接设备的工作零线又接设备正常工作时不带电的金属外壳。 在供配电系统的后段为三相五线制，工作零线N接设备的工作零线，接 地线PE线接设备正常工作时不带电的金属外壳。
（2）计算机系统的接地 盾构机由于有计算机系统的数字地和模拟地，这些接地可以和供电系统 的接地公用接地极。但是接地排要分别设置。且接地电阻不能大于1欧 姆。有条件时还可考虑计算机控制系统的防电磁干扰屏蔽接地。 （3）静电接地
盾构机液压系统的油路管道及气压管道均要做防静电接地。以防管 道静电放电产生故障。应用-40*4扁钢或10号 （4）等电位接地：
STOP
CPU运行方式？
执行程序 输出处理
扫描 过程
存放自诊断错误结果
N
致命错误？
C P U 强制为S T O P
出错 处理
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➢ S7-400的基本结构和特点
基本结构：
S7-400是具有中高档性能的的PLC，采用模块化无风扇设计，适用 于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统。S7-400由机架（RACK) 、电源模块（PS）、中央处理单元（CPU）、数字量输入/输出模块（ DI/DO)、模拟量输入输出模块（AI/AO)、通信处理器（CP）、功能模 块（FM)和接口模块（IM）组成。DI/DO模块和AI/AO模块统称为信号 模块（SM)。
s1和s4导通，负载 RL的电流从左向右 ； s2和s3导通， 负载RL的电流从右 向左.
变频控制的优点：调速性能好。 电动机过载能力不变；调速范围较宽；系统的稳定性不变；还可解 决电动机的启动问题（增加了电动机的启动转矩）。
➢ 开关量电磁阀
开关量电磁阀采用继电器、接触器或安 全继电器触点串接到电磁阀电源回路完 成对电磁阀的控制。
2.盾构机400/230V低压配电系统
➢接地形式 由于盾构机的工作环境复杂，为了保障盾构机在工作时设备及人员的安 全，盾构机的接地系统应做到万无一失。盾构机的接地系统包括供电系 统接地、计算机系统的接地、静电接地及等电位接地等。
(1)供电系统接地 供电接地系统分为TN、TT和IT接地系统，TN接地系统是变压器的零线和PE共用接 地极，TT接地系统是电力系统有一点直接接地，受电设备的外露可导电部分通过保 护线接至与电力系统接地点无直接关联的接地极。IT接地系统是变压器中心点不接 地系统。 TN接地系统：变压器的工作零线N与接地线PE线共用接地极，接地装置在变压器侧。 TN系统又可分为TN-S、TN-C及TN-C-S系统。 TN-S接地系统的工作零线N与接地线PE线在供配电系统中不公用。供配电系统为三 相五线制，工作零线N接设备的工作零线，接地线PE线接设备正常工作时不带电的 金属外壳，TN-S接地系统的安全性在TN系统最好，但系统的投资较高。以下为 TN-S系统的接线形式：
由于盾构机的工作环境潮湿，用电设备繁多，一旦发生漏电会对设 备及人身产生危害。因此，盾构机需做等电位接地。应用-40*4扁钢作 等电位联结。
➢ 盾构机的低压配电系统的形式 (1) 低压配电电压应采用230/400V。带电导体系统的型式宜采用单相二线
制、两相三线制、三相三线制和三相四线制。 (2)在正常的用电环境中，当大部分用电设备为中小容量，且用电设备无特
AC220V
现场用户输入设备 现场信号
• 按钮、开关 传感器
外部设备 编程设备 计算机 打印机等
PLC硬件系统组成
PLC基本单元
电源变换器
输
微处理器（CPU）
输
入
出
部
运算器
控制器
部
件
件
通
讯
系
用
I/O
及
统
户
扩
编
存
存
展
程
储
储
接
接
器
器
口
口
现场用户输出设备 执行器 中间继电器 电磁阀
扩展设备 扩展单元 通讯模块 功能模块
（3）软启动
一拖一软启动
一拖多软启动
➢ 盾构机中电动机的调速 对于在正常时需调速的电动机，盾构机中大量采用变频调速控制来解决电动
机的调速问题。交流电动机的速度通过对电源的频率来控制。而电源的 频率依被控的物理量（如温度、流量、压力等）而变化。需要恒物理量 控制时可组成闭环控制系统，通过计算机内的PID控制器来控制。 变频电路一般采用交----直----交。 交----直变换通过整流电路来实现；直----交变换通过逆变电路来实现。 逆变电路是指把直流电变成交流电供向负载.
液驱盾构机电气系统介绍
目录
➢ 盾构机供配电和电控系统 ➢ 电气控制系统 ➢ 刀盘电气原理 ➢ 管片拼装机电气原理 ➢ 推进系统电气原理 ➢ 螺旋机电气原理 ➢ 皮带机电气原理 ➢ 泡沫系统电气原理 ➢ 膨润土系统电气原理 ➢ 如何读懂电气原理图 ➢ 弱电检修的基本要点
盾构机供配电和电控系统
➢ 盾构机的高压供电系统 ➢ 盾构机400/230V低压配电系统 ➢ 电动机和电磁阀等执行机构的控制
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
闭合。
（2）自藕变压器降压启动
电动机启动时在定子侧增设一台三 相自藕变压器，电动机的定子接在 三相自藕变压器的二次侧，三相自 藕变压器的一次侧接电网，由于降 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。自藕变压器降压启动时，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/(K*K) 。
1.盾构机的高压供电系统
盾构机属于三级用电负荷，采用一路10kV高压供电电源供； 盾构机高压供配电系统主要由进线端子箱、高压开关柜、变压
器构成。 端子箱：盾构机10kV高压供电的接口； 高压开关柜：对变压器进行短路和温升保护； 变压器：实现10kV到400V的变换。
高压开关柜
各部件的作用 负荷开关：实现回路的分断 接地刀：对线路进行放电，防止误送电给维修人员带来危险； 避雷器：防止雷击等过电压对电气设备的损害。 熔断器：提高短路分断能力
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。
随着盾构技术的不断革新发展，对盾构机的性能和要求越来越高，这就迫 使盾构机本身的自动化程度越来越高，先进的电气技术得到了广泛应用； PLC是盾构机的控制核心，其性能越高，逻辑控制也就越完备，故障响应 就越快，智能化程度就越高。高性能的传感器，如微脉冲位移传感器用来 检查油缸行程，红外线传感器用来检测油脂油位，高防护等级和抗干扰能 力强的接近开关用来测速等。智能电流分配器用来精确分配电流。高端比 例阀电流放大器，精确控制比例阀。大量先进的断路器、接触器、继电器 、电源、智能仪表的应用，保证了系统的稳定性。精确的过程控制和PID 运算，尽可能地节省了刀具、泡沫原液、油脂等易耗品。刀盘的驱动使用 变频控制，提高了机器的效率。
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。