TBM盾构电气控制系统

主操作室（主站）
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盾构机PLC控制系统组成（续）
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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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TBM-PLC控制系统配置图
PLC系统配置示意图
PC
在线状态监视显示屏--- WDAS（数据采集系统）
• WDAS系统主要用于TBM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。
• I/O 总线(Interbus) - 最多 128 I/O 模块，距离 42,000 英尺. • Modbus Plus 方式 -最多 64 I/O模块，距离 6000 英尺 • 以太网 -最多 64 I/O模块，距离与介质有关.
RS-232 Port Modbus
I/O Bus ( Interbus) Communication to Distributed I/O Modules
继电器 数字输出模块
光耦合器 数字输出模块 继电器, 可配置 数字输出模块 光耦合器, 可配置 模拟输出模块 数字输入模块
以太网/ 内联网/ 因特网
显示单元 例如带浏览器的笔记
本
BDA / BDA Plus
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COM15
BSS ETU 测量
SENTRON WL
TELEPERM M, SIMATIC S5, SIMATIC S7
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PLC的结构
编程器
打印机
外 部
计算机 盒式磁带机
设 备 接
条码扫描仪
口
按钮 触点
输 入
…
模 块
行程开关
输入设备
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存储器 用户
系统程序 程序 数据
CPU 电源
I/O
I/O
扩
扩
展
展
接
单
口
元
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
直接起动控制电路采用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。
PD1
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
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
TCP开放 : 基于 TCP/IP 的自由协议
-基于 Ethernet TCP/IP 的Modbus 协议
Ethernet 伙伴 Fipio 伙伴 Modbus 伙伴
OPΒιβλιοθήκη Baidu 兼容
Java Applets 库函数
HTML Web server
SCP开放 : 第三厂家的串行协议
AS-i 总线
电话线 - Modem
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盾构机供配电系统组成
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
ET200 L 中压断路器 3AH
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西门子标准通讯总线
PROFIBUS-DP
COROS SICAM LCC
Master Drive
Micro Master
AS-I ET200 U
M 3~
SIMOCODE-DP
M 3~
DP / AS-I Link
AS-I
AS-I
M 3~
断路器
施耐德Premium 系列 PLC
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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，维尔特用的全是施耐德。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编程软件是PL7和UNITY
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第三厂家总线 - Interbus-S - Profibus-DP - CANopen
第三厂家的总线型 I/O
DeviceNet/ControlNet
Profibus
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Interbus
Operator Station
施耐德Momentum系列分布式PLC
带分布式 I/O的控制器
西门子S7-300系列PLC
主操作室（主站）
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盾体（分站） 配电柜（分站）
西门子S7-400系列PLC
SPS 例如SIMATIC S7 数据收集和处理
PC 带有Switch ES Power 用于通过PROFIBUS DP对 SENTRON断路 器进行参数化、操作和监视的软件
ZSI模块 数字输出模块
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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内部控制电路
输出部分
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
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在线状态监视显示屏--- WDAS（数据采集系统）
2020/11/13
PLC专用笔记本编程器在线实时查询和故障诊断
2020/11/13
PLC专用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，就需要借助于专 用笔记本编程器FTX417-20才能快速查找和确定故障。使用FTX417-20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。
• 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
盾构电气控制系统
2020/11/13
盾构电气控制系统
讲课内容 1、盾构电气控制系统的组成 2、 PLC控制系统在盾构机上的应用 3、常用安全保护电路在盾构机上的应用 4、常用传感器在盾构机上的应用 5、盾构机电气系统维修保养 6、盾构机常见电气故障的处理
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盾构电气系统构成
➢高压供电 ➢低压配电 ➢盾构PLC自动控制系统 ➢计算机数据采集系统 ➢机械、液压和辅助系统控制
• 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。
Computer Momentum Processor mounted on I/O Module
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Momentum I/O Modules located near field devices
施耐德PLC通讯总线 MODBUS PLUS 和FIPIO
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盾构PLC控制系统组成（西门子）
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。
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盾构机控制系统示意图
显示器
远程计 算机
打印 机
触摸屏
工业计 算机
激光导 向系统
PLC
DI DO AI AO
接口
现场操 作板
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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
主机控制系统的组成：
– 主机控制系统采用PLC可偏程控系统 – 盾构机是一个机、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。
• 参数屏：显示TBM当前主机的各种运行参数 • 全视屏：显示TBM主机各系统的当前的运行状态 • 液压系统屏：显示TBM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TBM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TBM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。
400V/24VDC 1.44KVA
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
18A
18A
I>
I>
I>
I>
I>
I>
I>
I>
I>
I>
I>
I>
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>
状 态
写
寄 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。
2020/11/13
常用PLC型号
目前常用的PLC有西门子和施耐德。 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
刀盘驱动315kw 刀盘驱动315kw
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主机控制系统的组成：
主机控制系统 ➢ 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 ➢ 墙面式工控机为Siemens PC670人机界面，采用彩色液晶触摸屏，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WINCC（WINDOWS NT版）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。