中国中铁盾构电气控制系统介绍

1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成 线前系统（TC3）： 为设备系统照明、插座等 系统提供动力，该系统脱 离其他拖车系统。
1、动力供配电系统介绍
1.3、供配电原理图
2、PLC及数据采集系统
2.1、盾构采用PLC的意义
盾构是一个机、电、液、气于一体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可编程控制器系统。
1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成 变频驱动系统(TC3）布置在TC3的右侧，其功能只为 刀盘驱动系统服务。
1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成 泵站驱动系统 （TC2）布置在 TC2的右侧，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TC3及TC2 左侧的流体系统提 供动力及控制（膨 润土、盾壳膨润土、 泡沫、加水）。
2、PLC及数据采集系统
2.2、盾构PLC控制系统的组成 PLC控制
盾构PLC控制系统包括PLC及上位机。PLC系统是以Siemens S7-400为 主站ET200M为从站的可编程控制器系统；上位机为面板式工控机组成的 基于工业以太网协议的计算机局域网络。
数据采集系统
盾构上的数据采集系统与上位机共用面板式电脑，设计采用为 Siemens PC677系列面板式电脑，采用彩色液晶触摸屏，安置在盾构主控 室内。用于设置控制系统参数和显示数据，由现场操作人员（主司机） 使用，每天的掘进参数将自动打包存储于面板式电脑中，方便日后统计 使用。其余PC根据需要可以放置在机电工程师室或经理室。这些计算机 上均安装相应的监视软件，用于对隧道内的施工情况进行实时监控，同 时进行打印报表和其他管理工作。
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-主监控界面
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-泡沫系统界面
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-辅助控制界面
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-启动条件界面（1）
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-启动条件界面（2）
演算工房采用的是棱镜导向系统，相比ZED及VMT而言，精度较低 一些，同时数据不是实时数据，稍有滞后。但其价格较ZED和VMT便宜 一些。
4、导向系统介绍
4.4、ZED、VMT、演算工房的区别
比较项目 激光导向系统 棱镜导向系统
精度/距离
（+）不论在何种条件下，不论将激光靶安装在哪个 固定的位置，刀头处位置的精度都是能得到保证的。 如果隧道中存在严重的烟尘/污染，激光的测量距离 比EDM测量的距离要长（大约两倍）
1、动力供配电系统介绍
1.3、高压系统组成照片—液驱盾构
1、动力供配电系统介绍
1.3、高压系统组成照片—变频盾构之电缆卷筒
1、动力供配电系统介绍
1.3、高压系统组成照片—变频盾构之箱式变压器
1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成
组成：低压系统由变频器驱动系统（TC3）、泵站驱动系统 （TC2）、主控室系统（TC1）、盾体左系统(DTL)、盾体右 系统(DTR)、内循环水及皮带机系统(TC5)和线前系统(TC3) 组成。
4、导向系统介绍
4.3、导向系统界面-主界面
4、导向系统介绍
4.4、ZED、VMT、演算工房的区别
ZED及VMT的功能及硬件配置基本一致，都是采用激光导向系统，只 是在控制软件上有所区别，VMT的控制简洁一些，界友好一些，而ZED 控制软件专业开发，相对稳定一些。激光靶导向系统控制精度高，反 应速度块，数据能实时显示。正是由于这一点，ZED及VMT的造价较高。
4、导向系统介绍
4.2、导向系统连接示意图
4、导向系统介绍
4.3、导向系统界面-描述
界面被分为8 个小的信息窗口，每一个信息窗口都可以通过点击屏 幕进行选择，然后此窗口放大显示在屏幕的中央。默认界面在菜单页 面中进行设置。
每一个窗口都有四个位置显示数据。窗口的上面显示了窗口的信 息主题。跟姿态有关的四个值的安排原则是，正值是指在在上部或右 边，负值是指在底部或在左边。 对于本界面及所有其它的界面，如果一个数字有错误符号及窗口 的外框为红色，则表明存在错误。不能进行按显示错误的数据继续驾 驶机器。 导向系统配备中文和英文两种操作界面，方便中方和外方人员操 作。
(+) 测量水平方位角 提醒工作人员不要阻挡测量视线 (+) 仅仅需要一个激光靶的测量窗口-激光窗，这对 全站仪视线窗 于拥挤的盾构机内部是一个很大的优点。 口 激光光束 (+)只有一个集成的单元，包括所有需要的元件，只 系统复杂程度 需要一条电缆连接，电缆中集成了电源供应及数据传 输。 (+)如果导向系统是使用的ELS靶，则靶内的唯一的机 械部件是用来测量水平方位角的，此部件集成于靶内 机械部件 部的，不受泥水和灰尘的影响。 (++)最新的激光靶采用的是ALTU激光靶，无任何机械 部件。 (+)激光靶采集所需要的数据基本上是即时的，1秒之 内采集完所有的数据，因此系统需要的数据都是即时 测量循环所用 数据。 的时间
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-参数设置界面
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-变频驱动界面
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-报警系统界面
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-曲线图界面
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-历史数据界面
2、PLC及数据采集系统
3、主控室介绍
3.3、电气控制间
电气控制间内部包含了 主可编程控制器（主PLC）及 拖车1（含设备桥）的控制电 气元器件等。
4、导向系统介绍
4.1、整体概述
设备导向系统采用英国ZED公司的ZED Global 系统，在用TBM施工的 隧道项目中，ZED Global 系统是用来监视盾构精确姿态的一种导向 系统。此系统为用户提供了盾构相对于隧道设计轴线的详细偏差信息， 便于用户及时纠正盾构的姿态。由于可连续地高精度地显示机器的姿 态，因此可大大提高隧道施工的效率，降低了施工的费用。导向系统 包括： 1）硬件 —激光靶1台（含1台激光靶/倾角传感器+集成棱镜） —便携式终端（含导向系统软件、纠偏曲线、数据历史记录及隧道设 计轴线计算软件） —控制单元（含无线传输单元、中央控制箱、连接电缆、工具箱及地 面电脑浏览软件） —激光全站仪(徕卡TCA1203全站仪) —棱镜
2.5、PLC介绍-S7-400
2、PLC及数据采集系统
2.6、盾构PLC系统-主控室控制面板
2、PLC及数据采集系统
2.6、盾构PLC系统-现场控制面板
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-总体描述
数据采集系统主要完成参数设定、监控、管理功能。采用西门子WinCC 组态软件。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。 数据采集系统界面包括以下10个界面： 1、主监控界面：实现掘进机各系统采集参数的显示； 2、泡沫系统界面：实现泡沫系统参数的显示、设置及控制； 3、辅助控制界面：实现盾尾密封、膨润土及调试选择等功能； 4、启动条件界面：实现各系统的启动条件的显示，方便操作人员及维修 人员及时查找故障； 5、参数设置界面：对掘进机部分重要参数进行设置； 6、变频驱动：对掘进机刀盘驱动参数进行监视。 7、报警系统界面：对掘进机故障点进行明确指示，便于维修； 8、曲线图界面：可对部分参数进行线性监视。 9、运行记录界面：对掘进机参数进行归类保存，并自动存储在计算机里， 便于日后进行归纳总结。 10、返回界面：方便维修工程师进行上位机程序维修等。
1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成 主控室系统(TC1）为TC1左右侧的系统提供控制，同时为 设备桥的系统 、管片安装机系统、螺旋输送机系统、管片小 车等提供控制。作为控制系统的核心-PLC主系统也布置在 TC1的主控室内，此外，数据采集及显示系统（上位机）、视 频监视系统及导向系统也布置在主控室内。在后面的介绍中 将详细介绍这些系统。
2、PLC及数据采集系统
2.1、盾构采用PLC的意义
PLC可编程控制器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。
3、主控室介绍
3.2、操作间
操作间为盾构司机操作盾 构的地方，内部包含了主控制 台、数据采集计算机、导向系 统及监视系统等。 盾构司机根据指令，操 作相应的按钮及上位机界面按 钮，完成相应指令的工作。同 时关注主监控界面的各系统参 数，及时调整，使盾构在合理 的参数中运行，降低风险的发 生率。在掘进过程中，更应时 刻关注导向系统指示的掘进方 向参数，及时调整掘进参数， 使盾构按照设计轴线掘进。同 时，还应关注监视界面，及时 关注出渣情况。
2.7、数据采集系统-返回界面（1）
2、PLC及数据采集系统
2.7、数据采集系统-返回界面（2）
3、主控室介绍
3.1、总体概述
主控室分为操作间和 电气控制间，操作间为盾构 司机操作盾构运行的控制间， 内部包含了主控制台、数据 采集计算机、导向系统及监 视系统等；电气控制间内部 包含了主可编程控制器（主 PLC）及拖车1（含设备桥） 的控制电气元器件等；
1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成 盾体左侧和盾体右侧系统：为盾体左右侧的系统提供控制， 系统大致包括推进系统、盾尾油脂、齿轮油、膨润土、盾壳 膨润土及刀盘现场控制等系统。
百度文库
1、动力供配电系统介绍
1.2、低压系统的组成 内循环水及皮带机系统(TC5)：为布置在TC5及TC6的系统 提供动力及控制，包括内循环水系统、皮带机系统、水管 卷筒等系统。
高压供电组成： 液压驱动盾构一般由高压电缆卷筒（含约250米高压电缆） 或电缆箱（含约500米高压电缆）、高压开关柜及变压器组成。 变频驱动盾构一般由高压电缆卷筒（含约250米高压电缆） 或电缆箱（含约500米高压电缆）和箱式变压器组成。
1、动力供配电系统介绍
1.2、高压系统组成介绍 高压电缆卷筒或电缆箱:卷筒采用将250米高压电缆缠绕在圆形 滚筒上，并通过收放电机控制卷筒正反转从而实现收放电缆。 电缆箱是在拖车上排放500米电缆，掘进过程中收放电缆都靠 人工进行。 高压开关柜：高压开关柜负责将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。 变压器：盾构常用的变压器有密封油浸式和干式变压器两种。 油浸式压器具有体积小、价格低等优点，但维护不便；而干式 变压器维护方便，过载能力强，但体积大、价格贵。目前常见 的液驱盾构机采用的是密封油浸式变压器，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。 CREC003/004高压系统由高压电缆卷筒和箱式变压器组成。
盾构电气系统介绍
盾构电气系统
主讲内容 1、动力供配电系统介绍 2、数据采集及PLC系统介绍 3、主控制室介绍 4、导向系统介绍 5、监视照明通讯系统介绍 6、气体检测及消防系统介绍 7、盾构电气保养及故障排查
1、动力供配电系统介绍
1.1、高压系统描述及组成 常规描述： 由于盾构整机负荷较大，如果直接供给380V电压，在距离 过长后将衰减，从而影响使用。盾构单区间施工距离一般为 1KM左右，因此采用高压10KV供电。在长距离隧道中，一般施 工距离都超过10KM，这时将采用20KV供电。
PLC控制系统位置
盾构机PLC主机放置在拖车1左侧的主控室内，通过PROFIBUS DP总 线扩展分布式I/O，分别位于盾体左侧、盾体右侧、拖车2及拖车5，同时 TC3的变频驱动系统的变频器也通讯。数据采集系统也安装在主控室内。
2、PLC及数据采集系统
2.3、盾构PLC及数据采集系统示意图
2、PLC及数据采集系统