中国中铁盾构电气控制系统介绍
盾构电气控制系统
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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
中铁装备盾构电气培训
2.1、盾体控制系统
盾体控制系统：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。
2.2、主控室
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。
1.4.1 箱式变压器的组成 箱式变压器内包括高压开关及保护系统、变压器、补偿系统及低压开关等。
1.4.2 箱式变压器低压配电盘介绍 箱式变压器低压侧设计多个开关，主要分为四个部分：箱变内部供电开关、线前开关、
变频驱动总开关、低压总开关，同时有低压补偿系统。 箱变内部总开关主要负责箱变内部的照明、通风等功能的供电。 线前总开关主要负责设备的照明、急停及插座系统。如果线前总开关未闭合，整个低
检修时间
3.3、变频器：
对于需要改变电机转速的场合，实现无极调速 的功能，需要采用变频器实现。变频器通过整流逆 变的过程，改变输出频率，实现电机转速的控制。
变频器在盾构上应用广泛，如泡沫系统、 膨润土系统、皮带机也可以实现转速可调。
3.4 三相异步电动机的三种启动方式： 3.4 .1 直接起动
直接启动（辅助泵）控制过程
通常将250米柔性高压电缆缠绕在卷筒上，可通过现场控制面板实现电缆的收放功能；掘进过程中不 断放缆，实现设备的持续供电。电缆规格3×70+3×35/3。使用时应注意电缆的收放长度要恰当。另如 长时间断电，应通过隧道220V照明电对电缆卷筒进行加热。
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。
中国中铁盾构电气控制系统介绍
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
1.3、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。
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。
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）。
盾构电气控制原理培训
盾构电气控制原理培训一、概述盾构机是一种用于地下隧道施工的工程设备，其电气控制系统是保障盾构机正常运行的关键部分。
盾构机电气控制原理培训是为了使操作人员能够正确理解和掌握盾构机的电气控制原理，从而能够对盾构机进行正确的操作和维护。
二、盾构机电气控制系统组成1.电气控制柜：包括盾构机的主控制柜及其附属设备，用于控制盾构机的运行状态和各种功能。
2.线束系统：负责传输电气控制信号和供电。
3.仪表系统：用于显示和监测盾构机的运行状态。
4.传感器和执行机构：用于感知和控制盾构机的各种运动和功能。
三、盾构机电气控制原理1.盾构机电气控制系统的运行原理：盾构机电气控制系统通过接收和处理各种信号，控制盾构机的运行状态和功能。
其中，信号的传输主要通过线束系统实现，而电气控制柜则负责信号的处理和控制。
2.盾构机电气控制系统的主要功能：（1）启动和停止盾构机的运行；（2）控制盾构机各个部件的运动，如控制推进器的启停和推进速度；（3）控制盾构机的工作环境，如控制喷射混凝土的喷射速度和压力；（4）监测和显示盾构机的运行状态，如显示推进器的推进力和速度。
3.盾构机电气控制系统的关键技术：（1）PLC编程：PLC是电气控制系统的核心部分，通过编写PLC程序，实现对盾构机各个部件的控制和监测。
（2）变频调速技术：盾构机的推进器通常采用电动机驱动，通过变频器对电动机进行调速，可以实现对盾构机推进速度的精确控制。
（3）传感器技术：传感器主要用于感知和监测盾构机的各种运动和环境参数，如推进力、推进速度、温度等。
四、盾构机电气控制原理培训内容1.盾构机电气控制系统的构成和工作原理；2.盾构机电气控制系统的功能和特点；3.盾构机电气控制系统的关键技术和设备；4.盾构机电气控制系统的操作和维护。
五、盾构机电气控制原理培训的目标通过盾构机电气控制原理培训，参训人员应该能够：1.理解盾构机电气控制系统的组成和工作原理；2.掌握盾构机电气控制系统的功能和特点；3.了解盾构机电气控制系统的关键技术和设备；4.能够独立操作和维护盾构机的电气控制系统。
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。
盾构电气控制系统简介共50页
盾构电气控制系统简介
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
国产盾构机液压与电器控制系统简介
第２ （ 期 总第 １ 期 ） ５
２０ ０ ６年 ３月
流体秸劫与 控副
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国产 盾构机液压与 电器控制 系统简介
图１ 为直径 ４ ３ ． ｍ气压平衡式盾构机 ， 于 ９ 用 青岛发电厂二期循环水进水隧道工程 图２ 为直径 ５ ４ ． ｍ土压气 压平衡式 复合 盾 ６ 构机 ，用于浙江 国华宁海发电厂 ４ ６０ Ｗ 新建工 ＊０Ｍ 程循环水进水隧道工程
图３ 为直径 ４ ３ ． ｍ土压平衡式盾构机 ， ９ 用于 华能玉环发电厂新建循环水进水 隧道工程
沈 浩
上海朱行 ２０ ３ ） ０２７ （上海 电气液压气动有限公司液压 泵厂
摘要 ： 文介绍 了我国 自行设计制造 的中小型盾构机。 该 根据 土质不 同 ， 其结构形式有大刀盘式盾构机 ， 小刀盘式盾构 机和 网格式盾构机 。
关键词 ： 盾构机 ； 液压 ； ； 系统 电器 控制
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触摸屏相连接 ， 同时与机头部分 的可编程序控制器 也相连 ， 控制 台上触摸屏 ： 有用于动力控制启停 设
图 １气压平衡式
２ 大 刀盘盾构 机
在上述三种盾构机 中大 刀盘 式盾构机 比较 复 杂， 现对大刀盘式盾构机作一介绍。机头部分 ： 它前 面由 ｌ 个液压 马达出轴上装有减速齿去驱动大齿 ２ 盘使大刀盘作正反向旋转 ， 的动力 由十个变量泵 它 提供 ， 刀盘的转速可通过调整液压泵摆角的大小节 及启动泵个数来调节 ；后面 由四组 ２ 个推进液压 ６ 缸 向后伸（ 向前顶 ）而且同时用每组液压缸的位移 ， 来调 整筒体 的姿态 ， 液压缸的伸缩 ， 的动力 由一 它 台变频 电机泵组提供 ， 通过调节电机速度来改变液 压缸位移速度 ； 挖下 的石土， 通过螺旋 机 ， 将石土从 前 向后传输 ， 螺旋机 为液压马达驱 动 ， 的动力 同 它 样 由一 台变频 电机泵组提供 ， 通过调节 电机速度来 改变液 压马达转速 ， 控制出土量 ； 液压缸位移和螺 旋机 的出土速度 ， 可根据土压情况 ， 进行闭环控制 。 并 为防止出土喷涌 ，在螺旋机出 口处装 有液压 闸 门， 可控 制随时关 闭 ， 并装有 蓄能器 以备紧急状态 （ 断电情况） 手动关闭闸门使用。机头后部有拼装机 全部为液压驱动 ， 其工作过程为 ： 当管片放进 ， 插入 吊环 后 ，通 过左 右钳 口液压缸伸缩将水 泥管片锁
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。
盾构电气控制系统简介
盾构现场临时施工用电管理
• 安全用电 • 2、高压电缆的防护（电缆沟、穿管、穿墙、弯曲、 悬挂、标识） 高压电缆的防护是安全用电的关键一环，在穿越 的路面必须有电缆沟或穿管，不允许有露天地面 敷设，穿墙、弯曲、悬挂电缆都不允许有扭曲， 强弯等应力集中。在入地点、穿墙出悬挂等地方 必须有标识（“高压危险”“xx高压电缆”等）
理
• 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。
3. PLC的工作方式
• 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。
• 选择最佳供电容量
• 前期投入用电，后期不用或减少的（施工 降水）。前期用电较少后期增加的设备 （通风机） • 对地质情况分析盾构用电量减少的部分。 • 南北方气候差异，变压器允许过载的部分。
盾构现场临时施工用电管理
• 安全用电 • 1、供电最大电流设置、短路电流设置，零序电流 设置，过载设置。一般由供电部门按照供电方案 设置。 最大电流一般按照变压器容量设置，考虑变压器 的过载能力，一般增加20％。
• 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
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、液压系统和辅助设备控制，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
盾构电气组成系统及常见故障的解决
盾构电气组成系统及常见故障的解决作者：吕光来源：《卷宗》2018年第05期摘要：关于盾构电气组成系统，由于其实集机、电、液于一体的综合性大型工程机械，因此系统一旦出现故障，会影响整体的机构运行。
因此，应采取预警方案进行故障的排查，并且对故障采取紧急处理措施。
本文对盾构电气组成系统常见故障展开论述，期望提出的解决措施能够为解决故障提供参考作用。
关键词：盾构电气组成；系统故障；解决措施盾构电气系统的组成包括了高低压系统、自动控制系统以及配电系统。
多项系统构成了大型盾构机，运行中一旦发生故障就会影响整个的设备运行。
1 盾构机电气系统组成概述盾构机采用电力作为驱动，通过变频器、PLC实现自动化掘进。
高自动化控制是现代盾构机的主要特征，能够实现施工过程的自动挖掘、推进、导向和渣土传送等。
而且可以进行人机交互，高自动化和智能化带来了更多的盾构机安装调试、运行维护中的问题，包括对故障的检测和检查以及排除[1]。
1.1盾构机一般采用的是高压10KV供电，以负担整机的运行动力。
为了盾构机能够保持连续的掘进，利用高压电缆卷筒和200M高压软电缆进行连续不间断的供电。
1.2盾构机的变压器目前常用的是全密封油浸式变压器和波纹密封油浸式变压器。
1.3结合线路的实际负荷进行无功补偿设备的选择，一般选择静态补偿装置，如果负荷较大，可以选择动态补偿，为了达到最佳的补偿效果，可以选择跟踪定位准确的模糊投切方式，采用电容器实际分担的方式进行按比例分配。
对于电力电缆的选择，要注重综合功能的使用。
推广使用软启动器，达到可控器件的软启动，有效自动控制电压，实现转速和负载的拼配。
1.4主要动力设备包括盾构推进油缸、拼装机、螺旋机、刀盘、皮带机、超挖刀、润滑设备等。
电气控制器件包括隔离开关、断路器、接触器、PLC主控模块等。
采用PLC可编控系统，运用到软启动装置、传感器等，由PLC负责协调各种连锁关系，形成掘进机的控制中心[2]。
1.5泥水式盾构机其刀盘后面有一个密封隔板，与开挖面之间形成泥水室，通过加压泥水或泥浆（通常为膨润土悬浮液）来稳定开挖面；土压平衡式盾构机刀盘后隔板与开挖面之间形成泥土室，刀盘旋转开挖使泥土料增加，泥土室内土压可由螺旋输出料器出土量（旋转速度）和刀盘旋转开挖速度进行调节。
中铁装备48#盾构机电气控制系统概述
中铁装备48#盾构机电气控制系统概述发布时间：2021-08-13T10:49:56.490Z 来源：《科学与技术》2021年4月第10期作者：贾鹏[导读] 对中铁装备48#土压平衡盾构机电气控制系统进行概贾鹏中国中铁四局集团城市轨道交通工程分公司安徽省合肥市230000摘要：对中铁装备48#土压平衡盾构机电气控制系统进行概述，并分别对其配电系统、可编程控制系统和计算机控制及数据采集分析系统三个部分的设计进行总结，以加深对其整个电气控制系统原理的理解。
关键词：电气系统配电系统可编程控制系统计算机控制及数据采集分析系统0中铁装备48#盾构机电气系统简介盾构机是一种集机械、液压、电气和自动化控制于一体、专用于地下隧道工程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，那么液压系统比喻成人的血液系统，则电气控制系统就是人的神经系统。
当前盾构机电气控制系统均采用世界上最先进、可靠的技术以保证系统稳定可靠地运行。
中铁装备盾构机电气控制系统分为配电系统、可编程控制系统和计算机控制及数据采集分析系统三个部分。
下面对该三个部分进行介绍同时在日常工作中盾构机电气系统的应用和故障排除方法示例和思路进行简单的介绍。
1 配电系统盾构施工是参考工厂式的流程化作业施工，盾构机的配电系统设计原则也是参照工厂供配电原理设计的。
配电系统分为高压系统和低压系统，其用电设备列表如下：序号用电设备设备容量备注1 刀盘驱动 660kW 6组电机2 螺旋输送机 200kW 轴式3 推进系统 75kW 最大推力3400t4 管片安装机 55kW 中心回转式5 注浆泵 30kW 双活塞6 辅助泵 22kW7 液压油箱过滤泵 11kW8 控制油泵 5.5kW9 空压机1 37kW10 空压机2 37kW11 膨润土泵 18.5kW12 泡沫混合液泵 8.8kW13 增压水泵电机 7.5kW14 内循环水泵 5.5kW15 污水泵 15kW16 砂浆搅拌 5.5kW17 混合液搅拌 4.4kW18 盾壳膨润土 7.5kW19 齿轮油泵 4kW20 风筒吊机 2.2kW21 进水水管卷筒电机 1.5kW22 出水水管卷筒电机 1.5kW23 泡沫泵 0.55kW24 皮带输送机 37kW25 二次风机 15kW26 管片吊机 11kW27 超挖刀泵 5.5kW28 照明及工控 5kW总功率 1288.45kW1.1高压系统由于盾构机整机负荷较大(1000KV A以上)，如果直接采用低压供电，电缆将承受巨大的供电电流且压降过大造成设备无法正常工作，故盾构机通常采用高压10KV供电。
盾构机的供配电及电控系统课件
盾构机供配电系统的重要性
保障盾构机稳定运行
降低施工成本
供配电系统为盾构机提供稳定、可靠 的电力供应，确保施工顺利进行。
供配电系统的优化可有效降低能耗和 维护成本，提高经济效益。
提高施工效率
供配电系统的性能直接影响盾构机的 掘进速度和施工质量，进而影响整体 施工效率。
盾构机供配电系统的设计
电源配置
盾构机通常需要配置多 个电源，以确保稳定供 电。常用配置包括市电 电源、柴油发电机组和 UPS电源。
配电系统设计
根据盾构机的负载需求 ，设计合理的配电系统 ，包括变压器、断路器 、电缆等设备的选择和 配置。
过载保护
为防止设备过载，配电 系统应具备过载保护功 能，当负载超过安全阈 值时，能够自动切断电 源或降低负载。
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盾构机供配电及电控系统 的应用与案例分析
盾构机供配电及电控系统的应用
盾构机供配电系统
盾构机供配电系统是确保盾构机 正常运行的关键部分，负责提供 稳定、可靠的电力供应，满足盾 构机各部分的工作需求。
盾构机电控系统
电控系统是盾构机的“大脑”， 通过控制系统各部分的工作状态 ，实现盾构机的自动化、智能化 作业。
定期清理电控柜
保持柜内清洁，防止灰尘和杂物影响 设备正常运行。
定期测试安全保护装置
确保安全保护装置在紧急情况下能够 正常工作。
定期检查电缆和插头
确保电缆无破损、插头无松动，防止 设备故障。
盾构机供配电及电控系统常见故障与排除
供配电系统故障
电控系统故障
如线路短路、断路、漏电等，需要检查线 路和设备，修复或更换故障部分。
如电机不启动、阀门不动作等，需要检查 电控设备和电缆，修复或更换故障部分。
盾构电气系统设计及故障处理
6、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液驱盾构机采用的 是全密封油浸式变压器，变驱盾构采用的是干式变压器。
盾构的低压配电
盾构机低压供配电系统的配电柜主要对液压泵站、各个 拖车电机、照明及插座箱等设备的供电与控制。主要部件包 括低压总开关、软启动器和无功功率补偿系统等；
三
刀盘变频驱动系统设计
三
电驱盾构的变频驱动
变频器 ３相电机 电源
改变频率
120 ╳ 频率〔Hz〕 极数 ╳（1-S） (r/min) S：转差 随负载而改变
电机转速＝
变频器的三种控制方式：
面板控制 端子控制 通讯控制
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变频器的通讯控制
盾构变频控制柜
变频控制系统网络
变频电机的特点
温升（高次谐波造成定子铜耗增大） 绝缘（冲击电压） 共振 轴电流
（一） 电气系统的日常保养
盾构工作环境的特殊性：振动、粉尘、潮湿、高温、空间狭 小、电磁干扰；
电气保养一般注意以下几点：
1、由于振动较大，要定期紧固接线端子； 2、防水、防潮，绝缘检查； 3、除尘，降温； 4、传感器加防护； 5、检查电气线路与元件的机械损伤；
（二） 常见故障分类
1、线路接错、断路、短路、接触不良、破损致使接地或短路(如： 管片安装机某一动作失灵、泡沫不能开启等) 2、元件接线错误或质量原因导致损坏，元件参数设置不正确导致 功能异常；(如接近开关无信号、位移或转速监测值不正确) 3、电源或线路异常，造成供电参数不正确；(如接触器380AC与 220AC混淆，DC24V与AC24V混淆)
论国产盾构机液压与电气控制系统研究
论国产盾构机液压与电气控制系统研究摘要：盾构机是高度自动化的隧道掘进专用机械工具，广泛被应用在各种城市隧道工程建设中。
本文结合我国自行设计制造的盾构机，针对液压系统及电气控制系统进行了简单的分析和研究。
关键字：盾构机液压电气控制系统盾构机是一种开挖地下工程施工的专用工程机械，主要由推动系统、盾体刀盘驱动系统等构成。
当下我国盾构机是集电、液、控制、信息技术于一体的智能化大型工程机械设备，具有输送渣土、测量导向、开挖切削土体等功能。
文章结合国产盾构机的发展现状、问题，以及小直径盾构机，对国产盾构液压和电气控制系统进行了简单的阐述。
一、国产盾构机的现状与应用（一）我国盾构机现状从20世纪90年代开始，我国盾构机技术开始有了明显的发展，重点开展了土压平衡盾构，引进了先进的泥水加压盾构技术。
由于没有相关的实用盾构技术能力，盾构研发技术落后，所以，我国盾构技术还处于发展的阶段。
（二）国内盾构机的应用根据盾构机使用地域不同，目前我国的盾构机主要应用于：引水和排水管道，污水管路，或者根据土质不同、结构形式不同的其他利用。
盾构机主要由液压、电气、机械三个板块组成，分为台车部分和盾体部分。
二、盾构机液压、电气控制系统盾构机是集开挖、支护、衬砌、出碴于一体的隧道施工专业设备。
盾构机在隧道的掘进过程中，主要由以下三个运动完成：一是刀盘旋转切削土体，二是盾体的整体推进，三是管片的拼装，此三大运动主要由液压系统及电气控制系统共同完成。
盾构机液压、电气系统具备刀盘旋转、盾体推进、管片拼装、铰接伸缩、碴土排出等需要实现相对运动的功能系统。
（一）液压系统在盾构技术上，液压技术在盾构机上得到了充分的应用，通过精确控制液压缸来保证盾构机按设计路线稳定、准确掘进，故盾构机液压系统在盾构机工作中起到主要作用。
盾构液压系统主要由盾体推进、管片拼装、铰接伸缩等功能系统组成。
盾构机推进系统中，单个液压缸推进力F与油缸数量n和盾构机外径D有关，一般情况如下[4]：以4.35m盾构机为例，通过盾体内布置情况及盾构总推力验算，最终取n=16，F=1200kN即推进系统由16个液压油缸组成，每个推进油缸推力1200KN，总推力19200KN。
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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）
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
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。
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。
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）
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。
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。
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。
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。
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。
(+) 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
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。
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
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）。
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。
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
1.3、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）、泵站驱动系统系统(DTR)、内循环水及皮带机系统(TC5)和线前系统(TC3) 组成。
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。