中铁装备盾构电气培训

3.主要低压元器件介绍
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。主要部件包括塑壳断路器、软启动器等；
3.1、塑壳断路器：
塑壳断路器是盾构机动力配电系统的开关元件，具有短路、过载、漏电保护
等功能，是盾构电力分配的主要元件。需要我们了解的
整定参数如下： Ir 长延时电流设定（设置的额定值） tr 长延时跳闸时间（超过设置值跳闸时间） Isd 短延时脱扣电流(Short Delay)（冲击电流） tsd 短延时跳闸时间(Short Delay)（躲过冲击电流时间） Ii 瞬时脱扣电流(Instant) Iδn 漏电脱扣电流 Δt 漏电脱扣延时时间
3.6 电控柜组装过程
一 供产配品共电性系设统计和个性设计并存
3.7 其他小型低压控制元件 DRT系列开关电源
DR系列开关电源
电容模块
磁感应传感器
转速监控器
放大板
工业以太网交换机
机械式继电器
薄片继电器
时间继电器
安全继电器
双轴倾斜仪
电力参数仪
无功补偿控制器
ATS双电源
电动机保护断路器
中小型号塑壳断路器
及水系统等的控制和检测。 2.4 TC5配电系统主要负责皮带机系统、排污系统及卷筒的控制和检测。
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。
3.4.3 软启动器启动
为何选用软启动器？ 对电网的好处
为何选用软启动器？ 对机械方面的好处
软启动器启动（螺旋输送机泵）控制过程
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 软启动器运行
3.5 无功功率补偿：
采用补偿电容器在低压端集中补偿的方法，利用无功功率自动补偿控制器对无功功率 进行自动补偿，它实时监测系统的功率因数，通过控制接触器投切电容组达到动态补偿 功率因数的目的。补偿后的功率因数不低于0.9。
1.3 PLC的模块组成部分
CPU 电源模块 通讯模块 DI、DO、AI、AO 专用模块
• RAM 与 ROM • 程序清除 • 备用电池
RUN STOP BF 总线故障 INF 内部故障 EXF 外部故障 FRCE 强制 MAINT 维护请 求
1.4 PLC控制的实现
盾构上PLC控制的实现，包含以下几个部件的参与 1） 人机界面：面板与上位机（参数设置、命令给定、数据显示） 2） 控制单元：PLC（逻辑、连锁、运算、检测、控制） 3） 供配电：变压器、空气开关、中间继电器、接触器（电能分配、转换） 4） 执行部件：电机、液压阀（控制的输出） 5） 传感器：压力、位移、温度、液位、接近开关等（检测及反馈）
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
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
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
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。
二 PL产C控品共制性系设统计和个性设计并存
PLC系统采用分布式IO控制网络具有以下优点：
1）拖车之间电气系统的联系只有通信电缆及几根供电电缆，盾构的拆装机
工作极为方便； 2）设备分体始发线路成本降低，工作量得到简化； 3）控制线路的简化，设备故障率显著降低； 4）就近控制的形式方便了对IO控制点的检查； 5）以分布式IO设计相应的图纸，可实现元件与线路的快速查找，方便设备
压系统都将断电。 变频驱动总开关主要负责给TC3变频驱动系统供电 低压总开关负责整个设备的低压供电，在此开关的下一级又分出几个开关，负责给每
个拖车供电。 由于低压侧主要负载是电机，电机是感性负载，因此需要进行无功补偿，箱变内配置
了无功自动补偿系统，根据负载进行无功补偿，保证设备的功率因数≮0.9。
2. 低压供电系统的组成
2 PLC控制流程介绍 2.1 PLC开关量检测与控制
数字量输入输出控制：+24VDC 控制换向阀和接触器
数
数
控制按钮 字
字
传感器
量 PLC 量 输 逻辑运算 输
开关量信号
入 DI
出 DO
中间继电器
执行部件
2.2 PLC模拟量检测与控制
电位器控制电压0~10VDC， 输出到比例阀控制电压0~24VDC 0~600mA 温度传感器4-20mA电流信号
660KW电驱盾构供配电系统网络图
1. 高压供电系统：
由于盾构机整机负荷较大(1000KVA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。
液驱高压供电系统的组成：
高压电缆
高压高压电缆箱
高压开关柜
变压器
高压电缆卷筒
1.1 高压电缆卷筒：
模 控制旋钮 拟
模 输出显示 拟
传感器
量
PLC
量 变频器
输 逻辑运算 输
电机
人机界面
入 AI
出 AO 放大板 比例电磁阀
二 PL产C控品共制性系设统计和个性设计并存
3 盾构PLC网络控Leabharlann Baidu系统的结构形式
集中式PLC控制系统
分布式PLC控制网络
分散式IO控制网络
3.1 集中式IO PLC控制系统
二 PLC控制系统
3.2、软启动器：
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（75KW以上），中小功率的电机采用星三角启动（30KW-75KW） 或直接采用启动方式（小于30KW）。
软启对电网方面好处：减少对电网冲击，降低启动电流，消除尖峰电流，优化电缆方案 软启对机械方面好处：最大程度减少齿轮箱、传送带、轴承等转送装置上的应力，降低维护成本，减少停机
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
变频器 电源
变频控制
３相异步电机
改变频率
电机转速＝
60 ╳ 频率〔Hz〕 ╳（1-S） (r/min)
极对数 S：转差
随负载而改变
三 刀盘变频驱动系统设计 变频器的三种控制方式：
面板控制 端子控制 通讯控制
58
变频器的通讯控制 变频器的面板控制
变频器的端子控制
三 刀盘变频驱动系统设计 盾构变频控制柜
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。
1.2 高压电缆箱：
将约500米高压电缆以“8”字型排列在电缆箱内，掘进时由人力进行放电缆。
MX/MN线圈
大型塑壳断路器
脱扣器
微型断路器
漏电保护断路器
电涌保护器
二 PLC控制系统
二 PLC控制系统
1 PLC控制系统结构与应用系统 2 PLC控制流程介绍 3 盾构PLC网络控制系统结构形式 4 传感器介绍
1. PLC控制系统结构
1.1 PLC控制系统简介
盾构PLC控制系统包括PLC及上位机。PLC系统是以Siemens S7-400（300）为主站ET200M为从 站的可编程控制器系统；采用分布式IO形式的控制结构，能够实现信号就地接入，就地控制，节约 配线，便于组装调试。
集中式IO PLC控制系统的特点
集中式PLC控制系统组成形式简单，整个系统的控 制都集中于唯一的PLC柜内，PLC程序的编制和维护相对 方便。但是盾构机总长度达到近百米，并且每节拖车在 组装和转场时必须要相互拆分开，以便于独立运输，因 此此PLC控制系统的I/O控制线分布至盾构机各个部位， 大量的信号与控制电缆需要跨过数节拖车，给拆装机和 设备检修造成大量的困难。
检修；
4 传感器介绍
盾构机常用传感器： 电磁感应式接近开关。 压力传感器、压力开关。 电容式流量传感器、流量开关。 温度传感器、温度开关。 拉线位移传感器 倾斜仪 旋转编码器
电气信号： 电流：4~20mA，0~20mA 电压：-10~10V，0~10V，0~5V等 电阻：5K
三 刀盘变频驱动系统
盾构变频控制系统网络
三 刀盘变频驱动系统设计
四 主控制室与上位机
1 控制室总体介绍 2 数据采集及监视系统介绍 3 地面及远程监控系统介绍 4 互联网远程诊断及调试系统介绍
1. 主控制室总体介绍
主控室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。
3.2 分布式IO PLC控制系统 分布式IO控制网络结构图
上位机1
上位机2
工业以太网
产品共性设计和个性设计并存
地面远程监控
B/S访问
Internet
Profibus DP DTL
S7-400 PLC
编码器
TC2
TC5
ATV71
ATV71
ATV71
二 PLC控制系统
二 PLC控制系统
集中IO与分布式IO的线路比较
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。
工业电脑用来监视盾构的运行状态，实时显示盾构的各项运行参数。工业电脑与主PLC通过以 太网进行通讯并实时交换数据。在工业电脑上可设置相关参数、显示报警并能够进行历史数据记录， 每天的掘进数据自动打包存储于电脑中，方便日后统计使用。地面可通过安装地面监控设备及软件 实时监控盾构运行状况。
1.2 PLC控制系统构成图
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
盾构电气系统设计
目录
一 供配电系统
二 PLC控制系统
目录
三 刀盘变频驱动系统 四 主控制室与上位机
五 各功能系统的电气控制
目录
六 电气识图 七 电气的保养及原则
目录
一 供配电系统
一 供配电系统
1 高压供电系统 2 低压供电系统 3 常用低压电器 4 电机启动控制
产品共性设计和个性设计并存
电驱盾构供配电系统布置图