徐工凯宫重工6m土压平衡盾构机电气系统技术方案

1凯宫重工6m土压平衡盾构机电气系统总体技术方案（黄浩）附件一：盾构机电气系统技术描述电气系统主要设备列表土压平衡式盾构机控制系统的设计、集成制造、调试包括以下内容：高压供配电系统；低压供配电系统，包括可编程控制器控制柜及其他设备配电控制柜；驱动柜、PLC控制柜、操作台、操作箱的设计和制造；PLC软件设计开发；HMI软件设计开发，包括人机界面和工业控制PC机的上位软件；系统调试。主要的控制系统与设备如下列表所示，详细硬件配置清单见附件二：序号设备名称数量主要元器件和参数备注1高压电缆卷筒1电缆200m凯伏特210kV进线柜110KV3真空断路器柜1真空断路器施耐德4变压器12000kVA（三相）西门子5低压主配电柜2断路器施耐德6MCC柜8电机配电控制7主PLC柜1S7-3003198控制室操作台1操作按钮、指示灯、设定手轮,ET200M从站9远程控制箱2ET200M从站3号台车控制子站10本地操作盒5操作按钮、指示灯刀盘点动主推进系统/管片拼装2同步注浆螺旋输送管片输送系统11无线遥控操作盒1操作按钮、指示灯管片拼装机HBC727（相似型号)12照明配电盘1小型断路器13工业PC机1西门子PC677BPC677C14触摸操作屏1MP377西门子注浆面板15硬件设计软件1套EplanP8（电气原理设计，布局设计，项目管理）16上位控制软件1套WinCC7.08092RC软件授权购买17PLC编程软件1套Step7v5.5设计所需的资料，包括但不限于：设备布局图；设备电气执行机构、传感器清单及其说明书；液压系统的液压回路图动作顺序图表；与第三方的接口需求明细；照明插座需求列表。电力系统的操作电压规格为：高压供电：10kV3相50HZ动力电压：400V3相50HZ控制电压：230V单相50HZ和DC24V照明电压：230V单相50HZ控制系统结构概述网络结构控制系统由主控制PLC（s7-300319）、远程控制分布式子站、配电柜、控制室监控系统、地面监控系统等构成。3主控制PLC和各分站，各通信子站之间通过PROFIBUS进行通讯；控制室监控系统通过工业以太网与主控制PLC连接进行数据采集显示，控制室与地面监控系统通过光纤连接构成环形网络，形成冗余的高速以太网，实现地面监控系统对整个盾构机的工作状况实时监控。系统网络结构示意图如下所示：显示器PC677BPLC上位机远程计算机打印机DIAIAODO接口激光导向系统遥控器操纵板位置开关传感器等中间继电器驱动放大板模拟传感器脉冲传感器现场操作板比例阀、变频器、表头开关阀、信号灯等接触器、电机等DP通信上位机4凯宫重工土压平衡盾构机－－整体结构配置SIMATICS7数据采集处理ET200MHMI5重要控制设备主控制PLC主控制PLC选用SIMATICS7-300，控制器选用CPU319主PLC主要用于各系统总体协调控制、土压控制、铰接系统、注脂系统、液压站控制、水系统、空气加压系统、同步注浆等系统的控制。由分布式从站ET200M作为远程控制子站来执行电机，气动，液压等控制和数据采集任务。远程控制子站在1号和3号台车上分别就近设置安装有ET200M分布式从站的远程控制箱实现数据的采集和执行器控制命令的就近输出。SIMATICET200M是模块化设计的分布式现场从站，与SIMATICS7-300I/O模块及功能模块通用，最大可以扩展12个IO模块，安全性高。最多可扩展8个或12个I/O模块每个ET200M的最大地址区:128字节输入和128字节输出PROFIBUSDP数据传输速率最大为12Mbps共3机架两个远程ET200从站高压配电系统高压配电系统如下图所示由高压电缆卷筒、高压开关柜和变压器组成。6高压电缆卷筒（K15暂定不用）高压电缆卷筒由力矩电机驱动，主要作用是给盾构机提供10kV/50Hz的电力供应以及随着盾构的向前掘进延伸的高压电缆。高压电缆由固定电缆部分（高压电缆卷筒自带部分，长度为200m）、快速接头（防护等级要达到IP67）和隧道内柔性高压电缆组成（隧道内的高压电缆由业主自行采购）。电缆卷筒的基本参数如下，待定货时由电缆卷筒厂家提供详细设计参数：基本参数电缆型号由电缆卷筒制造商提供外径由电缆卷筒制造商提供重量由电缆卷筒制造商提供电缆额定工作电压U0/U额定电流10kV，200A电缆长度由电缆卷筒制造商提供运行长度200m运行速度80mm/Min电机电压400V±5%环境温度0~40℃放缆方向单向凸轮限位开关有卷筒内径由电缆卷筒制造商提供外径由电缆卷筒制造商提供宽度由电缆卷筒制造商提供总缠绕圈数由电缆卷筒制造商提供加热器由电缆卷筒制造商提供盖板由电缆卷筒制造商提供光纤耦合器两端带ST接头端子箱驱动机构三相电机带磁滞器电机型号由电缆卷筒制造商提供工作电压400V50HZ7防护等级IP56电机输出功率由电缆卷筒制造商提供额定电流由电缆卷筒制造商提供凸轮限位开关其中2个触点为行程限位,2个为力矩变化,2个备用表面处理由电缆卷筒制造商提供卷筒体表面深层热浸镀锌减速机箱体由电缆卷筒制造商提供电机表面盾构机工艺设计部门提出电缆卷筒的保护报警信号有：过紧保护；过松保护；满盘凸轮限位；空盘凸轮限位；左到位；右到位。电缆卷筒上的电缆类型有:高压电缆；通讯及控制光纤；高压开关柜高压开关柜包括10KV进线柜和主变压器真空断路器柜各一台。10KV进线柜隔离手车，手动操作二相电流互感器200/5A二相电压互感器PT10/0.11KV，500VA，三相避雷器带电显示一套8电缆下进线（需要认证）10KV主变压器真空断路器柜○断路器:RM6.NE-D/12KV/200A...○主开关控制板:RM6.NE-D/12KV/200A...○开关柜：AN160808800*1600*800(B*H*T)（成套购买）主变压器配置环氧树脂浇注绝缘干式变压器一台，输入电压为10kV±10%，按国标带电压调整抽头，容量为2000kVA（三相），变压器次级绕组为盾构机提供三相400V动力电源。型号为：10KV/400V/50HZ/KH/IP55/DYN5西门子变压器的基本参数变压器类型：主级绕组次级绕组相数33联接△Y额定功率kVA2000额定电压[空载]kV10KV0.4KV绝缘等级：FH温升等级：FF冷却方式KNAN外壳防护等级IP45（不锈钢外壳）安装位置安装海拔m绕组温度检测PT100防凝加热器有用户连接电缆电缆9电缆进线位置顶部顶部附件：西门子2000kVA变压器数据表符合标准及技术协议IEC60076/GB1094、GB/T6451、GB4942.2合同编号及客户名称单位型号SR10-M-2000/10数量pc相数3频率Hz50容量kVA2000额定电压kV10/0.4高压分接范围%10kV：±2×2.5%冷却方式KNAN最大系统电压kV12工频耐压kV35/5额定冲击电压kV75联结组标号Dyn11空载损耗kW2.65负载损耗75℃kW17.14短路阻抗%6噪声dB国标规定绕阻材料铜箔/铜线绕阻平均温升K65顶层油温升K60颜色RAL7045高压套管K180AR-124KV250AEuromold10低压套管瓷套管低压电线箱Yes/NoYes低压电缆箱多功能保护装置Yes/NoYes压力释放阀Yes/NoYes国产硅油型号Dowcorning561非常规试验要求Yes/NoNo变压器围栏Yes/NoYes轨距mm1070x1070总重kg5000硅油重kg800外形尺寸（大约）mm2360x1300x2250电缆箱保护等级IP55变压器温控温显系统，故障报警，故障保护系统采用油冷，变压器将带有数字显示系统和温控保护装置，可自动监测并巡回显示三相绕组的工作温度。绕组中埋有PT铂电阻用于温度报警和跳闸检测，当温度超过上限极限时，温控器向中压开关柜发出跳闸指令。变压器一组独立的温度传感器接入开关柜综保系统，以实现对变压器的温度保护。变压器配有防冷凝加热器，当变压器停止工作时启动加热器，防止冷凝水进入变压器。变压器防凝加热器由应急电源提供。低压配电柜主变压器次级绕组出线进入低压主配电进线柜，主空开采用施耐德MASTERPACTMT32空气断路器。该空气断路器广泛应用于电气系统中的馈电、配电、耦合或输出断路器，亦可以用于开关与保护电机、电容器、发电机、变压器、汇流排与电缆。该断路器具有完整的操作机构（带机械闭合的手动操作），并有过流、短路、欠压保护功能。进线柜配置必要元件实现以下功能：11电压显示功能电流显示功能合闸指示功能绝缘故障检测远程/分闸进线柜配置必要元件实现以下功能：电压显示功能电流显示功能合闸指示功能远程/分闸其它配电及MCC柜由施耐德断路器和接触器构成；所有进线柜、配电柜、MCC均设有温湿控制的防凝加热器和水冷空调。柜体IP等级要达到IP55.主机系统刀盘系统刀盘系统参数：刀盘旋转速度0～4.5rpm最大扭矩4500kNm脱困扭矩5300kNm密封最大压力6bar传感器和执行器明细：序号名称用途数量信号类型厂商备注1比例阀放大器刀盘旋转、10-10VW.S.E.T2限位传感器超挖刀伸缩检测2开关量3电机刀盘泵（带温度传感器）3315kW4编码器检测刀盘角度1DP总BUARU12线5压力传感器检测刀具磨损程度24~20mA待确定6速度检测传感器检测刀盘转速1PNP开关量图尔克B15-M18-AP6X7倾度传感器检测盾体倾角？14-20mA8接近开关刹车检测刹车1开关量刹车压力传感器刹车压力转换1开关量9刀盘压力传感器刀盘压力检测14-20mA10油温传感器刀盘泄露油温度检测14-20mA输送系统输送系统包括螺旋输送机和皮带输送机，在螺旋输送机上设置一个螺旋输送机伸缩油缸，由电磁阀控制，此油缸目的是用于控制螺旋输送机的伸缩动作，螺旋输送机与土仓铰接处存在一个前闸门，对前闸门的控制使用电磁阀，可以进行开度的手动/自动动作，关闭控制的前提是螺旋输送机伸缩油缸处于收缩到位状态。当需要安装，维修以及更换设备时，关闭前闸门以免泥土从土仓中流出。螺旋输送机里面包含两个泡沫输入口，在工作时，向内部注射泡沫以改善土质。在输送机末端与皮带输送机铰接处配备一个控制出料口开启和关闭排土闸门的油缸，此闸门的作用是当设备停止时或者下侧的装土车装土已满时关闭此闸门以免泥土溅落到其它设备上或者隧道内，从而对设备和施工造成影响，同时它还具有调节螺旋输送机内的泥土量的功能。操作时这个闸门可以锁定在任何位置，开度可在操作面板上控制，并且要求当断电或液压系统无法正常工作时关闭料口。以上两个闸门处都要预留注脂口，目的在于当两个闸门关闭时，向其连接处注入油脂，保证闸门的有效密封，避免改良后的土质流出。13在螺旋输送机后闸门开口处配备2个土压传感器来检测螺旋输送机内土压力。土仓内有5个压力传感器检测土仓内的压力值，通过调节螺旋输送机的速度，调节土仓内的土压力。当螺旋输送机转速接近上限时，控制系统将自动降低推进速度。当螺旋输送机转矩达到上限时（转矩可通过油压、转速和油泵流量计算出），将停止推进并报警。螺旋输送机控制有两种模式：土压控制模式和土方控制模式。前者采用土压传感器闭环的模式控制转速，后者根据掘进速度和盾构机直径计算出的土方折算出螺旋输送机转速进行控制。皮带输送机沿线配备一个拉绳式急停按扭盒，急停操作只针对皮带输送机有效，在皮带输送机末端配备一个功率为30KW的驱动电机，采用星三角启动，皮带输送机停止将关闭螺旋输送机出口阀门。螺旋输送机液压马达配有转速测量传感器，液压泵启动停止的比例阀状态与速度可以调节控制。皮带输送机末端装有急停复位按钮，按钮的形式采用钥匙复位开关。皮带输送机运行前将有警示铃和灯光提醒，提示作业人员施工准备，待延时5s后再启动皮带机。输送系统的技术参数：螺旋输送机出土能力452m3/h螺旋输送机转速0～22rpm皮带输送机带宽800mm皮带输送速度120m/min皮带输送机功率30kW传感器和执行器明细（最终信号和执行