盾构电气控制系统简介

盾构电气控制系统简介中铁十二局第二工程有限公司盾构一项目部赵玮栋盾构电气控制原理简介主要内容•一、盾构电气控制系统原理1、盾构电气控制系统的组成2、PLC控制系统在盾构上的应用3、变频器在盾构上的应用4、常用安全保护电路在盾构机上的应用5、常用传感器在盾构机上的应用6、盾构机电气系统维修保养•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•仿形刀系统盾构供配电系统–高压供配电：由于盾构机整机负荷较大，因此盾构机采用高压10KV供电。为保证盾构机连续掘进，采用400m(200m)高压软电缆槽和高压电缆卷筒实现连续不间断供电。–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。–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，中小功率的电机采用星三角启动或直接采用启动方式。–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，通过控制接触器切换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。盾构供配电系统盾构供配电系统关键点•高压断路器的保护整定值•低压断路器的保护整定值•电机保护热继电器整定一定不要超过电机额定电流•星-三角启动要注意接线正确，防止电源短路。•洞外的高压开关柜在过流、速断的基础上，建议增加零序电流保护。盾构机控制系统示意图盾构主机控制系统–盾构主机控制系统采用PLC可偏程控制器的特点–盾构是一个机、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。是掘进机的大脑和心脏。1.PLC的结构2.PLC的工作原理•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。4、盾构常用PLC品牌•目前我们单位盾构常用的PLC有西门子、施耐德、三菱。•海瑞克盾构全部用的是西门子•维尔特和NFM用的全是施耐德•日本小松全是三菱系列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，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，并显示盾构姿态变频器在盾构机上的应用•常用的主驱动有液压驱动和电驱动、变频驱动模式.目前我们盾构机上主驱动系统就采用变频驱动。图为设备变频柜。变频器在盾构机上的应用•此屏幕为变频柜上简单调节变频柜的操作界面。安全保护电路在盾构的应用•安全继电器保护回路，采用紧急按钮、紧急继电器双接点保护•安全保护设计：接近保护开关常闭回路设计。断线监视功能。•绝缘检测•高压保护，短路、过流、速断，单相接地•接地连续性监测保护，高压快速插头TJB高压快速插头盾构机常用传感器•电感感应式接近开关。（有常闭和常开两种接线方式）•压力传感器、压力开关。（压力开关也有常闭和常开两种接线方式）•电容式流量传感器、流量开关。•温度传感器、温度开关。•位移传感器（拉线式、磁滞式）•倾角传感器•旋转编码器盾构机常用传感器•编码器•它采用PROFI-BUS总线方式与PLC直接通讯；现场无需调节。在PLC处可以显示全部角度，•它是绝对值型编码器，精度很高。•PLC自动检查通讯线路，线路正常OK、内部有故障PLC也要显示，•更换编码器要点：•1)安装编码器（对准斜槽直接插入），按图接线。•2)设置地址开关DIPSWITCH、因为PLC需要找地址。•3)连接PROFI-BUS总线。•4)激活终端电阻（因为只有一个编码器，也是终端）•5)复位（Reset）•6)将管片机转到最下方，设置0位，而后设置左右最大转角限位，然后转动管片机观测限位是否合适，可随时修改。盾构机常用传感器•澎润土流量传感器盾构机电气系统维护保养•由于振动较大，要定期紧固接线端子。特别是电机接线端子。•防水、防潮，绝缘检查。•除尘，降温•传感器加防护•接地良好•焊接作业时要注意一定要焊接那里接地线就接在那里。特别是在PLC附近和主轴承内外侧焊接作业盾构机常见电气故障判断和处理•处理故障的原则：•先简后繁，由外而内。•先检查电源，在检查外部线路。•绝大多数故障是线路故障，断线、短路、接地和接触不良等。•PLC程序一般不会出问题。•对于电气故障要先从简单的地方查起，开始不要考虑的太复杂。盾构现场临时施工用电管理•盾构施工供电分类•按照施工设备分类•1、盾构供电•2、配套设备供电•按照电压等级分类•1、高压供电•2、低压供电盾构现场临时施工用电管理•盾构施工临时用电的几个重要方面•集约用电•安全用电•节约用电盾构现场临时施工用电管理•集约用电的意义•1、最佳的供电容量•（满足盾构施工所需的最小总供电容量）•2、最佳的供电分配•（盾构用电和配套用电负荷中心、箱变容量选择）•3、最少的供电投入•（供电报装费用最节省）盾构现场临时施工用电管理•选择最佳供电容量•根据盾构实际生产的过程考虑容量，•1、不能进行简单累加的方法。•2、对不同的设备采用利用系数的方法并不是唯一•的依据。•3、结合外部供电条件、盾构施工时设备同时用电•的情况、小型机具实际的使用情况都是必须考•虑的。盾构现场临时施工用电管理•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％。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）盾构现场临时施工用电管理•安全用电•3、电缆的耐压检测（尤其是再次重复使用电缆）高压电缆在投入使用时，必须进行耐压检测实验，直流耐压实验电压应为额定电压的3～5倍，相间泄漏电流均衡，三相对地泄漏电流均衡，数值由电缆的长度有所不同。不同电缆按厂家的试验要求做耐压试验。软电缆按2.5倍耐压试验。通常交联聚氯乙烯高压电缆按以下要求：新电缆按照3倍耐压检验，泄漏电流在80uA以下旧电缆按照2.5倍耐压检验，泄漏电流在80uA以下盾构现场临时施工用电管理•安全用电•4、接地系统一定可靠。接地系统是安全保证的前提。对于接地的电阻要经常复测，防止由于冬季干旱等原因造成接地失效。盾构现场临时施工用电管理•节约用电•选择合理工况对于盾构机这样比较大型的设备，针对不同的地质情况，合适的刀盘转速，螺旋输送机转速，盾构机推力，在同样的掘进距离时，能节约较多的电量。例如：通风机选用变频或双速风机，根据隧道通风距离选择频率、风量，可以节约大量电力。盾构现场临时施工用电管理•节约用电•及时停机，减少损耗对于循环式作业的机械设备，在完成某一工序时，及时的停机，也可以节约大量电力。例如：泥水盾构机的泥水处理场，在盾构掘进完成后如果泥水处理效果达到要求，及时的和盾构司机联络，停机可以节约大量电力。例如：在掘进结束后，及时停止推进泵、补油泵等也可以节约大量的电力。盾构现场临时施工用电管理•节约用电•安装补偿装置，减少无功损耗。无功补偿不仅仅是减少功率因数低下供电局的罚款。也是减少我们自身电力损耗的良方。谢谢观赏WPSOfficeMakePresentationmuchmorefun@WPS官方微博@kingsoftwps