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盾构电气控制系统盾构电气控制系统讲课内容1、盾构电气控制系统的组成2、PLC控制系统在盾构机上的应用3、常用安全保护电路在盾构机上的应用4、常用传感器在盾构机上的应用5、盾构机电气系统维修保养6、盾构机常见电气故障的处理盾构电气系统构成高压供电低压配电盾构PLC自动控制系统计算机数据采集系统机械、液压和辅助系统控制盾构机供配电系统组成高压供配电：由于盾构机整机负荷较大，因此盾构机采用高压10KV供电。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。但是本盾构采用的是干式变压器。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，对大功率的电动机盾构机供配电系统组成采用软启动器启动，中小功率的电机采用星三角启动或直接采用启动方式。变频器：变频器用于需要调速的地方其输出不但改变电压同时改变频率，变频器具备所有软启动器的功能。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。盾构机供配电系统组成3*70mm2TJB快速接头3*70+3*35/36/10KV250M高压电缆卷筒高压开关200A变压器10kv/400v1600KVA10KV250I/2500A400VAC50HZ400VAC50HZ3相母线65kvar*10cosφ=0.95PD1PD2I800A软启刀盘驱动315kw软启I刀盘驱动315kwPD3PD4软启320AI螺旋输送机160kwPD5I80AY-△软启I250A皮带机30kw推进泵站110kwI100AI80A补油泵37kw管片安装机45kwI80A膨润土泵30kwY-△Y-△Y-△PD610AI18AI14AI14AI25AI齿轮油泵4kw冷却水泵5.5kw工业水泵7.5kw推进控制泵5.5kw水过滤循环泵11kwI1.6A油脂泵0.18kwPD71.6AII40AI18AI18AI泡沫泵0.37kw二次通风15kw混凝土搅拌机7.5kw泡沫水泵7.5kw管片吊机PD813AI13AI13AIII13A13A1号拖车照明设备桥照明2号拖车照明3号拖车照明4号拖车照明PD9+MDB柜250II250250I250II250主控室以后的220v电源补偿器220v电源PLC控制面板24v电源其他配电柜面板I250主控室220v电源+DB柜PD1PD2250I250I250II250DB柜体照明人仓照明盾体照明250I人仓插座I250人仓加热PD324VDC220VACPLC盾构机控制系统控制面板PC控制系统主控制室400v/220v6.6KVA1.44KVA400V/24VDC400V/24VDC1.44KVA24VDC220VAC400V/24VAC1.44KVA800A160A160A160A160A160A160A主机控制系统的组成：主机控制系统盾构机主机控制系统采用主从、上下位机和分布式I/O结构。上位机为PC（个人计算机）和墙面式工控机组成的基于Profibus-Dp协议的现场总线的计算机局域网络，下位机是以SiemensS7-400为主站的可编程控制器系统。工控机和数据采集系统墙面式工控机为SiemensPC670人机界面，采用彩色液晶触摸屏，安置在盾构机操纵室内控制面板上。用于设置控制系统参数和显示数据，由现场操作人员使用。其余PC根据需要可以放置在机电工程师室和经理室。这些计算机上均安装WINCC（WINDOWSNT版）软件，用于对隧道内的施工情况进行实时监控，打印报表和其他管理工作。盾构机控制系统示意图远程计算机工业计算机PLCDIAIDOAO触摸屏显示器现场操作板接口遥控操纵板位置开关传感器等中间继电器驱动放大板开关阀、信号灯等比例阀、变频器、表头模拟传感器脉冲传感器接触器、电机等打印机激光导向系统主机控制系统的组成：主机控制系统采用PLC可偏程控系统盾构机是一个机、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。2020/3/13PLC的结构2020/3/132、PLC的工作原理直接起动控制电路采用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。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。PLC的工作方式常用PLC型号目前常用的PLC有西门子和施耐德。西门子PLC系列有S7-200\S7-300\S7-400三个系列，盾构机常用的是高档S7-400系列，施耐德PLC有MODICOM\PREMIUM\MUMENTUM系列。海瑞克盾构全部用的是西门子，维尔特用的全是施耐德。这有一个习惯问题。西门子常用的PLC编程软件是STEP7西门子常用的组态软件是WINCC施耐德常用的PLC编程软件是PL7和UNITY西门子S7-300系列PLC主操作室（主站）盾体（分站）配电柜（分站）SPS例如SIMATICS7数据收集和处理PC带有SwitchESPower用于通过PROFIBUSDP对SENTRON断路器进行参数化、操作和监视的软件显示单元例如带浏览器的笔记本以太网/内联网/因特网BDA/BDAPlusCOM15BSSETU测量ZSI模块数字输出模块继电器数字输出模块光耦合器数字输出模块继电器,可配置模拟输出模块数字输入模块数字输出模块光耦合器,可配置SENTRONWL西门子S7-400系列PLC西门子标准通讯总线PROFIBUS-DPAS-IAS-IET200U断路器AS-IDP/AS-I-LinkTELEPERMM,SIMATICS5,SIMATICS7MasterDriveM3~M3~MicroMasterSIMOCODE-DPCOROSSICAMLCCM3~ET200L中压断路器3AHTCP开放:基于TCP/IP的自由协议-基于EthernetTCP/IP的Modbus协议Ethernet伙伴Fipio伙伴Modbus伙伴OPC兼容JavaApplets库函数SCP开放:第三厂家的串行协议ProfibusDeviceNet/ControlNetInterbus第三厂家的总线型I/O施耐德Premium系列PLC电话线-ModemHTMLWebserverAS-i总线第三厂家总线-Interbus-S-Profibus-DP-CANopen施耐德Momentum系列分布式PLC带分布式I/O的控制器•I/O总线(Interbus)-最多128I/O模块，距离42,000英尺.•ModbusPlus方式-最多64I/O模块，距离6000英尺•以太网-最多64I/O模块，距离与介质有关.RS-232Port-ModbusI/OBus(Interbus)CommunicationtoDistributedI/OModulesMomentumI/OModuleslocatednearfielddevicesMomentumProcessormountedonI/OModuleComputerOperatorStation施耐德PLC通讯总线MODBUSPLUS和FIPIO盾构PLC控制系统组成（西门子）主操作室（主站）盾构机PLC控制系统组成（续）盾构机PLC控制系统配置PROFIBUS-DPVMTPC670光/电电/光PCMPIDP控制系统配置示意图PCPCTCP/IPTBM-PLC控制系统配置图PCPCPLC系统配置示意图Magelis盾构PLC控制流程图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，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，并显示盾构姿态在线状态监视显示屏---WDAS（数据采集系统）WDAS系统主要用于TBM主机工作状态监视、掘进参数统计分析、历史数据查询和故障统计，打印输出掘进报告和有关报表。WDAS具有人机界面友好。显示信息丰富，历史数据贮量大，故障信息和运行状态数据保存完整特点。特别是它保存完整的故障信息和运行状态数据对诊断某些疑难故障非常有用，因此WDAS系统是对MAGELS故障诊断的一种补充。WDAS共有12个显示界面。F1—启动屏，F2—TBM参数屏，F3—全视屏，F4—液压系统屏，F5—趋势图显示屏1，F6—趋势图显示屏2，F7—换班信息屏，F8—输入参数屏，F9—选择屏，F10—报警/信息屏，F11—打印屏，F12—系统屏。其中F2—参数屏，F3—全视屏，F4—液压系统屏，F10—报警/信息屏，对故障诊断非常有帮助。参数屏：显示TBM当前主机的各种运行参数全视屏：显示TBM主机各系统的当前的运行状态液压系统屏：显示TBM液压系统当前的运行状态及压力温度、液位等参数。报警和信息屏：显示TBM主机的各种故障报警信息和工作状态信息，并可通过打印报警报告信息报导查询TBM以前任何时候的报警信息和工作状态信息，各种报警信息和工作状态信息都有起止时间，这对诊断故障十分有用。在线状态监视显示屏---WDAS（数据采集系统）PLC专用笔记本编程器在线实时查询和故障诊断PLC专用笔记本编程器在线实时查询和故障诊断正常情况下，PLC控制系统的故障诊断Magelis就能解决绝大部分电气、液压故障，但遇到联锁关系复杂Magelis不能直接反映其故障的情况，就需要借助于专用笔记本编程器FTX417-20才能快速查找和确定故障。使用FTX417-20笔记本编程器可以快速查询故障信息的部位和相关信息状态，分析内部联锁关系，修改和优化程序。使用FTX417-20又可以对PLC程序进行在线监控。连接FTX417-20到PLC上，进入online（在线状态）时PLC程序的所有状态都将实时反映在编程器上，将Magelis提供的故障地址输入到编程器，利用编程器的搜索功能将很快找出故障信息所在子程序和相关信息并显示在屏幕上，造成故障的条件信息，将以不同的颜色显示在屏幕上。这样就可以非常直观、快速地查找到故障，并分析可能的故障原因，最终排除故障。使用编程器还可以修改和优化PLC程序，当发现程序有问题，需要修改程序，或在查找故障时，需要临时做一些上处理，（如临时短接某个条件，强制置位）等，利用编程器可以实现在线修改。编程器对于PLC故障诊断。特别是对于那些Magelis上无故障显示，而机器又确实发生故障的情况，用编程器来诊断非常准确有效。因此，Magelis和专用笔记本编程器是TBM在线故障诊断的两个最重要的必不可少的工具。故