TBM盾构电气控制系统
TBM盾构电气控制系统
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。
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。
第三厂家总线 - Interbus-S - Profibus-DP - CANopen
第三厂家的总线型 I/O
DeviceNet/ControlNet
Profibus
Interbus
Operator Station
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 128 I/O 模块，距离 42,000 英尺. • Modbus Plus 方式 -最多 64 I/O模块，距离 6000 英尺 • 以太网 -最多 64 I/O模块，距离与介质有关.
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。
TBM及盾构安全操作规程
TBM和屏蔽安全操作程序一、TBM在盾构内工作和操作的施工人员必须接受专业培训，并具有相关行业的上岗证书，且应具有较强的责任心。
二、TBM以及在盾构内所有区域工作的人员1. 必须佩戴安全帽，防止安全帽脱落(不包括控制室内)。
2. 统一使用工作服,衣服的袖口和裤脚必须扎紧。
禁止使用尼龙、化纤或混纺的衣料制作的工作服。
员工进入生产现场时不得穿拖鞋、凉鞋、高跟鞋、短裤。
3. 长发必须用发卡卡住或扎起,不要佩戴首饰，包括戒指、项链等。
女工作人员禁止穿裙子。
4. 在特殊环境中工作的人员必须配备防护装备。
(如防护镜、呼吸器具等)三、TBM在盾构内工作的相关人员应非常熟悉设备上的所有安全保证设备，以便在可能发生危险时能利用这些设备来避免和消除危险的发生。
四、发生紧急故障或事故的状态下应立即按下紧急状态停止按钮，以防止或停止事故的继续发生。
随时按下主控室控制面板上的紧急停止按钮，即可停止所有运行设备，并切断主电源供应（除紧急照明电源外）。
另外,部分锁定开关如维修保养开关也在控制室的控制面板上。
其余控制盒上的紧急停止按钮只能切断本系统的能源供应。
五、工作区域内的所有人员应非常熟悉防护罩上的所有警示灯、警报器所表示的盾构设备状态及可能发生的危险含义，警示灯和警报器的作用不单表示系统故障，也能警示工作人员注意机器的运转情况，从而防止事故的发生。
TBM和盾构有以下几种警示灯、警报器：1. 当传送带启动时，伴随着警告灯闪烁和警报响起；2. 当段安装程序运行时，会发出声音警告信号,信号是自动发出的；3. 当段安装程序旋转时,警示灯也会闪烁；六、工作人员应熟悉设备内的联络系统，并定期检查，确保这些通信设备能够正常使用。
主要包括以下通信设备：1. 主控室通信设备；2. 人舱外/呼叫设备；3. 拖车/灌浆泵站通信设备；4. 使用调制解调器通过电话线将数据信息传输到地面。
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
TBM盾构电气控制系统
TBM盾构供配电系统的组成
TBM上的电气系统组成
TBM
TBM PLC
通新新主污皮铰管推刀 讯鲜鲜轴水带接片进盘 和风水承泵输缸拼系驱 监和供的系送系装统动 控除应油统机统机（系 系尘以润 系 和主统 统系及滑 统 管要 冷和 片是 却油 吊主 系脂 机推 统系 系与 统 统辅 推 ）
TBM盾构电气控制系统
TBM盾构电气控制系统讲解
讲课内容 1。TBM盾构供配电系统的组成 2 。TBM上的电气系统组成 3。盾构机供配电系统主要组成 4。TBM盾构机常用传感器 5。绝缘监测和相位保护 6。TBM盾构机电气系统维修பைடு நூலகம்养 7。 TBM盾构机常见电气故障的处理 8 。工具的使用——万用表
：
括
上 的 电 气 系 统 控 制 ， 包
计 算 机 数 据 采 集 系 统
低 压 配 电
高 压 供 电
自 动 控 制 系 统
盾构机供配电系统主要组成
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。为保 证盾构机连续掘进，采用100m高压软电缆和高压电缆卷筒实现连续不间断 供电。 变压器：TBM及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。TBM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。
最新TBM和盾构的区别
T B M和盾构的区别1.适用的工程不一样，TBM用于硬岩，盾构机用于土层的挖掘。
2.两者的掘进，平衡，支护系统都不一样。
3.TBM比盾构技术更先进，更复杂。
4.工作的环境也不一样，TBM是硬岩掘进机，一般用在山岭隧道或大型引水工程，盾构是软土类掘进机，主要是城市地铁，及小型管道。
其实 TBM和盾构除了这些本质的差别外，笼统的来说，都是一样，都是隧道全断面掘进。
只是不同的工作环境应用不用的机械罢了。
全断面掘进机（TBM）和土上的盾构机（如泥水加压盾构）还是有很大区别的。
因为毕竟两者的工作环境不一样，造成两者的掘进，平衡，支护系统都不一样。
而且前者也远比后者复杂TBM与盾构机在价格方面有很大不同；适应的工作环境不一样；施工进度两者有很大差异。
TBM主要用于在岩石中开挖,而盾构机主要用于在土层中开挖TBM英文原文: Tunnel Boring Machine中文即：隧道掘进机(1)在岩石中开挖隧道的TBM：通常用这类TBM在稳定性良好、中～厚埋深、中～高强度的岩层中掘进长大隧道。
这类掘进机所面临的基本问题是如何破岩，保持掘进的高效率和工程顺利。
(2)在松软地层中掘进隧道的TBM：通常用这类TBM在具有有限压力的地下水位以下的基本均质的软弱地层中开挖有限长度的隧道。
这类掘进机所面临的基本问题是空洞、开挖掌子面的稳定、市区地表沉降等。
对于全断面隧道掘进机，目前在国内有两种提法，其一是岩石掘进机（TBM），其二是盾构机。
TBM就是适合硬岩掘进的隧道掘进机，盾构机指的是适于在软岩、土中的隧道掘进机。
这种说法有些言不符实，因为现在许多硬岩TBM也采用盾构技术，而TBM本来就是隧道掘进机的意思。
鉴于学术及现实中称法混乱，造成许多麻烦，所以本文建议国内采用统一称法，采用“硬岩TBM”和“软岩TBM”两种来规范（下文就采用此用法）。
其中硬岩TBM又可分为敞开式TBM、护盾式TBM。
硬岩TBM适用于山岭隧道硬岩掘进，代替传统的钻爆法，在相同的条件下，其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍，最佳日进尺可达150m；具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。
硬岩掘进机 工作原理
硬岩掘进机工作原理TBM(tunnel boring machine)隧道掘进机是一种靠刀盘旋转破岩推进，隧道支护与出碴同时进行，并使隧道全面段一次成形的大型机械。
国际上所讲的TBM，既包括用于软土地层的盾构隧道掘进机，又包括用于岩石地层的硬岩隧道掘进机；但在中国和日本，习惯上盾构特指用于软土地层的隧道掘进机，TBM特指用于岩石地层的隧道掘进机。
TBM是指全断面岩石隧道掘进机，它与盾构的主要区别就是不具备维护掌子面稳定的功能，而盾构施工主要由稳定开挖面、掘进及排土、管片衬砌及壁后注浆三大要素组成。
当然随着双模式掘进机的发展，在复杂地质条件下，集TBM和盾构双重功能于一体，如具备硬岩TBM模式与土压平衡模式的双模式掘进机、具备硬岩TBM模式与泥水平衡模式的双模式掘进机。
国产大直径(9.03m)TBMTBM具有掘进、出碴、导向、支护四大基本功能，对于复杂地层，还配备超前地质预报设备。
掘进功能主要由刀盘旋转带动滚刀在开挖面破岩以及为TBM提供动力的扭矩系统和推进系统完成；出碴功能一般分为导碴、铲碴、溜碴、运碴四部分；导向功能主要包括确定方向、调整方向、调整偏转；支护功能分为掘进前未开挖的地层预处理、开挖后洞壁的局部支护以及全部洞壁的衬砌；超前地质预报系统一般由超前钻机和自带的物探系统组成。
现场组装好的TBM，大约200多米长现代的TBM采用了机械、电气和液压等诸多领域的高科技成果，运用计算机控制、闭路电视监视、工厂化作业，是集掘进、出碴、支护、运输于一体的成套设备。
采用TBM施工，无论是在隧道的一次成型、施工进度、施工安全、施工环境、工程质量等方面，还是在人力资源的配置方面都比传统的钻爆法施工有了质的飞跃。
但当TBM遇到不良地质条件时适应性差，不如传统钻爆法施工灵活，且前期一次性投入费用较大，对施工人员素质要求高。
全断面掘进机用于硬质岩巷道以及软质土层施工。
全断面掘进机基本工作原理是，前面的圆形刀盘在千斤顶的推动下旋转并向前推进，圆柱体的钢组件（即护盾）对挖掘的隧洞起临时支撑作用，挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行；盾体后方传送带运输挖下的土壤、岩石和砂砾，先进入土仓并被阶段性传送到井口。
TBM及盾构安全操作规程
TBM及盾构安全操作规程TBM（隧道掘进机）及盾构是建设隧道时常用的工程设备。
为了保证工作的安全性和高效性，必须遵守以下安全操作规程。
1. 设备检查：在每次使用TBM及盾构之前，必须对设备进行全面检查，包括机械、电气系统、液压系统等。
确保所有部件正常工作，无任何异常。
2. 人员培训：所有操作人员必须接受专业的培训，了解设备的操作原理和安全规程。
只有经过培训并拥有相关证书的人员才能操作TBM及盾构。
3. 安全标志和警示：在工作现场，必须明确标示安全禁止区域、设备操作区域等。
同时，应设置明显的警示标志，提醒人员注意安全。
4. 使用个人防护装备：所有工作人员都必须配备合适的个人防护装备，包括安全帽、安全鞋、安全眼镜和耳塞等。
这些装备能够有效地保护工作人员的安全。
5. 通风和防尘：在使用TBM及盾构时，必须做好通风和防尘措施，确保工作环境的空气质量。
这对于保护工作人员的健康非常重要。
6. 安全操作程序：在操作TBM及盾构时，必须按照安全操作程序进行操作。
例如，在开始工作之前，必须进行设备预热和试运行，检查所有仪表的工作状态。
7. 安全监控系统：在使用TBM及盾构时，必须安装安全监控系统，监测设备工作状态和隧道周围的地质变化。
一旦出现异常情况，应及时采取措施并停止工作。
8. 紧急救援计划：在使用TBM及盾构时，必须制定紧急救援计划，明确各种紧急情况下的应急措施和责任分工。
所有工作人员都应熟悉并了解该计划。
9. 安全会议：定期组织安全会议，对TBM及盾构的安全操作规程进行培训和交流，及时解决工作中遇到的安全问题和难题。
10. 定期维护和检修：定期对TBM及盾构进行维护和检修，确保设备处于良好的工作状态。
任何设备故障都必须及时修理，以避免造成不必要的事故和损失。
以上就是关于TBM及盾构安全操作规程的一些要点。
遵守这些规程可以确保工作的安全性，减少事故的发生，提高工作效率。
同时，不断总结经验，及时更新和改进安全规程，也是非常重要的。
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）。
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施耐德PLC通讯总线 MODBUS PLUS 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
PC PC PC
电/光 光/电
控制系统配置示意图
TCP/IP
PC670 VMT
DP
MPI
PROFIBUS-DP
TBM-PLC控制系统配置图
PLC系统配置示意图
PC
Magelis
PC
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。
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
主机控制系统采用PLC可偏程控系统的意义 TBM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TBM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TBM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。
AS-i 总线
电话线 - Modem
第三厂家总线 - Interbus-S - Profibus-DP - CANopen
第三厂家的总线型 I/O
DeviceNet/ControlNet
Profibus
Interbus
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 128 I/O 模块，距离 42,000 英尺. • Modbus Plus 方式 -最多 64 I/O模块，距离 6000 英尺 • 以太网 -最多 64 I/O模块，距离与介质有关.
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
10KV
主控制室
3*70mm2 TJB快速接头 3*70+3*35/3 6/10KV 250M 高压电缆卷筒
盾构机控制系统示意图
显示 器 触摸 屏
激光导 向系统
远程计 算机
打印 机
工业计 算机
PLC
DI DO
接口
AI
AO
现场操 作板
遥控操 纵板
位置 开关 传感 器等
中间 继电 器 开关 阀、 信号 灯等 接触 器、 电机 等
驱动 放大 板 比例 阀、 变频 器、 表头
模拟 传感 器
脉冲 传感 器
主机控制系统的组成：
400VAC 50HZ 3相母线
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6.6KVA
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400V/24VDC
软启 软启 软启 软启 Y-△ Y-△ Y-△ Y-△
400V/24VDC 1.44KVA
PLC的结构
编程器 打印机 计算机 盒式磁带机 条码扫描仪
外 部 设 备 接 口
存储器 系统程序 用户 程序 数据
I/O 扩 展 接 口
I/O 扩 展 单 元 指示灯 电磁线圈
按钮 触点
…
行程开关 输入设备
2013-8-4
输 入 模 块
CPU
输 出 模 块
…
电磁阀 输出设备
电源
2、PLC的工作原理
TBM盾构电气控制系统
TBM盾构电气控制系统
讲课内容 1。TBM盾构电气控制系统的组成 2。 PLC控制系统在TBM盾构机上的应用 3。常用安全保护电路在TBM盾构机上的应用 4。常用传感器在TBM盾构机上的应用 5。TBM盾构机电气系统维修保养 6。 TBM盾构机常见电气故障的处理
显示单元 例如带浏览器的笔记 本 模拟输出模块 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 数字输出模块 光耦合器, 可配置 数字输入模块 ZSI模块
SENTRON WL
COM15
BSS ETU
测量 BDA / BDA Plus
西门子标准通讯总线
PROFIBUS-DP
操作画面
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。
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 Siemens S7-400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Siemens PC670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（WINDOWS NT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。
补油泵37kw
油脂泵0.18kw
设备桥照明
4号拖车照明
水过滤循环泵11kw
泡沫水泵7.5kw
管片吊机
1号拖车照明
2号拖车照明
冷却水泵5.5kw
混凝土搅拌机7.5kw
推进泵站110kw
工业水泵7.5kw
齿轮油泵4kw
皮带机30kw
膨润土泵30kw
推进控制泵5.5kw
管片安装机45kw
65kvar*10 cosφ=0.95
COROS SICAM LCC TELEPERM M, SIMATIC S5, SIMATIC S7 Master Drive Micro Master AS-I M 3~
M 3~
DP / AS-I Link
ET200 U
SIMOCODE-DP
ET200 L AS-I 中压断路器 3AH 断路器
AS-I
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。
2013-8-4
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。
常用PLC型号
M 3~
施耐德Premium 系列 PLC