盾构电气控制系统简介

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
• • • • 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
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
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。
• 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DIP SWITCH、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。
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
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。
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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 • • • • • •
• 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）
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。
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
– 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。
• 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）