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1、TBM盾构电气控制系统原理与施工现场临时用电管理,主要内容,一、TBM盾构电气控制系统原理1、 TBM盾构电气控制系统的组成2、 PLC控制系统在TBM盾构上的应用3、变频器在TBM盾构上的应用4、常用安全保护电路在TBM盾构机上的应用5、常用传感器在TBM盾构机上的应用6、TBM盾构机电气系统维修保养 二、TBM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,TBM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 支撑系统（外凯和前后支撑） 油脂集中
2、自动润滑系统 仰拱吊机和材料吊机 皮带输送机系统（连续皮带机） 混凝土输送和喷浆系统 钢拱架安装输送系统 供水及水冷却系统 制冷系统,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、液压和辅助系统控制，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 人仓及保压系统,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 破碎机、泥浆门、泥水平衡系统 泥浆泵及输送系统 盾尾密封系统 同步注浆系统 集中自动润滑
3、系统 冷却系统 人仓及保压系统,土压平衡盾构,泥水平衡盾构,TBM及盾构供配电系统,高压供配电：由于TBM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
4、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。,TBM供配电系统,盾构机供配电系统,TBM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
5、加零序电流保护。,主机控制系统的组成,主机控制系统 目前常用的有两种系统构成模式：集中式和分布式。 HK大多数采用集中式（除泥水盾构外），WIRTH、小松、LOVAT和NFM多采用分布式。 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（或MODBUS）协议的现场总线的计算机局域网络，HK下位机是以Siemens S7-400为主站， S7-300为分站的可编程控制器系统。NFM下位机是以Premiun-57为主站,Momentum为分站的可编程控制器系统。工控机和数据采集系统 采用墙面式工控机为人机界面，采用彩
6、色液晶显示屏，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。其余采用普通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WDAS或PDV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,PLC,DI,AI,DO,AO,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,TBM盾构主机控制系统,TBM盾构主机控制系统采用PLC可偏程控制器的特点T
7、BM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。,常用PLC
8、型号,目前我们单位盾构常用的PLC有西门子、施耐德、三菱和AB公司。 西门子PLC系列有S7-200，S7-300，S7-400和ET200M远程I/O等系列，盾构机常用的是高档S7-400系列和ET200M远程I/O 。 施耐德PLC有MODICOM，PREMIUM，MUMENTUM系列。 海瑞克盾构全部用的是西门子，维尔特和NFM用的全是施耐德。日本小松全是三菱系列，罗威特用的是AB系列。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是PREMIUM系列。编程软件是PL7和UNITY。 小松常用是三菱A3和Q系列 罗威特
9、用的是罗克韦尔的ControlLogix系列.编程软件是RSLogix5000和RSLinx,西门子S7-300系列PLC,主操作室（主站）,盾体（分站）,配电柜（分站）,西门子S7-400系列PLC,西门子标准通讯总线,PROFIBUS-DP,SCP开放 : 第三厂家的串行协议,施耐德Premium 系列 PLC,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
10、有关.,RS-232 Port - Modbus,I/O Bus ( Interbus) Communication to Distributed I/O Modules,Momentum I/O Modules located near field devices,Momentum Processor mounted on I/O Module,Computer,OperatorStation,施耐德PLC通讯总线 MODBUS PLUS 和FIPIO,2018/10/18,1. PLC的结构,2018/10/18,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
11、PLC分成3部分：输入部分、内部控制电路和输出部分。,2. PLC的工作原理,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。,3. PLC的工作方式,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,TBM-PLC控制系统配置图,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; INTOUCH;iFIX;PCVUE；国内的有组态王;等，还有用户用C语言和OPC软件自己开发的。 现场工控机与
12、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
13、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，F2TBM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
14、、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笔记本编程器在线实时查询和故障诊断,大多数情况下，通过故障显示界面就能诊断和解决盾构控制系统的绝大部分电气、液压故障，但遇到联锁关系复杂它不能直接反映其故障的情况，就需要借助于笔记本编程器才能快速查找和确定故障。使用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。 使用笔记本编程器又可以
15、对PLC程序进行在线监控。连接笔记本编程器到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，将故障显示屏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。特别是对于那些无故障显示，而机器又确
16、实发生故障的情况，用编程器来诊断非常准确有效。 因此，故障显示屏和笔记本编程器是TBM在线故障诊断的两个最重要的必不可少的工具。,故障在线实时显示屏-Magelis PLC的编程控制系统带有一个故障在线实时显示屏（Magelis），它可以将TBM各种电气液压发生的故障及时地显示和记录下来。供故障诊断分析使用，并提供发生故障部位的信息或可能发生故障部位的相关信息，便于缩小故障找询范围，快速诊断故障。 Magelis的主要功能为： 立即显示并记录当前刚发生的故障信息，并有音响提示 可循环显示512个故障的历史记录，通过翻页形式来查询。 可循环显示当前尚未消除的故障信息 监视所有通道的实际显示值 可查询的故障信息内容有： 故障的内容，即何种故障 故障发生的时间和消除恢复的时间 故障的子程序和行号 故障的PLC输入端口地址，和相应元件的电气编号 模拟量输入信号的故障通道号等。 Magilis是TBM最重要最实用的在线诊断工具，TBM主要电气、液压故障都将首先在Magelis中显示，同样，当发生任何电气、液压故障时，操作人员首先要查看Magelis记录。,
