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1、土压平衡盾构机电气系统概述及电气故障处理方法与心得 本文档格式为WORD,感谢你的阅读。 摘要:近年来，隧道及地下空间的大发展，促进了盾构施工技术的飞速进步，作为盾构法施工的主角，现代盾构机集机、电、液、气、传感、信息技术于一体，是一种综合技术很强的隧道开挖施工机器。盾构施工过程包括土体挖掘、渣土改良、渣土传送、同步注浆、管片拼装以及测量系统等，这些过程都通过盾构机的PLC控制、触摸屏、变频器、气动、液压等来实现盾构掘进中各个环节的自动化。高自动化控制是现代盾构机的主要特点。但它也为盾构机的安装、调试、运行、维修以及改进带来了很大的困难。因此解决盾构机故障也是盾构施工中一个比较棘手和重要的问题
2、。如何快速、准确地检查并解决盾构机的故障是我们一直探索和研究的问题。本文结合日本JTSC(原IHI)土压平衡盾构机特点和北京地铁十号线二期第十标段以及南水北调东干渠工程第七标段盾构掘进过程中的盾构维修经验，重点介绍JTSC(原IHI)盾构机的电气系统组成和电气故障处理方法、心得体会。 关键词： 盾构机电气系统故障排除 F407 A Abstract : In recent years , large tunnels and underground space development , and promote the rapid progress of shield construction
3、technology , as the protagonist of shield construction , modern shield machine mechanical, electrical , hydraulic, pneumatic , sensing, information technology in one is a highly integrated technology tunnel excavation machines. Shield construction process , including soil excavation, muck improvemen
4、t, sediment transfer , synchronous grouting, tube sheet assembly and measurement systems , these processes through the shield machine PLC control, touch screen, inverter , pneumatic , hydraulic etc. shield tunneling achieve all aspects of automation . High automation and control are the main feature
5、s of modern shield machine . But it also shield machine installation , commissioning, operation , maintenance and improvements brought great difficulties. So to solve the TBM shield construction faults is also one of the more difficult and important problem. How to quickly and accurately check and t
6、roubleshooting shield machine is what we have to explore and study. In this paper, Japanese JTSC ( original IHI) EPB shield machine characteristics and Beijing Subway Line two tenth tenders and diversion canal project East Seventh tenders during tunneling shield repair experience , focusing on JTSC
7、electrical Systems (formerly IHI) shield machine composition and electrical troubleshooting methods , and experience. Keywords : shield machine electrical system troubleshooting U226.8+1 A 一、电气系统组成 盾构机的电气系统主要分为供配电系统、电机控制系统、PLC自动控制系统、计算机控制及数据采集系统等。 1、供配电系统 盾构施工是参考工厂式的流程化作业施工，盾构机的供配电系统设计原则也是参照工厂供配电原理设
8、计的。供配电系统分为高压系统和低压系统，其用电设备列表1如下： （1）高压系统 由上述电力负荷计算可知，盾构机用电量大，且供电距离较长，JTSC(原IHI)盾构机采用10KV盾构专用电缆从地面高压配电柜直接接入盾构机后配套台车的ZBW-1400KVA10/0.4kV箱式高压变电柜内，再向盾构机上各设备以及洞内其他用电设备供电。这种方式不仅供电可靠性高，而且盾构机出现故障时不影响施工现场附近的城市用电。 （2）低压系统 JTSC(原IHI)盾构机的低压配电电压为380/220/100V，采用三相四线制的保护接零方式，在变压器的低压侧，共用地线和中性线，把盾构机各个用电设备的外露不导电部分和台车与
9、地线直接相连，这种N线与PE线合一的变压器中性点接地系统叫TN-C系统。同时盾构机的各个用电设备采用放射性供电方式，任意一回路出现故障都不会影响其他回路的工作。 盾构施工环境潮湿且较狭窄，容易发生漏电危险，盾构机采用的是各个设备的外露不导电部分都与地线相连的配电保护形式，当设备绝缘损坏外壳时，就通过地线形成回路产生短路电路，从而使保护装置迅速动作，切断漏电设备的电源，以保障人身安全。 1.2、电机控制系统 盾构机中电动机的数量多，容量大小不一。故其控制应根据容量及负载的不同而异。盾构机中电动机的控制主要有启动控制和调速控制。 （1）启动控制 盾构机中的传动电动机基本为交流电动机由于交流电动机对
10、电源电压的波动较敏感，故应减小电动机启动时电源的波动。盾构机中电动机的启动方式主要有变频启动、星-三角启动和直接启动。由于刀盘电机（10个电机，每个电机55KW）、注浆系统电机和土体改良系统电机，用电量较大，如采用直接启动，会产生极大的冲击电流，为了避免启动电流对电网的冲击，采用软启动模式启动（变频器启动），且能随时改变电机的转速。对于盾构启动柜内的中型功率的各油泵电机采用星-三角启动，启动电机时，控制接触器用星型连接，此时工作电流只有正常运行时的1/3，启动一分钟左右（由时间继电器控制），控制接触器转换成三角形连接方式运行。以上两种控制方式经济、简便并且能到达减小启动电流的目的。同时还有一些
11、小功率电机一般都采用直接启动模式启动，如清洗水泵电机和管片吊装电机等。 （2）调速控制 盾构机中大量的电动机在工作时需要进行调速，如盾构机刀盘驱动电机、注浆系统电机和土体改良系统电机等，它们采用变频调速。变频调速广泛应用于盾构机的电动机控制系统，它通过改变频率进行调速。根据需要调节的指标来改变频率。由于采用变频调速的大容量电动机能够产生较大的启动转矩变频调速还解决了电动机的启动问题。 1.3、PLC自动控制系统 盾构机是一个机、电、液、气一体化的隧道开挖施工机械，是大型化、自动化、流程化的大型连动机械。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
12、停机修理，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。2 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等都输入到PLC输入模块，所有输出信号都由PLC输出模块发出的。方便建立各种连锁关系。因此PLC可编控制器是盾构机的控制中枢，亦是盾构机的大脑和心脏。 JTSC(原IHI)盾构机的PLC自动控制系统主要由地面监控室的监控电脑、盾构机上的电脑以及各种传感器、三菱PLC系统和演算工房测量系统组成（如图1-1）。 图1-1 盾构机自动控制
13、系统 （1）PLC系统组成 PLC系统主要由CPU模块、通信模块、信号模块、智能I/O模块、功能模块和电源模块组成。PLC控制系统在盾构机上的应用如图1-2所示： 图1-2 PLC系统图 （2）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。具体如图1-3所示。CPU从第一条指令开始执行直到结束符号返回第一条指令，如此循环。即在系统软件控制下，顺序扫描各输入点状态，按用户程序进行运算处理，然后顺序向输出点发出相应控制信号。 图1-3 PLC的工作方式 1.4、计算机控制及数据采集系统 计算机控制
14、及数据采集分析系统主要用于参数设置和数据采集分析，数据采集分析就是采集、处理、存储、显示和评估与盾构机联网所获得的数据。所需硬件系统主要包括计算机、调制解调器、转换器及数据传输电缆等。 二、盾构机电气故障处理方法与心得 盾构机掘进系统的控制，多数是采用智能控制方法，所以盾构机上面的传感器、电磁阀等电子元件较多，线路连接复杂，电气设备繁多，所以出现问题时要整体去把握研究问题的起因和处理方法。 2.1、解决问题的原则 先简后繁、由外到内，先检查电源，随后再检查外部线路。一般情况下PLC程序出问题比较少，对于电气故障要先从简单的地方查起，当外部可能出现的故障点都排除后，才去考虑PLC可能出现的问题。
15、3 2.2、常见故障的种类及排除方法 在日常掘进的维保过程中 电气方面的问题主要有以下几种。 （1） 电气元器件损坏 电气元器件比如传感器、接触器和电磁阀等会出现故障如损坏或者烧掉导致不能正常工作。 案例（1）2011年10月18日，故障状态：因故盾构停机半天，当重新启动盾构机准备掘进时，发现所有准备工作做完后，点击推进的启动按钮，盾构机上所有油泵电机和刀盘电机全部停止。报警界面显示控制ELB跳闸，即操作电路漏电自动断路器跳闸。 我们的第一反应就是去MP柜合闸，合闸后重启盾构机，还是出现上述问题，于是我们开始检查其线路，发现相关电缆没有破损和断裂的地方，接头亦没有松动，这时候我们想到控制推进油缸的电磁阀是不是出现故障，因为16个推进油缸被分成上下左右4个区，每个区由一个电磁阀块控制，电磁阀块上的每个电磁阀都是单独控制一个推进油缸。我们从上到下，从左到右的顺序开始检查每一个电磁阀，当检查到下面一组电磁阀时，发现这组电磁阀位于盾构机下面，被水浸泡了。找到原因后，我们立即组织人员先将水抽干净，再将这组电磁阀一个个拔出来用电吹风吹干重新装上，重新启动盾构，恢复正常。
