《海瑞克盾构机电气系统概述》.doc

海瑞克盾构机电气控制系统概述 李剑祥 （中铁六局集团有限公司深圳地铁2号线项目部 广东 深圳 518056） 摘 要：对海瑞克土压平衡盾构机电气控制系统进行概述，并分别对其配电系统、可编程控制系统和计算机控制及数据采集分析系统三个部分的设计进行总结，以加深对其整个电气控制系统原理的理解。 关键词：电气系统 配电系统 可编程控制系统 计算机控制及数据采集分析系统 0 海瑞克盾构机电气系统简介 盾构机是一种集机械、液压、电气和自动化控制于一体、专用于地下隧道工程开挖的技术密集型重大工程装备 备注 1 刀盘驱动 945kW 2 超挖刀 7.5kW 3 推进系统 75kW 4 管片安装机 45kW 5 螺旋输送机 250kW 6 皮带输送机 22kW 7 注浆泵 30kW 8 砂浆储存罐的搅拌器 7.5kW 9 液压油过滤泵 11kW 10 主轴承润滑 4kW 11 管片吊机 2x2kW 12 排水泵 12kW 13 冷却水系统 7.5kW 14 二次通风机 11kW 15 空压机 110kW 16 泡沫系统 18kW 17 补油泵 55 kW 18 其他设备 75kW 总功率 1682kW 1.1高压系统 经过负荷计算，Sj1≈2000kVA，则选择的电压器容量为2000kVA，选择的高压电缆进线为UGP-3×50+1×25，选用的高压环网柜电压等级为12KV，容量为200A，变压器带温度和密封性故障报警。高压系统原理图如下： 1.2 低压系统 变压器将10KV的市电转变成400V的低压电，之后分成两路，分别经过断路器1-3Q2（俗称主开关）和断路器1-4Q2（副开关），其中主开关具有相序保护。主开关控制盾构机主要用电设备，比如各个电机。因各个电机为三相用电设备，在启动和运行时需消耗无功功率，所以海瑞克盾构机电气系统投入了功率补偿设备，以保障设备运行时，功率因数大于0.9。副开关控制台车部位和盾体部位的照明系统和备用插座系统。由此可见，三相用电设备系统与照明系统实行分线布置，提高了两者的供电质量。因盾构施工也属于临时施工，需要布置临时用电系统，备用插座系统就是与临时用电系统的接口，满足现场施工需求。 弱点系统也是低压系统的组成部分。弱点系统主要是给各个继电器和传感器以及电磁阀提供电源，电压输入整定值为24V。 2 可编程控制系统 海瑞克盾构机的可编程控制系统是由西门子S7-400采用主从分布式结构组成的，  图一：硬件组态 其硬件组态如上图： 如图所示，可编程控制系统采用Profibus-DP 协议的现场总线控制技术，在司机室设置了S7-400 主站和工控机,在低压配电柜设置了IM153从站，并将设备安装的电气元件通过DP电缆连接至主站。在用电设备相对集中的低压配电柜设置智能远程I/O模块，这样就可以按照就近原则，将附近的电气设备接入分站，相比接入司机室S7-400 主站节省大量电缆。同时工控机可以通过工业以太网的TCP/IP 协议，与地面电脑组成局域网，使地面的电脑连接与控制工控机，以掌握盾构掘进状况。 PLC程序包含源文件和块文件。块文件又包含组织块、功能块、功能和数据块等。其中组织块一调用各个功能块执行盾构机的运行和动作，还设置了三个中断组织块，一个为电源故障中断组织块，一个为拼装机角度编码器检测循环中断组织块，一个为每组推进速度检测计算循环中断组织块。功能块与电气图纸组别一一对应，相应地与盾构机各个系统相对应，使技术人员方便找到程序与图纸的对应关系。 3 计算机控制及数据采集分析系统 计算机控制系统主要用于参数设置和数据采集分析。西门子工控机安装在盾构司机室, 由现场操作人员使用, 用于人机对话、显示数据、设置和修改系统控制参数等。工控机与PLC通讯示意图如下： 数据采集分析系统就是采集、处理、存储、显示和评估与掘进机联网所获得的数据。通过调整过的时钟脉冲，所有测量数据都将从工控机连续不断的得到。但是，只在特定的时间才进行数据的记录。数据采集系统连续不断对盾构机 F1 到F8、简单的菜单、鼠标和键盘，可以选择单个的显示区域。如下图为F1界面，其中的参数界面可以进行参数设置。 F1界面 每环结束后，掘进报告会自动生成。海瑞克公司还提供了一个额外数据评估程序，可以用来分析多环的各个参数变化情况并形成每环掘进报告。 SLS-T 隧道导向系统为测量专用系统，在此不讨论。 4 盾构机电