中铁七局电气培训

1、隧道掘进机电气系统培训2013年6月中国中铁盾构电气系统原理中国中铁盾构电气系统原理主讲：齐保卫主讲：齐保卫目 录目 录第一部分：第一部分：动力供配电系统介绍第五部分：第五部分：监视照明通讯系统介绍第四部分：第四部分：导向系统介绍第二部分：第二部分：数据采集及PLC系统介绍第六部分：第六部分：气体检测及消防系统介绍第七部分：第七部分：盾构电气保养及故障排查第三部分：第三部分：主控室介绍第一部分：第一部分：动力供配电系统介绍动力供配电系统介绍1.1 1.1 高压系统高压系统常规描述：由于盾构整机负荷较大，如果直接供给380V电压，在距离过长后将衰减，从而影响使用。因此盾构机采用高压10KV供电。

2、高压供电组成：高压电缆卷筒（含约250米高压电缆）或电缆箱（含约500米高压电缆）、高压开关柜及变压器。高压电缆卷筒或电缆箱:卷筒采用将250米高压电缆缠绕在圆形滚筒上，并通过收放电机控制卷筒正反转从而实现收放电缆。电缆箱是在拖车上排放500米电缆，掘进过程中收放电缆都靠人工进行。高压开关柜：高压开关柜负责将10KV高压供给给变压器，同时变压器的保护触点与高压开关相连。当变压器故障（高温、密封失效）时，高压开关将断开，保护变压器。第一部分：第一部分：动力供配电系统介绍动力供配电系统介绍变压器：盾构常用的变压器有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，但维护不便；而干式

3、变压器维护方便，过载能力强，但体积大、价格贵。目前常见的液驱盾构机采用的是密封油浸式变压器，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。图图1.1.11.1.1高压供电系统高压供电系统第一部分：第一部分：动力供配电系统介绍动力供配电系统介绍1.2 1.2 低压系统低压系统常规描述：盾构供配电系统配电柜一般放置在拖车3的右侧，肩负着泵站电机的动 力控制，同时还实现盾构其他设备的动力控制。低压总开关：低压总开关肩负着盾构动力系统的总供电，在紧急情况下可操作控制 室、拖车及低压配电柜上的急停按钮，断开低压总开关，保护人身及设备安全。软启动器：功率较大的电动机直接启动时有较

4、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。第一部分：第一部分：动力供配电系统介绍动力供配电系统介绍图图1.2.11.2.1动力供电配电柜动力供电配电柜图图1.2.11.2.1盾构总配电系统图盾构总配电系统图第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.12.1 盾构采用盾构采用PLCP

5、LC的意义的意义 盾构是一个机、电、液、气于一体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可编程 控制器系统。 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

6、的大脑和心脏。第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.22.2 盾构盾构PLCPLC控制系统的组成控制系统的组成PLC控制：盾构PLC控制系统包括PLC及上位机。PLC系统是以Siemens S7-400为主站ET200M为从站的可编程控制器系统；上位机为面板式工控机组成的基于工业以太网协议的计算机局域网络。 数据采集系统：盾构上的数据采集系统采用专业的工业控制用面板式电脑，其 显示器为彩色液晶触摸屏，安置在盾构主控室内。用于设置控制系统参数和显 示数据，由现场操作人员（主司机）使用，每天的掘进参数将自动打包存储于 面板式电脑中，方便日后统计使用。其余PC根据需要可以放置在机

7、电工程师室 或经理室。这些计算机上均安装相应的监视软件，用于对隧道内的施工情况进 行实时监控，同时进行打印报表和其他管理工作。 PLC控制系统位置：盾构机PLC主机放置在拖车1左侧的主控室内，通过PROFIBUS DP线扩展分布式I/O，分别位于盾体左侧、盾体右侧、拖车2、拖车3及拖车5。 数据集系统也安装在主控室内。第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.32.3 盾构盾构PLCPLC及数据采集系统示意图及数据采集系统示意图第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.42.4 PLCPLC介绍介绍- -结构结构第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集

8、系统2.52.5 PLCPLC介绍介绍- -工作原理工作原理X400SB1COM输入部分X401X400X401Y430Y430Y430电源KM输入继电器内部触点输出继电器输出端输入端输出部分内部控制电路SB2X402外部触点第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.62.6 PLCPLC的工作方式的工作方式 PLC是采用顺序扫描、不断循环顺序扫描、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。输入端子输入锁存器输入状态寄存器程序执行输出状态寄存器输出锁存器输出端子读读写输入采样程序执行输出刷新一个扫描周期第二部分

9、：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.72.7 PLCPLC常用的型号常用的型号 目前中国中铁常用的PLC是siemens系列。西门子PLC系列有S7-200S7-300S7-400 三个系列，盾构常用的是高性能的S7-400系列。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。如下图所示：第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.8 2.8 盾构盾构PLCPLC系统系统- -主控室控制面板主控室控制面板第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.9 2.9 盾构盾构PLCPLC系统系统- -现场控制面板现场控制面板第二部分

10、：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10 2.10 数据采集系统数据采集系统- -总体描述总体描述 数据采集系统主要完成参数设定、监控、管理功能。采用西门子WinCC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。数据采集系统包括以下几个界面： 1、主监控界面：实现掘进机各系统采集参数的显示；2、泡沫系统界面：实现泡沫系统参数的显示、设置及控制；3、注浆系统界面：实现注浆主控室操作及数据监视；4、电力参数：监视盾构机供电系统参数；5、辅助系统界面：实现盾尾密封、膨润土及调试选择等功能；6、盾尾密封界面：实现盾壳膨润土及盾尾密

11、封油脂系统的操作及监控；7、启动条件界面：实现各系统的启动条件的显示，方便操作人员及维修人员及时查找故障；8、参数设置界面：对盾构机重要掘进参数进行设置；9、报警状态界面：对盾构机故障点进行提示，便于维修；10、累加量：统计各种消耗品的用量；11、运行记录界面：对掘进机参数进行归类保存，并自动存储在计算机里，便于日后进行归纳总结；12、返回界面：方便工程师进行上位机程序维护等。第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.1 2.10.1 数据采集系统数据采集系统- -主监控界面主监控界面第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.2 2.10.2 数据采

12、集系统数据采集系统- -泡沫系统界面泡沫系统界面第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.3 2.10.3 数据采集系统数据采集系统- -注浆系统界面注浆系统界面第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.4 2.10.4 数据采集系统数据采集系统- -电力参数界面电力参数界面第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.5 2.10.5 数据采集系统数据采集系统- -辅助系统界面辅助系统界面第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.6 2.10.6 数据采集系统数据采集系统- -盾尾密封界面盾尾密封界面第二部分

13、：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.7 2.10.7 数据采集系统数据采集系统- -启动条件界面启动条件界面第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.8 2.10.8 数据采集系统数据采集系统- -参数设置界面参数设置界面第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.9 2.10.9 数据采集系统数据采集系统- -报警状态界面报警状态界面第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.10 2.10.10 数据采集系统数据采集系统- -累计量界面累计量界面第二部分：

14、第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.11 2.10.11 数据采集系统数据采集系统- -历史记录界面历史记录界面第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统第二部分：第二部分：PLC及数据采集系统及数据采集系统2.10.12 2.10.12 数据采集系统数据采集系统- -返回界面返回界面第三部分：主控室介绍第三部分：主控室介绍3.1 3.1 总体概述总体概述 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

15、器件等；第三部分：主控室介绍第三部分：主控室介绍3.2 3.2 操作室操作室 操作间为盾构司机操作盾构的地方，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。 盾构司机根据指令，操作相应的按钮及上位机界面按钮，完成相应指令的工作。同时关注主监控界面的各系统参数，及时调整，使盾构在合理的参数中运行，降低风险的发生率。在掘进过程中，更应时刻关注导向系统指示的掘进方向参数，及时调整掘进参数，使盾构按照设计轴线掘进。同时，还应关注监视界面，及时关注出渣情况。第三部分：主控室介绍第三部分：主控室介绍3.3 3.3 电气控制室电气控制室 电气控制室内部包含了主可编程控制器（PLC）及拖车1（含设

16、备桥）的控制电气 元器件等。第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统4.1 4.1 系统功能介绍系统功能介绍 盾构自动导向系统是应用于盾构掘进过程中，实时测量盾构机的位置，计算并显示 盾构相对于设计隧道中心线的偏差及其姿态。 盾构自动导向系统为盾构机严格按照设计路线掘进提供重要的指导信息，是保证隧 道的准确贯通的“眼睛”。第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统4.2 4.2 中铁盾构所使用导向系统介绍中铁盾构所使用导向系统介绍 4.2.1 SLS-T盾构自动导向系统由德国VMT(维艾姆迪)公司开发，是在盾构施工中 较早运用激光靶技术的盾构自动导向系统。第四部分：盾构机导向系统

17、第四部分：盾构机导向系统 4.2.2 ROBOTEC盾构自动导向系统由日本演算工房开发，是采用两棱镜技术的盾构 自动导向系统。第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 4.2.3 PPS盾构自动导向系统由德国PPS公司开发，是采用两棱镜技术的盾构自动导 向系统。第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 4.2.4 ZED Global 系统由英国ZED公司开发，是采用集成激光靶技术的盾构机自动 导向系统。第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 4.2.5 RMS-D盾构自动导向系统由上海力信公司开发，是采用两棱镜技术的盾构自动 导向系统。第四部分：盾构机导向系统第四部

18、分：盾构机导向系统4.3 4.3 中铁盾构所使用导向系统的操作中铁盾构所使用导向系统的操作 4.3.1 盾构司机所需的导向信息 一 关键信息： 1、盾首（盾尾）水平偏差、趋势 2、盾首（盾尾）垂直偏差、趋势 3、盾构机滚动角 4、盾构机俯仰角 4.3.2 盾构司机如何查看所需导向信息 盾构自动导向系统将各项测量数据与盾构机的姿态以图文的方式显示，司机通过 系统主界面上的图形、数据即可形象的观察到盾构机的姿态变化情况。 二 辅助信息 1、环号 2、里程 3、系统状态或故障信息第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统德国德国VMTVMT公司公司SLS-TSLS-T系统系统切口偏差盾构姿态图

19、形滚动角俯仰角盾尾偏差趋势第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统日本演算工房日本演算工房ROBOTECROBOTEC系统系统滚动角俯仰角平面偏差图示垂直偏差图示平面偏差垂直偏差第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统德国德国PPSPPS系统系统平面趋势滚动角俯仰角垂直趋势盾构姿态图形盾构姿态图形垂直偏差平面偏差第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统英国英国ZED GLOBALZED GLOBAL系统系统方位角俯仰角盾构姿态图形后点位置光斑位置前点位置第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统上海力信上海力信RMS-DRMS-D系统系统滚动角俯仰角盾构姿态图形切

20、口偏差盾尾偏差铰接偏差第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 4.3.2 盾构司机如何查看所需导向信息 一、水平偏差、趋势 1、盾首垂直偏差：指盾构机的刀盘（切口）中心至设计竖向曲线的垂足距离； 2、铰接垂直偏差：指盾构机的铰接中心至设计竖曲线的垂足距离； 3、盾尾垂直偏差：指盾构机的盾尾中心至设计竖曲线的垂足距离； 4、垂直趋势：指按照当前盾构偏差情况掘进，每掘进1m产生的垂直偏差，单位 为mm/m。第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 二、垂直偏差、趋势 1、盾首垂直偏差：指盾构机的刀盘（切口）中心至设计竖向曲线的垂足距离； 2、铰接垂直偏差：指盾构机的铰接中心至设计

21、竖曲线的垂足距离； 3、盾尾垂直偏差：指盾构机的盾尾中心至设计竖曲线的垂足距离； 4、垂直趋势：指按照当前盾构偏差情况掘进，每掘进1m产生的垂直偏差，单位 为mm/m。第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 三、滚动角、俯仰角 1、滚动角：指盾构机绕其轴线发生转动的角度，左转为负，右转为正； 2、俯仰角：盾构机轴线与水平面间的夹角，上仰为正，下仰为负。第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统4.4 4.4 中铁盾构导向系统常见问题及处理中铁盾构导向系统常见问题及处理 4.4.1 德国VMT公司SLS-T系统 1、测量失败 A、检查全站仪至激光靶是否通视或有物体遮挡； B、查阅

22、主界面下方的信息栏，确定引起故障原因； 2、定向失败 A、检查全站仪至后视点是否通视或有物体遮挡； B、检查仪器电源是否正常； 3、通讯异常 A、检查控制箱电源是否正常； B、检查电台电源是否正常；连接至仪器线缆是否通畅； C、查看主界面状态栏是否变为红色，通过查阅日志处理 第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 4.4.2 日本演算工房ROBOTEC系统 1、测量失败 A、检查全站仪至激光靶是否通视或遮挡物体； B、检查仪器电源是否正常； C、查阅主界面下方的信息栏，确定引起故障原因； 2、定向失败 A、检查全站仪至后视点是否通视或有物体遮挡； B、检查后视棱镜电源是否正常； C、

23、检查仪器电源是否正常； 3、通讯异常 A、检查控制箱电源是否正常； B、检查连接至仪器线缆是否通畅； C、查看主界面变为红色的提示信息，检查并处理； 第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 4.4.3 英国ZED GLOBAL系统 1、测量失败 A、检查全站仪至激光靶是否通视或有物体遮挡； B、查阅主界面的信息栏，确定引起故障原因； 2、定向失败 A、检查全站仪至后视点是否通视或有物体遮挡； B、检查仪器电源是否正常； 3、通讯异常 A、检查控制箱电源是否正常； B、检查电台电源是否正常；连接至仪器线缆是否通畅； C、查阅主界面日志信息，查看引起的原因；第四部分：盾构机导向系统第四部

24、分：盾构机导向系统 4.4.4 德国PPS系统 1、测量失败 A、检查全站仪至激光靶是否通视或有物体遮挡； B、检查仪器电源是否正常； C、查阅主界面下方的信息栏，确定引起故障原因； 2、定向失败 A、检查全站仪至后视点是否通视或有物体遮挡； B、检查仪器电源是否正常； 3、通讯异常 A、检查控制箱电源是否正常； B、检查无线电台电源是否正常； C、查阅主界面日志信息，查看引起的原因； 第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 4.4.5 上海力信RMS-D系统 1、测量失败 A、检查全站仪至激光靶是否通视或遮挡物体； B、检查仪器电源是否正常； C、查阅主界面下方的信息栏，确定引起故

25、障原因； 2、定向失败 A、检查全站仪至后视点是否通视或遮挡物体； B、检查仪器电源是否正常； 3、通讯异常 A、检查控制箱电源是否正常； B、检查电台电源是否正常；连接至仪器线缆是否通畅； C、查看主界面状态栏是否变红色，查询日志信息处理； 第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统4.5 4.5 中铁盾构导向系统的维护中铁盾构导向系统的维护 不同类型的盾构自动导向系统在使用过程需要对其组件进行日常的维护，以保证 设备的正常运转。 一、激光靶类导向系统 1、保持激光靶的屏幕清洁； 2、长时间停机宜暂停自动测量； 3、注意控制室内的通讯控制箱防护。 二、棱镜类导向系统 1、保持棱镜的清洁

26、； 2、长时间停机宜暂停自动测量； 3、注意控制室内的通讯控制箱防护。 第四部分：盾构机导向系统第四部分：盾构机导向系统 不同类型的盾构自动导向系统在使用过程需要注意保护各系统组件的安全。 一、激光靶类导向系统。 1、保护好激光靶，防止碰撞激光靶； 2、防止通讯线缆被扯断； 3、防止控制箱淋水或进水。 二、棱镜类导向系统。 1、保护好目标棱镜，防止碰撞目标棱镜； 2、防止通讯线缆被扯断； 3、防止控制箱淋水或进水。第五部分：监视照明通讯系统第五部分：监视照明通讯系统5.15.1 视频监视系统视频监视系统在螺旋输送机卸碴口、皮带机卸碴口、后配套尾部及管片小车区域安装一台摄像机，主控室内安装一台彩色显示器，配有转换开关，用以即时监视以上区域的工作情况。第五部分：监视照明通讯系统第五部分：监视照明通讯系统5.2 5.2 照明系统照明系统 照明采用三防日光灯，具