3-盾构机电气系统基础知识培训-V3.0.pdf

培训师Lecturer陆建华版本20200904 盾构机电气系统基础知识培训 我是-陆建华 电气研究设计院技术员 中国铁建重工认证培训师 高级工程师 培训师介绍 课程背景 学习目标 课程结构 课堂规则 电气系统是盾构机的灵魂，直接关系到盾构机的正常安全可靠工作，作为盾构 机操作维护人员，必须掌握盾构机电气系统基础知识 。 盾构机电气系统是复杂的，涉及内容多且杂。为了让学员能抓住关键点，更快 更好地理解并掌握电气系统，本课程分别从配电系统和控制系统基础知识入手，力 求能够化繁为简，达到学习事半功倍之效果。 培训师介绍 课程背景 学习目标 课程结构 课堂规则 为什么会有这堂课 目标 了解故障种类，熟悉盾构机常见故障原因及解决方 法，并能够快速排查故障 熟悉常规盾构配电结构及主要元器件分布 掌握原理图识图要点和方法，熟悉电气符号、设备标 识符、连接线及端子等原理图要素 掌握电气回路知识，熟悉几种常见回路 熟悉PLC控制系统及数据采集监控系统 培训师介绍 课程背景 学习目标 课程结构 课堂规则 培训师介绍 课程背景 学习目标 课程结构 课堂规则 本课程共分五大模块 盾构机电气系 统基础知识 电气原理图 识图要点 PLC控制系统 数据采集监控系统 电气回路 基础知识 监控系统 基础知识 连线表示 端子表示 电路表示 电气回路 典型回路 图形符号 文字符号 设备标识 配电结构与 分布 常见故障 及案例 识图方法 高压供电 低压配电 配电分布 故障种类 常见故障种类原因 及处理方法 故障示例 培训师介绍 课程背景 学习目标 课程结构 课堂规则 学习过程中，遵守以下规则 1. 请关闭移动电话或设定静音状态； 2.上课中请勿走动、交谈、接听电话； 3.提供真诚的反馈意见； 4.要收获有多少，全看你投入有多深； 5.多互动，多交流，多提问题； 6.信奉“三开原则”开心、开放、开悟。 01 电气原理图识图要点 电气图是用图形符号、连线和简化外形组成，表示电气系统或电气设备中各组成部分之 间的相互关系和连接关系。 特点如下 ◆ 简图是电气图的主要表现标准的图形符号和带注释的框 ◆ 元件和连接线是电气图描述的主要内容 ◆ 图形、文字和项目代号是电气图的基本要素 对于供配电设备来说，主要电气图是指一次回路和二次回路的电路图，对盾构机而言即是 电气原理图。电路图是电气图的核心，也是内容最丰富但最难识读的电气图。看电路图时， 首先要识读有哪些图形符号和文字符号，了解电路图各组成部分的作用，分清主电路和辅助 电路、交流回路和直流回路，其次按照先看主电路，后看辅助电路的顺序进行识读图。 概述 图形符号 电气符号包括图形符号、文字符号、项目代号和回路标号等，它们构成了电气图的基本信息。 图形符号为用于功能显示的图形。 动断（常闭） 触点 接触器在非 动作位置触点 断开 熔断器 一般符号 先断后合的 转换触点 操作器件/电阻器 电容器一般符号 接地一般符号 钥匙操作 动合常开触点 推动操作 动合常开触点 马达保护开关 塑壳断路器 操作器件/电阻器 半导体二极管/发光 二极管一般符号 文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 文字符号有两种，一种是表示电子设备、装置和元器件的名称、功能、状态和特征；另一种是 表示元器件的型号及规格 。文字符号分为基本文字符号和辅助文字符号两大类。 基本文字符号 – 单字母符号单字母符号是用英文字母将各种电气设备、装置和元器件划分为23大类，每一大 类用一个专用单字母符号表示 – 双字母符号 双字母符号是由一个表示种类的单字母符号与另一个字母组成，其组合形式应以单 字母符号在前、另一个字母在后的次序列出。 只有在单字母符号不能满足要求，需要将某大类进一步划分时，才采用双字母符号，以便较 详细和具体地表达电子设备、装置和元器件等。 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 新的文字符号的组合形式一般为 基本符号 ＋ 辅助符号 ＋ 数字序号 – 例如第一个时间继电器的符号为KT1；第二组熔断器的符号为FU2。 辅助文字符号是用来表示电气设备、装置和元器件以及线路的功能、状态和特征的。如“ACC” 表示加速，“BRK”表示制动等。 设备装置、元器件种 类 举例基本文字符号 （单字母） 非电量到电量变换器 或电量到非电量变换 器 压力、位置、旋转、温度、速度等变换器 B 保护器件避雷器、限流保护器件、熔断器等F 继电器、接触器瞬时接触继电器、交流继电器、电流继电器、接触器等K 电力电路的开关器件 自动开关、转换开关、断路器、刀开关、负荷开关、电动机 保护开关、隔离开关等 Q 电阻器电阻器、变阻器、电位器等R 控制、记忆、信号电 路的开关器件选择器 选择开关、按钮开关S 变压器电流互感器、电力变压器、电压互感器等T 调制器变换器逆变器、变频器、整流器等U 端子、插头、插座连接插头和插座、接线柱、插头、插座、端子板等X 电气操作的机械器件气阀、电磁铁、电动阀、电磁阀、电磁制动器等Y 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 常用基本文字符号 12 例1 1 MD1 -13 K 1 | | || | 第1章1低压配电柜第13页标识字母第1列 问题如何去找该设备 答案到1低压配电柜中贴有标签1-13K1的设备，3配电柜标签11-1X2端子排的2号端子 项目代号（设备标识）高层代号（ ）、位置代号（）、种类代号（）、端子代号（）。 由拉丁字母、阿拉伯数字、特定的前缀符号，按照一定规则组合而成的代码，用以区别设备名称、 功能、状态、特征及安装位置等。种类代号段是项目代号的核心部分。种类代号一般由字母代码 和数字组成。其中的字母代码必须是规定的文字符号。 例2 1 1 MD3 -1 X 2 2 | | | | | | 第11章3低压配电柜第1页标识字母第2列2号端子 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 内部线号外部线号 连接线是构成电气工程图的主要组成部分，用来表示导线、导线组、电缆、电力线路、信号线路、 母线、总线以及用以表示某一电磁关系、功能关系。按照电路图中图线的表达相数不同，连接线可 分为多线表示法、单线表示法和混合表示法三种。其中线号标识如下所示 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 根据信号源设备命名设备标识符子计数器命名以设备连接点接出的信号命名 端子名称命名 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 为了表示连接线的接线关系和去向，可采用连续表示法和中断表示法。连续表示法是将表示导线 的连接线用同一根图线首尾连通的方法； 中断表示法则是将连接线中间断开，用符号通常是文字 符号及数字编号标注其去向的方法。其中中断点有如下命名方式 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 用来连接器件和外部导线的导电件，称为端子。端子的基本符号采用GB/T4728中规定的图形符号 表示（为空心圆圈）。端子代号标注方法 ◆电阻器、继电器、模拟和数字硬件的端子代号应标在其图形符号的轮廓线外面。 ◆连接器件如端子、插头和插座等的每一连接点都应标注端子代号 。 ◆在画有围框的功能单元或结构单元中，端子代号必须标注在围框内。 单层端子 双层端子 三层端子 端子图表 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 ◆ 集中表示法 把一个元件各组成部分的图形符号绘制在一起的表示法 ，各组成部分用机械连 接线虚线互相连接起来，连接线必须是一条直线 。 ◆ 半集中表示法 把一个元件某些图形符号各部分在图上展开表示。 ◆ 分开表示法 把图形符号各部分分散于图上的表示方法，并用项目代号表示元件各部分之间 的关系，以清晰表示电路布局。不同部分的图形符号用同一项目代号表示 半集中表示集中表示分开表示 母排 母排印象 问题你认识母排吗我们怎 么哪些设备接了母排的电 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 PLC总览图包含位置代号、模块 物资编码、编程地址、接线，注意 普通端子模板和供电的端子模板 多线图包含外部传感器接线、 模块接线 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 ◆ 掌握理论知识 要想看懂电气原理图，必须具备一定的电工、电子技术理论知识 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 ◆ 分清控制线路的主辅电路 分析主电路的关键是弄清楚主电路中用电器的工作状态是由哪些控制元件控制。将控制与被控 制关系弄 清楚，可以说电气原理图基本读懂了。 分析控制电路就是弄清楚控制电路中各个控制元件之间的关系， 弄清楚控制电路中哪些控制元件控制主 电路中用电负载状态的改变。 ◆ 根据电气制图要求识读图 电气图的绘制有一定的基本规则和要求，按照这些规则和要求画出的图，具有规范性、通用性和示意性。 ◆ 结合典型电路识读图 所谓典型电路，就是常用的基本电路。如三相感应电动机的启动、制动、正反转、过载保护、联锁电路等 ◆ 熟悉电气元器件结构 熟悉这些电气设备、装置和控制元件、元器件的结构、动作工作原理、用途和它们与周围元器件的关系 以及在整个电路中的地位和作用，熟悉具体机械设备、装置或控制系统的工作状态，有利于电气原理图 的识图 输入 输出 列 行 电缆型号 辅助触点 继电器触点 章节 页码 页主题 接线终端 接线端子排、端子 接地 纸边界 图形符号文字符号设备标识连线表示端子表示电路表示识图方法 通过本节学习，收获了什么 总结 ◆认识了原理图的几个基本要素 ◆掌握了识图基本方法 02 配电结构与分布 高压供电系统低压配电系统 高压供电 系统 我国城域配电电压等级为10kV，一般用电容量满足下列条件之一时， 应采用高压10kV供电（1）用电容量大于250kVA；（2）供电距离大于 200米。由于盾构机整机负荷较大1000kVA以上，如果直接采用低压供电， 电缆将承受巨大的供电电流且压降过大造成设备无法正常工作，故盾构机通 常采用高压10kV供电。 例电驱高压供电系统的组成 高压电缆 高压电缆托盘 高压电缆卷筒 高压开关柜中压端子箱 配电分布 2.1.2 高压电缆托盘 ◼ 将高压电缆以“8”字型排列在电缆托盘内，掘进时由人力进行放电缆。 2.1.3 中压端子箱 ◼ 中压端子箱用于高压电缆分支，便于拆装机。 2.1.4 高压开关柜 ◼ 高压开关柜将10kV高压供给变压器，同时变压器的保护触点与高压开关相连。当变压器故障（超温） 时，高压开关将断开，保护变压器。 2.1.1高压电缆卷筒 ◼ 通常将柔性高压电缆缠绕在卷筒上，可通过现场控制面板实现电缆的收放功能；掘进过程中不断放缆， 实现设备的持续供电。使用时应注意电缆的收放长度要恰当。另如长时间断电，应通过隧道照明电对电 缆卷筒进行加热。 高压供电系统低压配电系统配电分布 盾构机常用的变压器有油浸式变压器和干式变压器两种。 油浸式变压器具有体积小、价格低、过载能力强、单台容量大等优点，但其绝缘等级低（A级） 、维 护不便，噪音大、有着火和爆炸危险；而干式变压器绝缘等级高（H级）、维护方便，运行噪音小，但体 积大、价格贵，由于安装空间限制单台容量有限。因此目前铁建重工掘进机一般采用的是干式变压器。 2.1.5 变压器 高压供电系统低压配电系统配电分布 231 2变压器 1高压柜 3低压柜 高压供电系统低压配电系统配电分布 高压供电系统低压配电系统配电分布 1 2 3 2变压器 1高压柜 3低压柜 断路器柜 负熔开关柜 变压器一次接线 高压供电系统低压配电系统配电分布 高压开关柜的品牌有多种，如EATON、ABB、施耐德等，具体见柜体铭 牌。主要使用的是两种类型的开关负熔开关组合电器和具有继电器的断路 器。 负荷开关熔断器组合电器用于1250kVA及以下的变压器，而具有继电器的 断路器可用于1250kVA容量以上的变压器保护。 高压供电系统低压配电系统配电分布 1 1、通过、通过高压熔断器高压熔断器可实现可实现短路保护短路保护。。 2 2、将变压器温控器、将变压器温控器常开点常开点串联到高压柜串联到高压柜 跳闸线圈回路中，如变压器温度异常升跳闸线圈回路中，如变压器温度异常升 高到一定温度，可自动跳开高压开关，高到一定温度，可自动跳开高压开关， 达到对变压器的保护，简称温度保护。达到对变压器的保护，简称温度保护。 高压开关柜若为负熔开关柜高压开关柜若为负熔开关柜 时，上电前检查确保高压熔时，上电前检查确保高压熔 断器是否已装好。断器是否已装好。 负熔开关柜 标准配置标准配置 3 3工位工位负荷开关及压力表负荷开关及压力表 接地开关接地开关 熔断器下端熔断器下端 熔断器安装架熔断器安装架 弹簧操作机构弹簧操作机构 主母线主母线 带电指示器带电指示器 五防联锁五防联锁 操作手柄操作手柄 电缆支架电缆支架 高压供电系统低压配电系统配电分布 过载保护过载保护 短路保护短路保护 温度保护温度保护 一般不在箱式变压器内配一般不在箱式变压器内配 置剩余电流保护（通俗就置剩余电流保护（通俗就 是漏电或接地保护）是漏电或接地保护） 高压开关柜若为断路器开高压开关柜若为断路器开 关柜，查看综保的型号。关柜，查看综保的型号。 出厂的设备一般都是已确出厂的设备一般都是已确 定馈线柜的电流互感器型定馈线柜的电流互感器型 号并设置好综保参数号并设置好综保参数 断路器开关柜 标准配置标准配置 真空断路器真空断路器 隔离开关隔离开关 电流互感器电流互感器 主母线主母线 接地开关接地开关 带电指示带电指示 五防联锁五防联锁 操作手柄操作手柄 电缆支架电缆支架 31 选配 框 架 断 路 器 安 全 继 电 器 相 序 保 护 器 变 压 器 温 控 器 多 功 能 仪 表 风 扇 温 控 器 绝 缘 监 测 仪 等 箱变内门 高压供电系统低压配电系统配电分布 32 2.1.6 高压供电中性点接地 三相交流电力系统中，作为供电电源的发电机和变压器的中性点有三种运行方式 1.电源中性点不接地 2.中性点经阻抗接地 3.中性点直接接地 前两种适合小接地电流系统（中性点非有效接地系统） 后一种适合大接地电流系统（中性点有效接地系统） 1. 中性点不接地电力系统当发生单相接地时，非故障相电压上升到线电压，但三相用电设备正常工作不 受影响，可运行不超过2小时。但不允许长期运行，以避免故障扩大。应装设专门的单相接地保护或绝缘 监视装置。 2. 中性点经消弧线圈接地电力系统与中性点不接地系统一样。 3. 中性点直接接地或经低电阻接地电力系统发生单相接地时，其它两相对地电压不会升高，其供用电设 备绝缘只需按相电压设计；单相短路电流比正常负荷电流大得多，保护装置动作于跳闸，切除故障回路 ，使系统其它部分恢复正常运行。 高压供电系统低压配电系统配电分布 33 一般有如下型式TN系统、TT系统和IT系统。 第一个字母表示电力系统的对地关系 T 一点直接接地； I所有带电部分与地绝缘，或一点经阻抗接地。 第二个字母表示装置的外露可导电部分的对地关系 T外露可导电部分对地直接电气连接，与电力系统的任何接地点无关； N外露可导电部分与电力系统的接地点直接电气连接（在交流系统中，接地点通常就是中性点）。 后面还有字母时，这些字母表示中性线与保护线的组合 S中性线和保护线是分开的； C中性线和保护线是合一的。 接地类型 2.2.1 低压配电接地 高压供电系统低压配电系统配电分布 TTerre,地；I-Isolate,隔离；N-Neutral,中性点；S-Separate,分开；C-Combine，合并 34 TN系统 电源的中性点直接接地，将正常运行时不带电的用电设备的金属外壳经公共的保护线与电源的中性点直接 电气连接。当电气设备发生单相碰壳时，故障电流经设备的金属外壳形成相线对保护线的单相短路。这将产 生较大的短路电流，使线路上的保护装置立即动作，将故障部分迅速切除，从而保证人身安全和其他设备或 线路的正常运行。 为确保PE线或PEN线安全可靠，除在电源中性点进行工作接地外，对PE线和PEN线还必须进行必要的重 复接地。PE线PEN线上不允许装设熔断器和开关。 高压供电系统低压配电系统配电分布 35 IT系统 IT系统的电源中性点不接地或经高阻抗接地，而用电设备的金属外壳直接接地。即过去称三相三线制供电 系统的保护接地。若设备外壳没有接地，在发生单相碰壳故障时，设备外壳带上了相电压，若此时人触摸外壳， 就会有相当危险的电流流经人身与电网和大地之间的分布电容所构成的回路。而设备的金属外壳有了保护接地 后，由于人体电阻远比接地装置的接地电阻大，在发生单相碰壳时，大部分的接地电流被接地装置分流，流经 人体的电流很小，从而对人身安全起了保护作用。 高压供电系统低压配电系统配电分布 36 IT系统系统中性点不接地，或经高阻抗（约1000Ω）接地。 该系统没有N线，不适于接额定电压为系统相电 压的单相用电设备，只能接接额定电压为系统线 电压的单相用电设备。 所有设备外露可导电部分经各自PE线分别接地， 互无电气联系，不会发生电磁干扰问题。 当系统发生单相接地故障，三相用电设备及接线电压单相用电设备仍能继续运行。但在发生 单相接地故障时，应发出报警信号，以便及时处理。 IT系统主要用于对连续供电要求较高及有易燃易爆危险的场所，特别是矿山、井下等场所的 供电。 IT系统 高压供电系统低压配电系统配电分布 37 2.2.2 配电系统结构 中压端子箱 600kVA △ 600kVA Y 800kVA Y 主驱动电机变频器 电容补偿柜 螺旋机 高压供电系统低压配电系统配电分布 38 小于30kW的电机供电 管片吊机 水管 卷筒污水泵过滤冷却 1、漏电保护。 高压供电系统低压配电系统配电分布 39 齿轮油润滑油 超挖刀先导泵螺旋机补油 砂浆搅拌砂浆润滑增压水泵 高压供电系统低压配电系统配电分布 40 膨润土泡沫原液泡沫泵皮带机 小功率变频器断路器 变频器的谐波含量较高， 并且含有共模电压。原 理上就会导致漏电流过 大，如果装了就会频繁 跳闸，因此，前端不适 合装漏电保护开关。 高压供电系统低压配电系统配电分布 41 插座箱推进与辅助泵拼装与注浆 高压供电系统低压配电系统配电分布 42 空压机冷却水泵通风机变频柜控制电 高压供电系统低压配电系统配电分布 主控室系统CC）位于1拖车左侧，是整个盾构机的控制 核心。操作面板、工控机、导向系统、触摸屏、主PLC、模拟量 检测、电磁阀及其他执行机构的输出、传感器信号的检测、SSI 行程检测等都分布在主控室内，并且除允许外部操作箱操作外的 所有控制指令都必须由主控室发出。此外，数据采集及视频监视 系统也布置在主控室内。在后面的介绍中将详细介绍这些系统。 2.3.1、主控室 高压供电系统低压配电系统配电分布 低压配电系统布置在4拖车右侧，紧靠主驱动变频控制柜，为液压系统提供动力及控制（螺旋输送机、 螺旋机补油、推进与辅助、管片安装与注浆、冷却过滤循环等），同时为流体系统提供动力及控制（膨润 土、泡沫、内循环水、空压机、皮带机等）。 2.3.2 、低压配电柜 高压供电系统低压配电系统配电分布 45 1空压机、2空压机、空 压机供电连锁（应急）、外 部插座箱、螺旋机、照明供 电等。 1配电柜 MD1 MD2 MD3 MD4 小于30kW变频/非变频供电、 推进辅助供电、拼装机 注浆供电、皮带机供电等。 2配电柜 管片吊机、水管卷筒、污水泵供 电、控制电压供电、风机、螺旋 机补油、齿轮油、超挖刀、砂浆 搅拌、冷却、泡沫系统供电等。 3配电柜 控制柜PLC、控制继电器、 控制电供电系统、控制电开 关电源等。 4配电柜 箱 式 变 压 器 高压供电系统低压配电系统配电分布 46 照明系统供电、应急照明系 统供电、UPS电源供电、土 仓插座供电变压器等。 5配电柜 MD5 变频器控制柜 变频柜 变频系统PLC、控制继电器、 变频柜照明、加热器、急停 系统、变频柜散热、控制柜 插座等。 变频器控制柜 主驱动变频器、断路器、机柜加 热器、熔断器等。 变频柜 箱 式 变 压 器 高压供电系统低压配电系统配电分布 皮带机变频柜布置在4拖车右侧，紧靠低压配电柜，为皮带机电机（37kW）提供动力及控制。 2.3.3 、皮带机变频柜 高压供电系统低压配电系统配电分布 2.3.4、 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，通过控制接触器投切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。 高压供电系统低压配电系统配电分布 2.3.5、 外部操作箱 ◼ 用于就地操作控制 高压供电系统低压配电系统配电分布 通过本节学习，收获了什么 总结 ◆熟悉了高压供电系统结构 ◆熟悉了低压配电系统结构 ◆熟悉了常规盾构配电分布 03 电气回路基础知识 电气回路典型回路 序号功能电压等级 1隧道供电三相交流10kV/20kV 2动力三相交流690V/380V（400V） 3控制单相交流220V（230V）或者直流24V 4仪表直流24V 5检测直流24V或者12V、10V 6照明单相交流220V（230V）或交流24VAC（应急照明） 3.2.1 、电压等级 配电主接线图 表明一次设备的数量和作用、设备间的连接方式以及与电力连接情况，亦称一次电路图。 配电系统一次主要元器件选择 一次电路中所有的电气设备，称为一次设备或一次元件。 一次设备按其功能可分为以下几类 a. 变换设备。按电力系统运行要求改变电压或电流、频率等。例电力变压器、电压互感器、 电流互感器、变频器。 b.控制设备。按电力系统运行要求控制一次回路的通、断。例各种高低压开关设备。 c. 保护设备。对电力系统进行过电流和过电压等的保护。例熔断器和避雷器 d.补偿设备。补偿电力系统中的无功功率，提高系统的功率因素。例并联电容器 e.成套设备。按一次电路接线方案的要求，将有关一次设备及控制、指示、监测和保护一次设 备的二次设备组合为一体的电气装置。例高压开关柜、低压配电屏、动力和照明配电箱。 3.1.2 、主接线图 电气回路典型回路 配电二次回路 用来控制、指示、监测和保护一次电路运行的电路，亦称二次系统。 ◆二次回路主要包括控制系统、信号系统、监测系统、继电保护和自动化系统。 ◆二次回路的操作电源是供断路器分合闸回路和继电保护和自动装置、信号回路、监测系统及 其他二次回路所需的电源，因此对操作电源的可靠性要求很高，容量要求足够大，尽可能不 受供电系统运行的影响。 ◆二次回路操作电源，分直流和交流两大类。直流操作电源有由蓄电池组供电的电源和由整流 装置供电的电源两种。交流操作电源有由变压器供电的和通过互感器供电的两种。 3.1.3 、二次回路 电气回路典型回路 电气回路典型回路 3.2 三相异步电动机的四种启动方式 ◼ 较高的启动电流 ◼ 较高的启动转矩（机械磨损） ◼ 直接停车 ◼ 简单且低成本的解决方案 3.2.1直接起动 ◼ 较高的瞬间启动峰值电流 ◼ 适用于小功率及轻载启动 ◼ 降低启动电流（只在顺利启动的情况下） ◼ 满载启动时尖峰会被传递 ◼ 启动转矩较低 ◼ 较长的启动时间 3.2.2 星三角启动 ◼ 直接停车 ◼ 所用元件较多-接线复杂 ◼ 电动机侧接线繁复 开关峰值 剩余速度转矩 熔断器 主接触器 △接触器 Y接触器 电气回路典型回路 ◼ 可调整启动电流/转矩 ◼ 修正启动时转矩 ◼ 实现软停车 ◼ 合适的启动时间 ◼ 减小机械张力 3.2.3 软启动器启动 工作原理 反并联可控硅 降压启动 晶闸管导通 软起动器中的闸流器，在 起动过程的开始部分，让电 压部分通过，并根据设定的 匝道时间逐渐增加。闸流电 阻也可以根据设定的匝道时 间，通过降低电机电压来实 现软停车。 电气回路典型回路 为何选用软启动器 对电网的好处 ◼ 减少对电网冲击 ◼ 降低启动电流 ◼ 消除尖峰电流 降低启动电流，避免瞬 间峰值电流 为何选用软启动器 对机械方面的好处 ◼ 最大程度减少齿轮箱、传送带、轴承等传 动装置上的应力 ◼ 减少水冲击（水锤）效应 ◼ 降低维护成本 ◼ 减少停机检修时间 优化转矩 电气回路典型回路 ◼ S转差随负载而改变 改变变频 3.2.4 变频启动 电气回路典型回路 ◼ 面板控制 ◼ 端子控制 ◼ 通讯控制 端子控制 面板控制 在“2”和“3”引脚间接入一 个4-20mA的AI，变频器内设 置好对应参数，便可以用该AI 调节变频器转速。 此板卡插在伟肯变频器对应接口上，可以通 过PROFINET与其通讯，从而下达控制制定， 控制变频器的响应动作。 电气回路典型回路 盾构变频控制柜 变频器曲线 恒转矩 调速 恒功率调速 电气回路典型回路 3.3 PLC控制回路 输 入 模 块 按钮 输 出 模 块 选择开关 限位开关 模拟量传感器 继电器 电磁阀 指示灯 电源 CPU模块 通讯接口 电源模块接口模块 通讯网络计算机其他设备其他PLC PLC开关量检测与控制举例 ◼ 数字量输入输出控制 24VDC ◼ 控制换向阀和接触器 PLC模拟量检测与控制举例 电位器控制电压010V DC， ◼ 输出到比例阀控制电压024V DC 0600mA ◼ 温度传感器4-20mA电流信号 电气回路典型回路 3.3.1 按钮输入输出回路 电气回路典型回路 3.3.2 传感器输入回路 电气回路典型回路 3.3.3 电磁阀/继电器输出回路 电气回路典型回路 PLC 面板按钮启动 PLC数字量输入 PLC逻辑运算结果允许启动 PLC数字量输出 中间继电器动作 软启动器运行 示例1 软启启动方式输入输出回路 电气回路典型回路 PLC 面板按钮启动 PLC数字量输入 PLC逻辑运算结果允许启动 PLC数字量输出 中间继电器动作 电机主接触器动作 示例2 直接启动方式输入输出回路 电气回路典型回路 通过本节学习，收获了什么 总结 ◆熟悉了盾构配电电压等级 ◆熟悉了一次回路和二次回路 ◆熟悉了盾构上典型的一些电气回路 04 监控系统基础知识 PLC控制系统数据采集监控系统 4.1.1 PLC控制系统简介 4.1 PLC控制系统 ◼盾构PLC控制系统包括PLC及上位机。 PLC系统是采用SIEMENS S7-1500（400）系列CPU的分 布式控制系统，站与站之间采用Profinet方式通讯。注浆操作箱和配电柜分别设置一个PLC站、其余子 站均布置在主控室。（对于电驱盾构机，刀盘变频柜内有个PLC站，电机的温度检测设置PLC站）。 ◼ 工控机用来监视盾构的运行状态，实时显示盾构的各项运行参数。工控机与主PLC通过以太网进行通讯 并实时交换数据。在工业电脑上可设置相关参数、显示报警并能够进行历史数据记录，每天的掘进数据 自动打包存储于电脑中，方便日后统计查询。地面可通过安装地面监控设备及软件实时监控盾构运行状 况。 4.1.2 PLC的模块组成部分 ◼ CPU ◼ 电源模块 ◼ 通讯模块 ◼ DI、DO、AI、AO ◼ 专用模块 PLC控制系统数据采集监控系统 SIMATIC S7-1500 SIMATIC S7-400 SIMATIC ET 200SP IM 155-6 PN ST SIMATIC ET 200SP DI 16x24VDC ST 4.1.3 PLC常用模块 SIMATIC ET 200SP DI 8x24VDC HS PLC控制系统数据采集监控系统 SIMATIC ET 200SP DQ 16x24VDC/0.5A ST 数字量输出模块数字量输出模块 6ES7132-6BH00-0BA0 SIMATIC ET 200SP AI 4xU/I 2-wire ST 模拟量输入模块模拟量输入模块 6ES7134-6HD00- 0BA1 SIMATIC ET 200SP AQ 4xU/I ST 模拟量输出模块模拟量输出模块 6ES7135-6HD00- 0BA1 SIMATIC ET 200SP TM Pos 1 工艺模块工艺模块 6ES7138-6BA000BA0 PLC控制系统数据采集监控系统 采用SIEMENS 的S7-1500系列PLC的分布式控制系统，站与站之间采用Profinet方式通信。 注浆操作箱、盾体温度检测控制箱和配电柜分别设置一个PLC子站。其余子站均布置在控制室。 （对于电机驱动刀盘的盾构机，刀盘变频柜内设置一个子站）。 除了PLC站点之间通信外，控制室配有2台工控机、导向系统配有1台工控机，以及管片拼装机 遥控器等都与PLC采用Profinet方式通信。盾构机上的控制系统通过光纤，与地面监控室的计算机 相连。 4.1.4 PLC控制系统网络结构 PLC控制系统数据采集监控系统 1上位机2上位机导向系统 注浆屏主CPU 模拟量数据采集站主控室控制面板站注浆控制站配电柜控制站遥控器接收器主驱动电机温度检测 执行机构控制站行程检测站软启动数据采集网关CANIO控制器网关主驱动变频器控制CPU PLC控制系统数据采集监控系统 ◼ 整个PLC网络被细分为三个网段 ◼ PROFINET I/O端该网段的IP为172.16.0.*，主要连接分布式I/O从站和其他与CPU直接进行数据交互， 实现控制功能的设备。其特点是数据量小、实时性要求高（毫秒级甚至微秒级）。 ◼ HMI端该网段的IP为172.17.0.*，主要连接工控软件及工控触摸屏。其特点是数据量较大、实时性要求 较高，一般为100ms到400ms，甚至1s。 ◼ 管理端该网段的IP为192.168.*.*，该网络主要连接地上及地下电脑、视频信号、电话网络等，有些甚至在 地面直接连接Internet。其特点是数据量大，实时性要求不高，甚至有迟滞也是容许的。 注由于不同网络有着的不同要求，对安全性，传输速率，传输质量的容忍度不一样，因此强烈要求在机器运 行时，严格按照个网络段的要求进行连接和设置。 4.1.5 控制系统网络层次 PLC控制系统数据采集监控系统 4.2.1 主控制室总体介绍 ◼ 主控室为盾构司机操作室，内部包含了操作面板、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，避免工程风险。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。 PLC控制系统数据采集监控系统 ◼ 泵启动按钮的状态指示 ◼ （1）红灯熄灭 满足条件可以启动 ◼ （2）绿灯常亮 运行中 ◼ （3）绿灯慢闪 启动中 ◼ 泵启动原则先小后大、先次后主。即先启 动齿轮油泵、功率小的泵，然后启动主驱动泵 和螺机泵（启动刀盘及螺旋等闭式系统的泵一 定要先启动先导和补油泵）。大功率泵不可同 时启动，如液驱刀盘驱动有三个，每个315KW， 启动时应先启动一个，完毕后灯变常亮后再启 动另一个。若同时启动可能会因启动电流过大、 对电网冲击过大造成跳闸。 PLC控制系统数据采集监控系统 4.2. 2 盾构机及导向数据采集监控系统 ◼ 盾构机数据采集及显示系统由两台工业电脑组成，两台电脑的数据同步显示，并具有互换性，可防止因 工业电脑故障而造成设备停机，形成“热备”。 ◼ 导向系统数据采集及显示系统有一台工业电脑组成。 ◼ 注该工控机为西门子无风扇嵌入式工控机，防尘效果极佳，并 且配备纯固态硬盘，存储速度，存储性能非常好，而且无噪声， 发热量极小。 PLC控制系统数据采集监控系统 推进刀盘 PLC控制系统数据采集监控系统 土壤改良 PLC控制系统数据采集监控系统 同步注浆 PLC控制系统数据采集监控系统 盾尾密封 PLC控制系统数据采集监控系统 设备报警 PLC控制系统数据采集监控系统 刀盘 PLC控制系统数据采集监控系统 仿形刀 PLC控制系统数据采集监控系统 润滑系统 PLC控制系统数据采集监控系统 启动条件 PLC控制系统数据采集监控系统 电表数据 PLC控制系统数据采集监控系统 辅助系统 PLC控制系统数据采集监控系统 控制操作 PLC控制系统数据采集监控系统 参数设置 PLC控制系统数据采集监控系统 数据查询 PLC控制系统数据采集监控系统 参数在线 PLC控制系统数据采集监控系统 4.2.3 视频采集监控系统 ◼ 由多个摄像头采集盾构机各工作区域的实时画面，通过硬盘录像机对画面进 行管理。盾构机上的视频画面可以以4画面、6画面、9画面等制式整合到主 控室监控屏显示，方便盾构司机实时连接盾构个工区的状态。硬盘录像机还 具备存储功能，可以记录一周内的视频信息，通过硬盘录像机的回看功能可 以进行视频记录的查询。 4.2.4 电话系统 ◼ 盾构机内部电话通过装载主控室的电话交换 机进行号码分配连接到一个通话网络内。盾 构机布设电话的区域主要有人舱内部、人 舱外部门口、注浆操作区、控制室、皮带机 出闸口，这些区域的工作人员能够方便的实 现互相间的通话交流。 PLC控制系统数据采集监控系统 4.2.5. 地面及远程监控系统 ◼ 自主开发不依赖于第三方的上位机监控与远程监控软件 ◼ 掘进机上位机的数据采集与监视系统的软件由铁建重工电气技术研究院采用VB语言自主开发，其中包含 了多项专利技术。由于摆脱了第三方的监控软件的种种弊端，不但系统的图形界面更加丰富，功能更强大， 而且消除了用户版权及使用权限的种种不便。 ◼ 盾构机的数据采集系统将盾构机掘进的数据实时传送到远程计算机，用于管理者了解盾构机的状态、工程 施工进度以及生产调度指挥等。 ◼ 盾构机及导向系统的数据远程监控系统，均是通过webservice数据接口与地面监控程序进行数据交换。 盾构机地下控制程序每300ms更新一次webservice上的数据，地面以400ms一次的频率更新数据，保 证了数据的实时性及准确性，第三方监控平台也可以通过该方式获取盾构机的数据，进行实时显示。这种 不让第三方监控平台直接读取PLC数据的方式极大的保证了PLC控制系统的安全性。 ◼ 主控室的上位机显示的所有监控页面，可以通过光纤传输到地面管理人员的办公室。 PLC控制系统数据采集监控系统 PLC控制系统数据采集监控系统 地面及远程监控系统网络结构图 通过本节学习，收获了什么 总结 ◆熟悉了PLC控制系统组成和网络结构 ◆熟悉了数据采集系统和监控系统组成及结构 05 常见故障及案例 从查找电气故障的观点出发，常见的电气故障可分为 1、电源故障 缺电源、电压、频率偏差、极性接反、相线和中性线接反、缺一相电源、相序 改变、交直流混淆。 2、电路故障 断线、短路、短接，接地、接线错误。 3、设备和元件故障 过热烧毁、不能运行、电气击穿、性能变劣 故障定义常见故障原因及处理方法故障种类故障示例 原理分析法排查步骤 ① 判断出正确的故障现象（上位机显示的报警信息、现场盾构司机及操作人