贵州省的环境保护与资源利用.ppt

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,其技术先进、结构庞大。如果把机械部分比喻***的四肢,那么液压系统比喻***的血液系统,则电气控制系统就是人的神经系统。当前盾构机电气控制系统均采用世界上最先进、可靠的技术以保证系统稳定可靠地运行。海瑞克盾构机电气控制系统分为配电系统、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。下面对该三个部分进行介绍。
1 配电系统
盾构施工是参考工厂式的流程化作业施工,盾构机的配电系统设计原则也是参照工厂供配电原理设计的。配电系统分为高压系统和低压系统,其用电设备列表如下:
序号
用电设备
设备容量
备注
1
刀盘驱动
945kW
2
超挖刀

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

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

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

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:
变压器温度和密封性故障动作机构
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,。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,
I/O从站
行程数据接收转换卡
遥控器无线通讯从站
工控机
行程显示器×8
I/O从站
拼装机角度编码器
西门子电表
400主站
VMT电脑
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