海瑞克盾构机系统分析及故障排除.doc

海瑞克盾构机系统分析及故障排除摘要：介绍海瑞克盾构机基本组成及PLC控制组成过程。结合实例详细分析及故障排除。关键词：盾构机 分析 故障排除。 公司使用2台海瑞克公司的土压平衡盾构机，分别担负广州地铁三号线北延段六标的掘进任务，它配备了机电一体化液压系统，同步注浆系统，刀盘系统，泡沫系统，彭润土加注系统，螺旋机系统，油脂自动润滑系统和SL.S-T隧道激光自动控制系统。是当今隧道掘进设备中自动化较高的机械，由PLC进行控制。一 盾构机的基本结构盾构机由油脂润滑系统，刀盘系统，螺旋机系统，千斤顶系统，管片安装系统，泡沫系统，同步注浆系统，膨润土系统组成。如下图1； 盾构机的基本结构 图11、 油脂润滑系统：分别有油脂泵、电磁阀、分配阀、冲程传感器等组成。是由油脂泵提供设定油脂压力，根据刀盘主轴承密封，螺旋机密封按设定要求，油脂由分配阀分配到各润滑点上，同时冲程传器计数提供给PLC使电磁阀通断62、刀盘系统：分别由3个电动机，3个液压泵头，8个液压马达、刀盘、电磁阀 、油压传感器、8个温度传感器，土压传感器等部分。工作过程：由电动机（315kw）带动液压泵头提供（260bar）油压，同时油压力传感检测到的数据传给PLC，由操作人员根据需要控制正反转使换向阀线圈得电，在足够压力和流量同时驱动8个液压马达，经过齿轮带动使刀盘旋转滚刀切削沼泽面。在运行时各种类型传感器信号传到plc而得知油温度 、刀盘扭矩 、转速和土仓压力等数据。3、泡沫系统：泡沫泵，增压泵，压力传感器，流量调节阀，流量计传感器，泡沫发生器，其主要改良土质和使刀盘少粘土，减少刀盘旋转的扭矩。泡沫泵将泡沫剂罐中泵出，并与水泵出水按盾构机操作指令比例混合成溶液，向前输送到盾体中，然后被分配输送到管里经流量调节阀和流量计传感器、压力传感器，后，又被分配到四个泡沫发生器中，泡沫发生器与压缩空气混合产生泡沫，按盾构机操作指令比例混合，最后泡沫沿四条管路经刀盘旋转接头，再到刀盘喷到开挖仓里。4、 螺旋机系统：分别由电动机，液压泵头、1个液压马达，电磁阀 、土压传感器、螺杆、前后闸门等组成。其主要把刀盘切削的泥土经螺杆往后出土，经皮带机将输送到运输车运到地面。螺旋机有两个闸门，前者关闭可以使泥土仓和螺旋机隔断，后者可以停止或维修关闭。操作人员根据螺旋机传感器传回数据控制掘进速度和闸开口的大小达到土压平衡。5、千斤顶系统：分别由电动机，1个液压泵，24组千斤顶，4排阀块，油压传感器，千斤顶行程传感器等组成。在刀盘扭矩较小时操作手启动掘进模式，24组千斤顶电磁阀同得电，经油压传感器反馈信号控制比例阀自动调节油压，达到操作人员控制要求，根据千斤顶行程传感器伸出量，可以调节盾构机趋向左右或上下，就能更好掌握盾构机姿态。6、膨润土系统：分别有膨润土箱，膨润土泵，九个气动膨润土管控制阀，九个压力传感器等组成。需要注入膨润土时，膨润土泵沿着管路向泵到盾构内，操作人员根据压力大小控制膨润土管路控制阀开关，将膨润土注入开挖仓，土仓或螺旋机中。膨润土也是用来改良土质，以便于盾构机掘进。7、同步注浆系统：分别有注浆泵，搅拌箱，四个压力传感器，四个冲程记数传感器组成。在掘进同时把水泥浆注入盾尾，分成手动和自到注入根据压力传感器，将检测压力大小反馈到plc，根据plc设定值判别是不是浆已注饱满。注浆量的多少会影响隧道质量，也是控制地面下沉最好的方法。-8、管装安装机(拼装机)系统：分别有两个液压马达，油泵，电磁阀，角度传感器，千斤顶等组成。拼装机是拼装管片之用，是由油泵通过电磁阀控制相应来完成千斤顶收缩、扩张、压紧等动作。在拼装不同角度利两个液压马达带动齿轮旋转，用角度传感器设计参数保护油管和电缆不被拉断。二PLC控制组成 盾构机PLC控制系统由工控机 ，两台调制解调器，各类按钮、传感器等输入部分，及各类电磁阀、继电器输出部分，如下图2：PLC的cpu是控制系统的核心，传感器就如人眼睛和知觉，它采样回来的数据经模拟量输入模块，在由CPU控制系统将模拟量数据转换数字信息给操作人员看，再用软件设定联锁控制输出（如刀盘泵头油压传感器要是压力不到设定值，控制不输出电压电磁阀无法得电将使刀盘不能转动）等，同时经调制解调器传通过数据线传到监控室工控机，可让上层管理人员随时了解。 西门子S7-PLC是盾构机控制系统关键部件，控制系统用于控制盾构机掘进、拼装时各主要功能。例如盾构机要掘进时，盾构机操作人员按下操作控制台上掘进按钮，一个电信号就被传到PLC控制系统，控制系统首先分析推进条件是否具备(如推进油缸液压油泵是否打开，润滑脂系统是否工作正常等，推进条件不具备，就不能推进，条件具备，控制系统就会使推进按钮指示灯变亮，同时控制系统也会给推进油缸控制阀电磁阀供电，电磁阀通电打开推进油缸控制阀，盾构机开始向前推进)。都是利用传感器信号的数据，达到各种动作执行和自锁。监控室工控机_调制解调器_._._._._._._._._._._._._._._._._._.盾构机调制解调器PLC油压传感器行程传感器油压传感器角度传感器中间继电器脉冲传感器控制系统组成 图2盾构机由以下五种功能来实现总体控制； 1、 模拟量输入处理功能：利用模拟量输入模块将现场的模拟量转换成过程值。如土压传感器把土仓压力转换成模拟电流信号(4-20mA)，经数据线输入PLC模拟量模块(PIW)中，模拟量模块通过D/A转换成十进制数字显示。2、工艺参数信号的处理功能：对于模拟量通过相关信号处理的过程：如以MTS系列的产品MK292卡，可以将千斤顶伸缩长度，采集与处理千斤顶行程传感器提供的信号，把它变化量经数据线传输到PLC系统中，并显示在屏幕上及控制面板上。3、控制功能：能实现生产设备的顺序联锁控制和模拟参数的调节。如；拼装机抓钩能够抓起管片由压力开关来判断，下一动作是否正常如；旋转和其它千斤顶伸缩。同时压力的大小反馈到plc里再到电磁阀形成闭环，自我调节达到抓起管片而且不损坏管片，在进行各种动作管片就不会掉下。4、通信功能：利用本系统的DP、MPI接口和通讯模块CP 443-1把过程管理级，过程控制级和生产管理级联系起来，实现双向通。如；安装在地面监控室的工控机，通过调制解调器和盾构机调制解调器相互译制，与盾构机的PLC串口相连，而监控和控制PLC运行，同时地面工控机也起看掘进参数据保存作用，方便上层管理人员远程监控和分 5、 报警功能：对报警信号进行多种形式的处理，系统中有窗口报警，红色指示灯应答输出。如刀盘按钮和空气开关常开触头联锁，在输入PLC模块，要是开关没合好红色按钮常亮报警。将信号从PLC传到工控机上，错误信息显示在工控机的屏幕上，方便维修人员的判断。， 图4 PLC 控制电磁阀电路图 图5 脉冲信号传回PLC 图 三案例1： 故障； 一次在掘进过程中运行刀盘突然停止，复位后又能再启动并正常运行，但是运行一分钟又出现此类现象，并且很频繁，造成无法正常旋转刀盘掘进，工业电脑上显示油脂故障。故障分析有以下； 1、 检查压缩空气压力不足，造成压力供给不够，造成油脂障 2、 检查油脂泵压力提供不够，造成油脂报警故障 3、 检查电磁阀有没有得电，首先检测输出模块接线端子有没有电压，如有检测电磁线圈有没有得电，电磁线圈有没有烧坏，如都正常。在确定以上几点都正常判断是冲程传感器造成故障，首先在操作室电脑监控冲程数次没变化，根据上图4，图5所知，然后检测冲程传感器有24V电压，检查信号线通断是好，最后将冲程传感器（-18B5）拆除，将一直径与传感器内径相差不多的金属棒体插入其中，作活塞式往复运动，可以在操作室电脑监控看出冲程数变化，传感器能正常工作，随后将其中的一条输出油脂管拆除，手动进行注脂，油脂还是不能注出，后将分配阀整体拆下，在拿到机修房拆开清洁，最后在清理阀板时，从阀板孔中取出一颗细小沙子（直径1mm），再次安装上，试机正常，后来是机修工在更换油脂桶时操作不慎有杂物掉入油脂桶，导致了此次故障的发生。四案例2： 故障；管片拼装机不能动作，工业电脑上显示数据线有故障。故障分析有以下；1、角度传感器数据线有故障或传感器损坏。2、传感器和电磁阀供电源不正常。3、输入模拟模块损坏。4、拼装机摇控器电池电压不足。最初看到这故障的时候判断管片拼装机的数据总线造成，经过检测，数据线总线没有问题，并且PLC模块没有报警指示，然后检查角度传感器也正常，并以上几点都正常，进一步检查管片拼装机抓钩压力开关，依据电气图找到该压力开关对应的端子箱，发现端子箱中给压力开关供电的电源(24V) 正常，但是却没有信号反馈给PLC，检查发现压力开关的信号反馈线断了，将该线接好后故障消失，管片拼装机动作正常。 结束语：通过这次对盾构机可编程序s7-400PLC系统控制掌握，