中铁装备电气培训PPT课件

盾构电气系统设计 目录 目录 一供配电系统 二PLC控制系统 四主控制室与上位机 五各功能系统的电气控制 三刀盘驱动系统 目录 目录 六电气识图 七电气的保养及原则 一供配电系统 一供配电系统 1高压供电系统 2低压供电系统 3常用低压电器 4电机启动控制 产品共性设计和个性设计并存 液驱盾构供配电系统布置图 TC1 高压开关柜 变压器 TC3 螺机泵 推进泵 安装机泵 辅助泵 控制泵 泡沫泵 主驱动泵 注浆控制箱 照明 PLC 管片吊机控制箱 DT 超挖刀泵 齿轮油加热 人仓本地控制盒 EP2油脂泵 齿轮油泵 TC5 二次注浆泵 水管卷筒 风筒吊机 皮带机 污水泵 内循环水 膨润土泵 空压机 过滤循环泵 945KW液驱盾构供配电系统网络图 1 高压供电系统 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 液驱高压供电系统的组成 高压电缆高压高压电缆箱高压开关柜变压器高压电缆卷筒 1 1高压电缆卷筒 通常将250米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 电缆规格3 70 3 35 3 使用时应注意电缆的收放长度要恰当 1 2高压电缆箱 将约500米高压电缆以 8 字型排列在电缆箱内 掘进时由人力进行放电缆 1 3高压开关柜 高压开关柜将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 1 4变压器 盾构机常用的变压器有波纹密封油浸式 油变 和干式变压器 箱变 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 但其维护不便 噪音大 而干式变压器维护方便 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 因此目前一般常见的是液驱盾构机采用的是全密封油浸式变压器 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 而电驱盾构采用箱式变电站 2 低压供电系统的组成低压系统主要由以下系统组成 2 1QD DTL及DTR配电系统主要负责主驱动系统 齿轮油系统 HBW系统及推进油缸 盾尾密封等系统的控制 2 2TC1配电系统主要负责PLC系统 注浆系统 泡沫发生器系统 螺机系统 管片小车及管片安装机系统的控制和检测 2 3TC2 电驱 TC3 液驱 配电系统主要负责液压泵站系统 膨润土 泡沫系统及水系统等的控制和检测 2 4TC5配电系统主要负责皮带机系统 排污系统及卷筒的控制和检测 2 1 盾体控制系统盾体控制系统 为盾体左右侧的系统提供控制 系统大致包括推进系统 盾尾油脂 齿轮油 膨润土 盾壳膨润土及刀盘现场控制等系统 2 2 主控室主控室系统 TC1 为TC1左右侧的系统提供控制 同时为设备桥的系统 管片安装机系统 螺旋输送机系统 管片小车等提供控制 作为控制系统的核心 PLC主系统也布置在主控室内 此外 数据采集及显示系统 上位机 视频监视系统及导向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 低压配电柜液压泵站驱动系统布置在拖车3右侧 紧靠液压泵站系统 为液压系统提供动力及控制 螺旋输送机 推进 管片安装 过滤循环 控制 辅助 注浆 同时为左侧的流体系统提供动力及控制 膨润土 泡沫 内循环水等 2 4 皮带机及其他辅助功能控制系统为布置在TC5及TC6的系统提供动力及控制 包括皮带机系统 排污系统及水管卷筒等系统 3 主要低压元器件介绍盾构机低压供配电系统的配电柜主要对液压泵站 各个拖车电机 照明及插座箱等设备的供电与控制 主要部件包括塑壳断路器 软启动器等 3 1 塑壳断路器 塑壳断路器是盾构机动力配电系统的开关元件 具有短路 过载 漏电保护等功能 是盾构电力分配的主要元件 需要我们了解的整定参数如下 Ir长延时电流设定 设置的额定值 tr长延时跳闸时间 超过设置值跳闸时间 Isd短延时脱扣电流 ShortDelay 冲击电流 tsd短延时跳闸时间 ShortDelay 躲过冲击电流时间 Ii瞬时脱扣电流 Instant I n漏电脱扣电流 t漏电脱扣延时时间 3 2 软启动器 功率较大的电动机直接启动时有较大的冲击电流 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 75KW以上 中小功率的电机采用星三角启动 30KW 75KW 或直接采用启动方式 小于30KW 软启对电网方面好处 减少对电网冲击 降低启动电流 消除尖峰电流 优化电缆方案软启对机械方面好处 最大程度减少齿轮箱 传送带 轴承等转送装置上的应力 降低维护成本 减少停机检修时间 3 3 变频器 对于需要改变电机转速的场合 实现无极调速的功能 需要采用变频器实现 变频器通过整流逆变的过程 改变输出频率 实现电机转速的控制 变频器在盾构上应用广泛 如泡沫系统 膨润土系统 皮带机也可以实现转速可调 18 3 4三相异步电动机的三种启动方式 3 4 1直接起动 直接启动 辅助泵 控制过程 PLC逻辑运算结果允许启动 PLC输出模块控制位 面板按钮启动 中间继电器动作 电机主接触器动作 PLC输入模块检测位 PLC 3 4 2星三角启动 星 三角启动 管片安装机泵 控制过程 PLC逻辑运算结果允许启动 PLC输出模块控制位 面板按钮启动 中间继电器动作 电机主接触器动作 PLC输入模块检测位 PLC 3 4 3软启动器启动 为何选用软启动器 对电网的好处 为何选用软启动器 对机械方面的好处 PLC逻辑运算结果允许启动 PLC输出模块控制位 面板按钮启动 中间继电器动作 软启动器运行 PLC输入模块检测位 PLC 软启动器启动 螺旋输送机泵 控制过程 3 5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 产品共性设计和个性设计并存 3 6电控柜组装过程 一供配电系统 3 7其他小型低压控制元件 DRT系列开关电源DR系列开关电源电容模块 磁感应传感器转速监控器放大板 工业以太网交换机机械式继电器薄片继电器 时间继电器安全继电器双轴倾斜仪 电力参数仪无功补偿控制器ATS双电源 电动机保护断路器 中小型号塑壳断路器MX MN线圈大型塑壳断路器 脱扣器 微型断路器漏电保护断路器电涌保护器 二PLC控制系统 二PLC控制系统 1PLC控制系统结构与应用系统 3盾构PLC网络控制系统结构形式 4传感器介绍 2PLC控制流程介绍 1 PLC控制系统结构1 1PLC控制系统简介盾构PLC控制系统包括PLC及上位机 PLC系统是以SiemensS7 400 300 为主站ET200M为从站的可编程控制器系统 采用分布式IO形式的控制结构 能够实现信号就地接入 就地控制 节约配线 便于组装调试 工业电脑用来监视盾构的运行状态 实时显示盾构的各项运行参数 工业电脑与主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 方便日后统计使用 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 1 2PLC控制系统构成图 1 3PLC的模块组成部分 CPU电源模块通讯模块DI DO AI AO专用模块 40 RUNSTOPBF总线故障INF内部故障EXF外部故障FRCE强制MAINT维护请求 RAM与ROM程序清除备用电池 41 1 4PLC控制的实现盾构上PLC控制的实现 包含以下几个部件的参与1 人机界面 面板与上位机 参数设置 命令给定 数据显示 2 控制单元 PLC 逻辑 连锁 运算 检测 控制 3 供配电 变压器 空气开关 中间继电器 接触器 电能分配 转换 4 执行部件 电机 液压阀 控制的输出 5 传感器 压力 位移 温度 液位 接近开关等 检测及反馈 2 1PLC开关量检测与控制 数字量输入输出控制 24VDC控制换向阀和接触器 数字量输出DO PLC逻辑运算 数字量输入DI 控制按钮 中间继电器 执行部件 传感器 开关量信号 2PLC控制流程介绍 电位器控制电压0 10VDC 输出到比例阀控制电压0 24VDC0 600mA温度传感器4 20mA电流信号 模拟量输出AO PLC逻辑运算 模拟量输入AI 控制旋钮 放大板 比例电磁阀 传感器 人机界面 变频器 输出显示 电机 2 2PLC模拟量检测与控制 集中式PLC控制系统分布式PLC控制网络 产品共性设计和个性设计并存 二PLC控制系统 3盾构PLC网络控制系统的结构形式 3 1集中式IOPLC控制系统 集中式PLC控制系统组成形式简单 整个系统的控制都集中于唯一的PLC柜内 PLC程序的编制和维护相对方便 但是盾构机总长度达到近百米 并且每节拖车在组装和转场时必须要相互拆分开 以便于独立运输 因此此PLC控制系统的I O控制线分布至盾构机各个部位 大量的信号与控制电缆需要跨过数节拖车 给拆装机和设备检修造成大量的困难 二PLC控制系统 集中式IOPLC控制系统的特点 产品共性设计和个性设计并存 分布式IO控制网络结构图 编码器 3 2分布式IOPLC控制系统 二PLC控制系统 二PLC控制系统 集中IO与分布式IO的线路比较 PLC系统采用分布式IO控制网络具有以下优点 1 拖车之间电气系统的联系只有通信电缆及几根供电电缆 盾构的拆装机工作极为方便 2 设备分体始发线路成本降低 工作量得到简化 3 控制线路的简化 设备故障率显著降低 4 就近控制的形式方便了对IO控制点的检查 5 以分布式IO设计相应的图纸 可实现元件与线路的快速查找 方便设备检修 产品共性设计和个性设计并存 二PLC控制系统 盾构机常用传感器 电磁感应式接近开关 压力传感器 压力开关 电容式流量传感器 流量开关 温度传感器 温度开关 拉线位移传感器倾斜仪旋转编码器 电气信号 电流 4 20mA 0 20mA电压 10 10V 0 10V 0 5V等电阻 5K 4传感器介绍 四主控制室与上位机 1控制室总体介绍 2数据采集及监视系统介绍 3地面及远程监控系统介绍 4互联网远程诊断及调试系统介绍 1 主控制室总体介绍 主控室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 泵启动按钮的状态指示 1 绿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 4 绿灯快闪故障泵启动原则 先小后大 先次后主 即 先启动辅助泵 功率小的泵 然后启动主驱动泵和螺机泵 大功率泵不可同时启动 如液驱刀盘驱动有两个 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 2 数据采集及监视系统功能介绍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 最新设计的监视系统采用网络摄像头 将信号传输至主控室监视器上 工业电脑 同时能够将视频信号传输至地面以及异地集团总部 四数据采集与远程监视系统 产品共性设计和个性设计并存 完善的历史数据记录与分析功能历史数据记录功能将模拟量的历史数据分为高精度存贮 常规存贮适应不同数据分析需求 DI DO和报警变量的数据存贮将任何状态数据存入历史记录 以备分析调用 产品共性设计和个性设计并存 历史数据可以曲线形式显示 支持无缝缩放 拖拽 四数据采集与远程监视系统 产品共性设计和个性设计并存 自主开发不依赖于第三方的上位机监控与远程监控软件上位机的数据采集与监视系统的软件由我公司采用C 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 四数据采集与远程监视系统 3 地面及远程监控系统介绍 产品共性设计和个性设计并存 地面远程监控系统结构图主控室的上位机显示的所有监控页面 可以通过电话线或光纤传输到地面管理人员的办公室 四数据采集与远程监视系统 产品共性设计和个性设计并存 通过互联网远程诊断及调试系统 技术人员可在办公室内完成对异地设备的远程快速诊断及调试 减少设备的停机时间 四数据采集与远程监视系统 4 互联网远程诊断及调试系统介绍 五各功能系统的电气控制 1土压平衡盾构机系统功能介绍 2刀盘主驱动系统 3推进系统 4管片拼装机系统 1 刀盘主驱动系统2 推进系统3 管片安装机4 油脂润滑与冷却系统5 盾尾密封6 气体检测7 螺机与皮带机系统8 注浆系统9 铰接10 泡沫与膨润土系统11 超挖与仿形刀系统 1 土压平衡盾构机的主要系统功能介绍 2 刀盘主驱动系统 主驱动控制系统结构组成 琴台上位机本地控制面板 补油泵压力正常 介于22 35Bar之间 实测转速 0 5rpm主油箱油位正常补油泵运行推进泵 螺机泵 另一个驱动泵处于启动过渡时期时驱动泵不能启动 1 主驱动泵启动允许条件 主驱动系统操作 2 刀盘启动条件 刀盘极限油温齿轮油温度正常冷却水泵正常运行控制泵运行刀盘转速电位器在零位 泵启动后停止灯亮时 选择刀盘左右转 选择高低速 刀盘启动 调节旋钮反转 调节旋钮回零位 按停止钮 重复以上启动顺序停止刀盘 调节旋钮回零位 刀盘停止 3 刀盘启停操作顺序 4 刀盘本地与主控制室控制 就地控制条件 两钥匙开关同时打到本地控制 且满足启动条件本地控制刀盘转速约为低速最高转速的0 3倍左右转都为点动控制 推进系统的两种工作模式当推进允许的所有条件都满足时 推进允许指示灯亮 此时按下推进模式按钮 才能启动推进 2 推进系统 推进模式 管片拼装模式 管片安装机遥控器带油缸控制通讯方式 控制线 总线 3 管片安装机 打开遥控器钥匙开关和急停 主控制台按两次复位 泵停止红灯灭了以后 启动管片安装机泵 在管片安装模式下即可操作 3 1管片安装机的操作 当遥控器两侧爪子松开开关同时按下后 才能执行 爪子松 动作 一旦抓紧动作开始执行 抓紧过程中无论按钮松开与否 操作必定要执行下去 除非此时执行 爪子松 动作 当抓举头的压力开关达到设定压力 120Bar 时 PLC得到压力开关的 抓紧 信号后 才能允许管片机执行旋转动作 从执行抓紧动作开始到爪子抓紧后这段过程 警报器发出间断声光信号 提示爪子于未抓紧的过渡状态 两侧同时按下 爪子松 按钮时 爪子执行松开动作 若松开爪子松按钮 松开动作立即停止 3 2管片安装机抓举头操作 旋转的前提条件 1 爪子处于抓紧状态 压力到达150BAR 2 爪子处于松开状态 压力没有达到150BAR 3 3管片安装机旋转操作 管片安装机左右转动作时 警报打开操作时一定注意与推进缸和管片的干涉 管片安装机三组模拟量操作红蓝缸伸缩 前进后退和左右旋转三组动作是模拟量控制 通过控制手柄扳动角度的大小可以控制相应动作速度的快慢 红蓝缸动作可以同时执行 管片拼装机头部的两个动作 1 头部红倾 兰倾2 头部红转 兰转 4 密封润滑油脂及齿轮油系统 操作 启动齿轮油 启动齿轮油泵 当齿轮油温度达到约19度以上时 齿轮油流量值才可能达到580正常值以上 此时齿轮油压力通常小于约8Bar 启动HBW 确保本地操作面板打到 工作 状态 启动冷却水泵和空压机 启动HBW主轴承润滑 主控制室启动主驱动润滑 林肯泵启动 当前盾润滑油脂桶内油量少时自动启动气动泵向油脂桶打油 5 盾尾密封 操作 1 自动控制打开内循环水泵 空压机 将注脂控制箱盾尾密封选择开关旋至AUTO 主控制室也将密封选择开关调至自动运行 按启动钮即可 自动运行状态下 控制程序自动按照1 6号的顺序一个接一个的注入 每一个注入口启动10秒左右 关闭后启动下一个 1 6号前端口注完一轮后注后端口1 6号 依次交替 2 手动控制将本地与主控制室选择钮都打到手动状态 打开冷却水泵与空压机 主控制室启动盾尾密封并至少打开一路气动阀 即可动作 控制原理 压力控制模式 自动模式选择压力控制模式 按照设定次数和设定间隔时间 最大等待时间进行注脂 循环注脂 当某点压力达到设定值 而其他点压力没有达到设定值时 继续注脂其他点 直到压力达到 行程控制模式 按照上位机设定行程距离 推进在控制距离内 达到注脂次数后停止注入 6 气体检测装置1 人仓便携式气体检测装置 主要检测氧气 一氧化碳 二氧化碳及甲烷等气体 当超过安全浓度会发出声音报警 可充电式 带压进仓时必须携带 2 螺机出口的甲烷检测 检测螺机出渣的甲烷气体浓度 单位为 3 螺机出口的硫化氢检测 检测螺机出渣的硫化氢浓度 单位为PPM 上述2和3的检测参与PLC控制 设置报警和切断两级报警 当甲烷浓度达到10 或硫化氢达到10PPM时 PLC会在上位机报警系统进行提示 同时会在控制台声光报警 当甲烷浓度达到25 或硫化氢达到20PPM时 PLC会在上位机报警系统进行提示 在控制台声光报警 延时30秒后除照明系统正常工作外 设备将断电保护 7 螺机与皮带机系统 8 注浆控制系统首先做好一切准备工作 比如接好注浆管路 传感器等 连接好砂浆运输罐车与盾构自备贮浆罐间的注浆管 启动砂浆车输送泵向贮浆罐中输入砂浆 输砂浆的同时应启动砂浆搅拌器 使其搅拌砂浆防止砂浆发生固结 选择工作模式 一般均采用手动模式 掘进开始后 启动A B注浆泵准备注浆 根据掘进速度选定适当的注浆速度 启动四个注浆泵进行注浆 并通过速度调节器调好速度 94 9 超挖刀 超挖刀 六电气识图 1识图要点 2电气图纸系统分类 3电气图纸查询规则 7 1识图要点 1 元件符号 型号2 系统 元件及线路的编号规则3 图纸不同页面间的关联方式4 如何通过编号查询所需的图纸内容 7 2电气原理图系统分类 1 高压系统3 低压补偿系统6 线前照明 空调 插座系