土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)概述及電氣故障處理方法與心得[權(quán)威資料]

土壓平衡盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)概述及電氣故障處理方法與心得 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要 :近年來(lái)，隧道及地下空間的大發(fā)展，促進(jìn)了盾構(gòu)施工技術(shù)的飛速進(jìn)步，作為盾構(gòu)法施工的主角，現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)集機(jī)、電、液、氣、傳感、信息技術(shù)于一體，是一種綜合技術(shù)很強(qiáng)的隧道開挖施工機(jī)器。盾構(gòu)施工過(guò)程包括土體挖掘、渣土改良、渣土傳送、同步注漿、管片拼裝以及測(cè)量系統(tǒng)等，這些過(guò)程都通過(guò)盾構(gòu)機(jī)的 PLC 控制、觸摸屏、變頻器、氣動(dòng)、液壓等來(lái)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)中各個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化。高自動(dòng)化 控制是現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)的主要特點(diǎn)。但它也為盾構(gòu)機(jī)的安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維修以及改進(jìn)帶來(lái)了很大的困難。因此解決盾構(gòu)機(jī)故障也是盾構(gòu)施工中一個(gè)比較棘手和重要的問(wèn)題。如何快速、準(zhǔn)確地檢查并解決盾構(gòu)機(jī)的故障是我們一直探索和研究的問(wèn)題。本文結(jié)合日本 JTSC(原 IHI)土壓平衡盾構(gòu)機(jī)特點(diǎn)和北京地鐵十號(hào)線二期第十標(biāo)段以及南水北調(diào)東干渠工程第七標(biāo)段盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的盾構(gòu)維修經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)介紹JTSC(原 IHI)盾構(gòu)機(jī)的電氣系統(tǒng)組成和電氣故障處理方法、心得體會(huì)。 關(guān)鍵詞： 盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)故障排除 F407 A Abstract : In recent years , large tunnels and underground space development , and promote the rapid progress of shield construction technology , as the protagonist of shield construction , modern shield machine mechanical, electrical , hydraulic, pneumatic , sensing, information technology in one is a highly integrated technology tunnel excavation machines. Shield construction process , including soil excavation, muck improvement, sediment transfer , synchronous grouting, tube sheet assembly and measurement systems , these processes through the shield machine PLC control, touch screen, inverter , pneumatic , hydraulic etc. shield tunneling achieve all aspects of automation . High automation and control are the main features of modern shield machine . But it also shield machine installation , commissioning, operation , maintenance and improvements brought great difficulties. So to solve the TBM shield construction faults is also one of the more difficult and important problem. How to quickly and accurately check and troubleshooting shield machine is what we have to explore and study. In this paper, Japanese JTSC ( original IHI) EPB shield machine characteristics and Beijing Subway Line two tenth tenders and diversion canal project East Seventh tenders during tunneling shield repair experience , focusing on JTSC electrical Systems (formerly IHI) shield machine composition and electrical troubleshooting methods , and experience. Keywords : shield machine electrical system troubleshooting U226.8+1 A 一、電氣系統(tǒng)組成 盾構(gòu)機(jī)的電氣系統(tǒng)主要分為供配電系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)、 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。 1、供配電系統(tǒng) 盾構(gòu)施工是參考工廠式的流程化作業(yè)施工，盾構(gòu)機(jī)的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則也是參照工廠供配電原理設(shè)計(jì)的。供配電系統(tǒng)分為高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)，其用電設(shè)備列表 1如下： （ 1）高壓系統(tǒng) 由上述電力負(fù)荷計(jì)算可知，盾構(gòu)機(jī)用電量大，且供電距離較長(zhǎng)， JTSC(原 IHI)盾構(gòu)機(jī)采用 10KV 盾構(gòu)專用電纜從地面高壓配電柜直接接入盾構(gòu)機(jī)后配套臺(tái)車的 ZBW-1400KVA10/0.4kV 箱式高壓變電柜內(nèi)，再向盾構(gòu)機(jī)上各設(shè)備以及洞內(nèi)其他用電設(shè)備供電。這種方式不僅供電可靠性高，而且盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)不影響施工現(xiàn)場(chǎng)附近的城市用電。 （ 2）低壓系統(tǒng) JTSC(原 IHI)盾構(gòu)機(jī)的低壓配電電壓為380/220/100V，采用三相四線制的保護(hù)接零方式，在變壓器的低壓側(cè)，共用地線和中性線，把盾構(gòu)機(jī)各個(gè)用電設(shè)備的外露不導(dǎo)電部分和臺(tái)車與地線直接相連，這種 N 線與 PE 線合一的變壓器中性點(diǎn)接地系統(tǒng)叫 TN-C 系統(tǒng)。同時(shí)盾構(gòu)機(jī)的各個(gè)用電設(shè)備采用放射性供電方式，任意一回 路出現(xiàn)故障都不會(huì)影響其他回路的工作。 盾構(gòu)施工環(huán)境潮濕且較狹窄，容易發(fā)生漏電危險(xiǎn)，盾構(gòu)機(jī)采用的是各個(gè)設(shè)備的外露不導(dǎo)電部分都與地線相連的配電保護(hù)形式，當(dāng)設(shè)備絕緣損壞外殼時(shí)，就通過(guò)地線形成回路產(chǎn)生短路電路，從而使保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，切斷漏電設(shè)備的電源，以保障人身安全。 1.2、電機(jī)控制系統(tǒng) 盾構(gòu)機(jī)中電動(dòng)機(jī)的數(shù)量多，容量大小不一。故其控制應(yīng)根據(jù)容量及負(fù)載的不同而異。盾構(gòu)機(jī)中電動(dòng)機(jī)的控制主要有啟動(dòng)控制和調(diào)速控制。 （ 1）啟動(dòng)控制 盾構(gòu)機(jī)中的傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)基本為交流電動(dòng)機(jī) 由于交流電動(dòng)機(jī)對(duì)電源電壓的波動(dòng)較敏感，故應(yīng)減小電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電源的波動(dòng)。盾構(gòu)機(jī)中電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方式主要有變頻啟動(dòng)、星 -三角啟動(dòng)和直接啟動(dòng)。由于刀盤電機(jī)（ 10 個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)55KW）、注漿系統(tǒng)電機(jī)和土體改良系統(tǒng)電機(jī)，用電量較大，如采用直接啟動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊電流，為了避免啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊，采用軟啟動(dòng)模式啟動(dòng)（變頻器啟動(dòng)），且能隨時(shí)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于盾構(gòu)啟動(dòng)柜內(nèi)的中型功率的各油泵電機(jī)采用星 -三角啟動(dòng)，啟動(dòng)電機(jī)時(shí)，控制接觸器用星型連接，此時(shí)工作電流只有正常運(yùn)行時(shí)的 1/3，啟動(dòng)一分鐘左右（由時(shí)間繼電器控制）， 控制接觸器轉(zhuǎn)換成三角形連接方式運(yùn)行。以上兩種控制方式經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便并且能到達(dá)減小啟動(dòng)電流的目的。同時(shí)還有一些小功率電機(jī)一般都采用直接啟動(dòng)模式啟動(dòng)，如清洗水泵電機(jī)和管片吊裝電機(jī)等。 （ 2）調(diào)速控制 盾構(gòu)機(jī)中大量的電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)需要進(jìn)行調(diào)速，如盾構(gòu)機(jī)刀盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)、注漿系統(tǒng)電機(jī)和土體改良系統(tǒng)電機(jī)等，它們采用變頻調(diào)速。變頻調(diào)速?gòu)V泛應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，它通過(guò)改變頻率進(jìn)行調(diào)速。根據(jù)需要調(diào)節(jié)的指標(biāo)來(lái)改變頻率。由于采用變頻調(diào)速的大容量電動(dòng)機(jī)能夠產(chǎn)生較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速還解決了電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn) 題。 1.3、 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng) 盾構(gòu)機(jī)是一個(gè)機(jī)、電、液、氣一體化的隧道開挖施工機(jī)械，是大型化、自動(dòng)化、流程化的大型連動(dòng)機(jī)械。由于其控制環(huán)節(jié)多，工序復(fù)雜，并且相互關(guān)聯(lián)，相互影響，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障都將影響正常掘進(jìn)甚至停機(jī)修理，為了保障盾構(gòu)機(jī)工作的高度可靠性、安全性和易維護(hù)性，其控制系統(tǒng)采用了 PLC 可偏程控制系統(tǒng)。 PLC 可偏程控制系統(tǒng)具有系統(tǒng)功能強(qiáng)、可靠性高、抗震性能好、編程容易、修改方便、擴(kuò)充維修容易等一系列優(yōu)點(diǎn)。 2 采用 PLC 可編控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是盾構(gòu)機(jī)上所有 傳感器和控制信號(hào)等都輸入到 PLC 輸入模塊，所有輸出信號(hào)都由 PLC輸出模塊發(fā)出的。方便建立各種連鎖關(guān)系。因此 PLC 可編控制器是盾構(gòu)機(jī)的控制中樞，亦是盾構(gòu)機(jī)的大腦和心臟。 JTSC(原 IHI)盾構(gòu)機(jī)的 PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由地面監(jiān)控室的監(jiān)控電腦、盾構(gòu)機(jī)上的電腦以及各種傳感器、三菱 PLC系統(tǒng)和演算工房測(cè)量系統(tǒng)組成（如圖 1-1）。 圖 1-1 盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng) （ 1） PLC 系統(tǒng)組成 PLC 系統(tǒng)主要由 CPU 模塊、通信模塊、信號(hào)模塊、智能I/O 模塊、功能模塊和電源模塊組成。 PLC 控制系統(tǒng)在盾構(gòu)機(jī)上的應(yīng)用如圖 1-2 所示： 圖 1-2 PLC 系統(tǒng)圖 （ 2） PLC 的工作方式 PLC 是采用順序掃描、不斷循環(huán)的方式進(jìn)行工作的。PLC 的掃描工作過(guò)程可分為輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新 3個(gè)階段，并進(jìn)行周期性循環(huán)。具體如圖 1-3 所示。 CPU 從第一條指令開始執(zhí)行直到結(jié)束符號(hào)返回第一條指令，如此循環(huán)。即在系統(tǒng)軟件控制下，順序掃描各輸入點(diǎn)狀態(tài)，按用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)。 圖 1-3 PLC 的工作方式 1.4、計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)主要用于參數(shù)設(shè)置和數(shù)據(jù)采集分析，數(shù)據(jù)采集分析就是采集、處理、存儲(chǔ)、顯示和評(píng)估與盾構(gòu)機(jī)聯(lián)網(wǎng)所獲得的數(shù)據(jù)。所需硬件系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、轉(zhuǎn)換器及數(shù)據(jù)傳輸電纜等。 二、盾構(gòu)機(jī)電氣故障處理方法與心得 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)系統(tǒng)的控制，多數(shù)是采用智能控制方法，所以盾構(gòu)機(jī)上面的傳感器、電磁閥等電子元件較多，線路連接復(fù)雜，電氣設(shè)備繁多，所以出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)要整體去把握研究問(wèn)題的起因和處理方法。 2.1、解決問(wèn)題的原則 先簡(jiǎn)后繁、由外到內(nèi)，先檢查電 源，隨后再檢查外部線路。一般情況下 PLC 程序出問(wèn)題比較少，對(duì)于電氣故障要先從簡(jiǎn)單的地方查起，當(dāng)外部可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)都排除后，才去考慮 PLC 可能出現(xiàn)的問(wèn)題。 3 2.2、常見(jiàn)故障的種類及排除方法 在日常掘進(jìn)的維保過(guò)程中 電氣方面的問(wèn)題主要有以下幾種。 （ 1） 電氣元器件損壞 電氣元器件比如傳感器、接觸器和電磁閥等會(huì)出現(xiàn)故障如損壞或者燒掉導(dǎo)致不能正常工作。 案例（ 1） 2011 年 10 月 18 日，故障狀態(tài)：因故盾構(gòu)停機(jī)半天，當(dāng)重新啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)備掘進(jìn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)所有準(zhǔn)備工 作做完后，點(diǎn)擊推進(jìn)的啟動(dòng)按鈕，盾構(gòu)機(jī)上所有油泵電機(jī)和刀盤電機(jī)全部停止。報(bào)警界面顯示控制 ELB 跳閘，即操作電路漏電自動(dòng)斷路器跳閘。 我們的第一反應(yīng)就是去 MP 柜合閘，合閘后重啟盾構(gòu)機(jī)，還是出現(xiàn)上述問(wèn)題，于是我們開始檢查其線路，發(fā)現(xiàn)相關(guān)電纜沒(méi)有破損和斷裂的地方，接頭亦沒(méi)有松動(dòng)，這時(shí)候我們想到控制推進(jìn)油缸的電磁閥是不是出現(xiàn)故障，因?yàn)?16 個(gè)推進(jìn)油缸被分成上下左右 4 個(gè)區(qū)，每個(gè)區(qū)由一個(gè)電磁閥塊控制，電磁閥塊上的每個(gè)電磁閥都是單獨(dú)控制一個(gè)推進(jìn)油缸。我們從上到下，從左到右的順序開始檢查每一個(gè)電磁閥，當(dāng)檢查到下面一組 電磁閥時(shí)，發(fā)現(xiàn)這組電磁閥位于盾構(gòu)機(jī)下面，被水浸泡了。找到原因后，我們立即組織人員先將水抽干凈，再將這組電磁閥一個(gè)個(gè)拔出來(lái)用電吹風(fēng)吹干重新裝上，重新啟動(dòng)盾構(gòu)，恢復(fù)正常。 （ 2）連接線路出現(xiàn)問(wèn)題 電氣元件跟模塊之間連接，或者通訊網(wǎng)絡(luò)之間連接出現(xiàn)故障如接觸不良或者短路會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸不順暢無(wú)法把信號(hào)傳到 PLC 的數(shù)據(jù)處理模塊中。 案例（ 2） 2013 年 9 月 3 日，故障狀態(tài)：推進(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)突然停止，報(bào)警界面顯示省配線裝置異常，即通訊模塊連接異常。 操作說(shuō)明書上提示省配線有關(guān)的單元 錯(cuò)誤或電纜斷裂。我們打開有關(guān)省配線的調(diào)試界面，發(fā)現(xiàn)位于 MP 柜和第二節(jié)臺(tái)車上的 JBK 電器柜內(nèi)的 PLC 模塊顯示為紅色。我們先對(duì)線路進(jìn)行檢查，采用萬(wàn)用表進(jìn)行排查，包括接頭處，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題，再對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行更換檢查，也沒(méi)有查出問(wèn)題所在。通過(guò)咨詢廠家技術(shù)人員，他們建議我們更換通信電纜，換線后，恢復(fù)正常。他們給我們的解釋：有可能通信電纜內(nèi)部分受損，特別是電纜屏蔽層受損，與強(qiáng)電電纜布置在一起，信號(hào)受到電磁干擾。 （ 3） PLC 程序部分出錯(cuò)或丟失 程序出錯(cuò)會(huì)使得當(dāng)正常操作時(shí)，命令已通過(guò) PLC 的輸入模塊輸入 到處理器，但是不按正常的程序運(yùn)行，導(dǎo)致程序之間矛盾或者輸出不正確，不能正常工作，程序丟失則會(huì)讓某個(gè) PLC 接口模塊連接不上數(shù)據(jù)，或者全部 PLC 模塊連接不上，導(dǎo)致顯示屏上面顯示都是問(wèn)號(hào) 4。 案例（ 3） 2013 年 12 月 5 日，故障狀態(tài)：盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，操作觸摸屏左側(cè)一個(gè)突然黑屏，但電源指示燈有顯示，關(guān)掉觸摸屏電源重啟，發(fā)現(xiàn)該觸摸屏能顯示但不能操作，且一點(diǎn)擊某個(gè)按鈕，再次黑屏。無(wú)故障信息。 由于左右兩個(gè)觸摸屏顯示與操作功能一樣，出現(xiàn)這種故障，我們第一個(gè)想到的是將兩者的數(shù)據(jù)線對(duì)調(diào)，但情況一樣，故 障沒(méi)有解除，然后以為觸摸屏硬件出現(xiàn)問(wèn)題，我們立刻聯(lián)系 proface 觸摸屏廠家技術(shù)人員，要求他們提供技術(shù)支持，當(dāng)他們得知觸摸屏有電源指示以后，他們立刻否定了硬件故障，而是觸摸屏物理地址出錯(cuò)，然后在他們的幫助下我們進(jìn)入了觸摸屏的調(diào)試界面，果然如他們所說(shuō)，物理地址由原來(lái)的 0015H 變成了 0115H。改過(guò)來(lái)之后，重啟觸摸屏，恢復(fù)正常。由于之前從沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)此類問(wèn)題，施工現(xiàn)場(chǎng)也沒(méi)有幾個(gè)人會(huì)進(jìn)入這個(gè)調(diào)試界面，我們推測(cè)應(yīng)該是觸摸屏內(nèi)部程序出現(xiàn)錯(cuò)誤。 2.3、心得體會(huì) 通過(guò)上面的案例可知：（ 1）我們對(duì)于盾 構(gòu)機(jī)的維修和日常維護(hù)，首先要熟悉它的工作原理和電氣、液壓、機(jī)械之間的關(guān)聯(lián)情況，以及設(shè)備各系統(tǒng)中每個(gè)零部件所起的作用，只有這樣才能快速準(zhǔn)確地解決問(wèn)題。（ 2）維修設(shè)備應(yīng)遵循先“ 看 ” 后 “ 想 ” 再 “ 動(dòng)手 ” 的原則，機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)首先要看清楚是什么故障，是否是因?yàn)闄C(jī)械、液壓或其他部分原因造成的，不要盲目動(dòng)手，以免影響維修速度甚至將問(wèn)題擴(kuò)大化，找到問(wèn)題根源后再動(dòng)手。這樣往往可以達(dá)到是事半功倍的效果。（ 3）維修設(shè)備時(shí)應(yīng)先外后內(nèi)，首先檢查電線是否破皮、斷裂、脫落、水泡等明顯問(wèn)題，往往簡(jiǎn)單明顯的問(wèn)題最容易被忽視。（ 4）另外設(shè)備的 日常維護(hù)、保養(yǎng)也相當(dāng)重要，正確到位的保養(yǎng)可以降低設(shè)備的故障率、提高設(shè)備使用壽命進(jìn)而增產(chǎn)增效。同時(shí)由于盾構(gòu)施工環(huán)境盾構(gòu)施工環(huán)境狹窄、潮濕，對(duì)電氣設(shè)備和電氣柜還應(yīng)做好防水防潮工作。當(dāng)然對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)操作人員進(jìn)行有效的培訓(xùn)工作，往往許多電氣故障是由于不當(dāng)操作引起的。（ 5）設(shè)備故障解決后最好做個(gè)詳細(xì)記錄，什么問(wèn)題；維修過(guò)程及結(jié)果。以后再遇到類似問(wèn)題看一看記錄，這樣可以節(jié)約時(shí)間，提高效率。也可以使其他維修技術(shù)人員單獨(dú)排除故障時(shí)有據(jù)可依，少走彎路。 盾構(gòu)施工工期緊，施工環(huán)境惡劣，盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)故障必不可免，一旦發(fā)生故障 勢(shì)必影響盾構(gòu)施工進(jìn)度與工程效益。盾構(gòu)機(jī)上面的電氣連接和控制系統(tǒng)相當(dāng)于盾構(gòu)機(jī)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，作為盾構(gòu)機(jī)使用單位電氣技術(shù)人員，通過(guò)對(duì)盾構(gòu)機(jī)電氣系統(tǒng)組成和核心的控制部分進(jìn)行不斷的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，掌握盾構(gòu)機(jī)電氣原理和 PLC 控制技術(shù)，在熟練掌握電氣圖紙和 PLC程序的基礎(chǔ)上，利