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【摘 要】随着隧道以及地下空间的发展，盾构施工技术也飞速进步，现代盾构机是集机、电、液、气、传感和信息技术于一体的综合技术性很强的隧道开挖施工机器。其主要系统由电气部分组成，电气系统故障会导致整体机构工作的停滞，所以盾构机的电气调试具有具体而重要的实际意义。
【关键词】盾构机；电气调试；构成；故障处理
一、前言
盾构机具有安全性高、开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、对地表环境和沉降影响小等优点。但其系统复杂、体积庞大，内部线路和管道纵横交错且自动化控制系统先进强大。所以，负责盾构机设备的机电工程师，不仅需要具备机械液压电气等方面的基础知识，还要学习掌握其结构和原型，需要结合现场进行不断的总结与提高，以实现管理和维护好盾构设备的目的，本文主要介绍我司德国海瑞克土压平衡盾构机的电气调试。
二、电气系统的基本构成
盾构机的电气系统主要包括电机控制系统、PLC自动控制系统、供配电系统、计算机控制及数据采集系统等。盾构机施工是参考工厂式的流程化作业施工的，其供配电系统设计原则也是参照工厂供配电原理设计的。供配电系统分为高压系统和低压系统。
1.由于盾构机的用电量大，供电距离较长，采用10kV高压供电，从所在城市的10kV电网接引电源。
2.盾构机的低压配电电压由容量为2000KVA主变压器10KV变400V再进行供配电。（图1所示）
3.功率补偿系统来提高盾构机的功率因素。（图2所示）
4.计算机控制和数据采集分析系统主要用于参数设置和数据采集分析。
三、电机控制系统
海瑞克盾构机主要是液压驱动，驱动电动机数量多，且容量大小不一。但其控制主要由电机容量不同分为星三角降压启动和直接启动。（ 发泡剂原液泵电机属于变频控制。）
四、PLC自动控制系统
海瑞克盾构机控制系统主要采用西门子S7-400模块式控制。PLC模块主要由电源模块、CPU模块、信号模块、通信模块和接口模块等构成。
PLC的扫描工作可分为输入采样、程序执行、输出刷新，同时，三个阶段进行周期性循环。CPU从第一条指令执行至结束符号返回第一条指令，周期循环。即在系统软件控制下，按顺序扫描各输入点状态，根据用户程序进行运算处理，之后，顺序向输出点发出相应控制信号。其优点在于盾构机上所有控制信号和传感器等都输入到PLC输入模块，输出信号都由PLC输出模块发出的，以方便建立各种连锁关系。具有可靠性高、系统功能强、编程容易、抗震性能好、修改方便和扩充维修容易等优点。所以PLC可编控制器不仅是盾构机的控制中枢，也是盾构机的大脑和心脏。
五、装机时的电气调试
盾构机组装工作（包括台车连接，前中后盾体连接，刀盘安装，连接桥和盾体的各水管，气管和油管连接及各动力电缆、控制电缆连接等）完成后。
1、检查三号台车配电柜的所有开关和融断器断开。检查一号台车控制室内的电柜内开关和融断器断开。
2、检查三号台车电柜内的接线端子（检查各电机的接线是否正确，同时测量电机的相间绝缘和对地绝缘）。
3、配送10KV电力到盾构机的变压器。同时，按要求合上照明系统的总断路器，并分別依次合上各台车和盾体的照明断路器，恢复盾构机的照明系统。
4、合总闸，恢复控制室内的电力（照明、插座和空调等），恢复监控电脑和PLC模块电源。
5、恢复双轨梁系统，双轨梁在装机开始过程中需要大量的搬运工作，所以最先恢复。
6、给PLC装载盾构机程序。
7、打开组态软件的故障显示页面进行故障排查，针对故障界面显示的故障报错地址电工去查找原因并恢复正常。
8、三号台车电机的试运行。依次启动每一组电机，（包括，安装器电机、千斤顶驱动电机、控制泵电机、辅助泵电机、供给泵电机、螺旋机电机、刀盘驱动电机、注浆泵电机、二次通风电机、发泡剂电机、循环水泵电机、油箱过滤冷却电机和齿轮油泵电机）检查转向是否正确，其中要注意发泡剂原液泵电机是反转的。
9、恢复安装器系统，旋转动作、大臂伸缩、前后动作和爪子的三组动作。（注意检查PLC程序内安装器旋转编码器正转和反转所设定的角度范围。）
10、调试推进系统，可以先在管片拼装模式下，检查每一组千斤顶油缸的伸缩动作是否一致，是否有不动或误动。（注意在组态软件内部设置好掘进模式下的最大油压）
依次类推，发泡剂系统、齿轮油系统、注浆系统、油脂系统、刀盘系统、输送器系统和油箱冷却系统等，由PLC组态软件来一一检查，恢复功能。
六、盾构机电气故障处理与心得
盾构机掘进系统的控制，主要采用PLC集成控制方式，所以盾构机上面的电磁阀、各类传感器等电子元件多，电气设备繁多，线路连接复杂，出现问题时应整体把握并研究问题的起因与处理方式。
对于盾构机的维修和日常维护，首先应熟悉其工作原理和液压、电气、机械间的关联情况，设备各系统间各零部件所起的作用；维修设备应遵循先观察思考再行动的原则，机器出现故障时应先看清楚故障内容，是否由机械、液压或其他部分造成的，不能盲目操作，以免影响维修速度造成问题扩大，应找到问题根源后再动手。这样可以达到事半功倍的效果；维修设备时应首先检查电线是否有脱落、断裂、破皮、水泡等明显现象，往往明显的问题最容易被忽视；设备的日常维护、保养也十分重要，正确到位的保养可提高设备使用寿命，降低设备的故障率，实现增产增效的目的；因盾构施工环境盾构施工环境潮湿、狭窄，应做好电气设备和电气柜的防水防潮工作；设备故障解决后应做详细记录，故障问题、维修过程及结果。之后遇到类似问题可查看记录，不仅节约时间，提高效率。还可以使其他维修技术人员在单独排除故障时做到有据可依，少走弯路。
七、结束语
盾构施工的工期紧，施工环境恶劣，所以盾构机难免出现故障。盾构机上的电气连接、控制系统相当于盾构机的神经网络，盾构机使用单位的电气技术人员，应加强对盾构机电气系统的组成和核心控制部分的学习和实践，掌握盾构机电气原理、PLC控制技术，在熟练掌握电气图纸以及PLC程序的基础上，用周密的思维方式快捷、准确的判断故障所在。所以，在施工实践中，应积极采取措施，提高盾构电气系统的可靠性能，保证施工人员和设备的安全，确保施工的顺利进行。
参考文献：
[1]侯祥明.浅析盾构技术[J].科技信息（科学教研）. 2007（18） .
[2]王 刚.盾构电气组成系统及常见故障的解决[J].建筑机械化， 2013（02）.
【关键词】盾构机；电气调试；构成；故障处理
一、前言
盾构机具有安全性高、开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、对地表环境和沉降影响小等优点。但其系统复杂、体积庞大，内部线路和管道纵横交错且自动化控制系统先进强大。所以，负责盾构机设备的机电工程师，不仅需要具备机械液压电气等方面的基础知识，还要学习掌握其结构和原型，需要结合现场进行不断的总结与提高，以实现管理和维护好盾构设备的目的，本文主要介绍我司德国海瑞克土压平衡盾构机的电气调试。
二、电气系统的基本构成
盾构机的电气系统主要包括电机控制系统、PLC自动控制系统、供配电系统、计算机控制及数据采集系统等。盾构机施工是参考工厂式的流程化作业施工的，其供配电系统设计原则也是参照工厂供配电原理设计的。供配电系统分为高压系统和低压系统。
1.由于盾构机的用电量大，供电距离较长，采用10kV高压供电，从所在城市的10kV电网接引电源。
2.盾构机的低压配电电压由容量为2000KVA主变压器10KV变400V再进行供配电。（图1所示）
3.功率补偿系统来提高盾构机的功率因素。（图2所示）
4.计算机控制和数据采集分析系统主要用于参数设置和数据采集分析。
三、电机控制系统
海瑞克盾构机主要是液压驱动，驱动电动机数量多，且容量大小不一。但其控制主要由电机容量不同分为星三角降压启动和直接启动。（ 发泡剂原液泵电机属于变频控制。）
四、PLC自动控制系统
海瑞克盾构机控制系统主要采用西门子S7-400模块式控制。PLC模块主要由电源模块、CPU模块、信号模块、通信模块和接口模块等构成。
PLC的扫描工作可分为输入采样、程序执行、输出刷新，同时，三个阶段进行周期性循环。CPU从第一条指令执行至结束符号返回第一条指令，周期循环。即在系统软件控制下，按顺序扫描各输入点状态，根据用户程序进行运算处理，之后，顺序向输出点发出相应控制信号。其优点在于盾构机上所有控制信号和传感器等都输入到PLC输入模块，输出信号都由PLC输出模块发出的，以方便建立各种连锁关系。具有可靠性高、系统功能强、编程容易、抗震性能好、修改方便和扩充维修容易等优点。所以PLC可编控制器不仅是盾构机的控制中枢，也是盾构机的大脑和心脏。
五、装机时的电气调试
盾构机组装工作（包括台车连接，前中后盾体连接，刀盘安装，连接桥和盾体的各水管，气管和油管连接及各动力电缆、控制电缆连接等）完成后。
1、检查三号台车配电柜的所有开关和融断器断开。检查一号台车控制室内的电柜内开关和融断器断开。
2、检查三号台车电柜内的接线端子（检查各电机的接线是否正确，同时测量电机的相间绝缘和对地绝缘）。
3、配送10KV电力到盾构机的变压器。同时，按要求合上照明系统的总断路器，并分別依次合上各台车和盾体的照明断路器，恢复盾构机的照明系统。
4、合总闸，恢复控制室内的电力（照明、插座和空调等），恢复监控电脑和PLC模块电源。
5、恢复双轨梁系统，双轨梁在装机开始过程中需要大量的搬运工作，所以最先恢复。
6、给PLC装载盾构机程序。
7、打开组态软件的故障显示页面进行故障排查，针对故障界面显示的故障报错地址电工去查找原因并恢复正常。
8、三号台车电机的试运行。依次启动每一组电机，（包括，安装器电机、千斤顶驱动电机、控制泵电机、辅助泵电机、供给泵电机、螺旋机电机、刀盘驱动电机、注浆泵电机、二次通风电机、发泡剂电机、循环水泵电机、油箱过滤冷却电机和齿轮油泵电机）检查转向是否正确，其中要注意发泡剂原液泵电机是反转的。
9、恢复安装器系统，旋转动作、大臂伸缩、前后动作和爪子的三组动作。（注意检查PLC程序内安装器旋转编码器正转和反转所设定的角度范围。）
10、调试推进系统，可以先在管片拼装模式下，检查每一组千斤顶油缸的伸缩动作是否一致，是否有不动或误动。（注意在组态软件内部设置好掘进模式下的最大油压）
依次类推，发泡剂系统、齿轮油系统、注浆系统、油脂系统、刀盘系统、输送器系统和油箱冷却系统等，由PLC组态软件来一一检查，恢复功能。
六、盾构机电气故障处理与心得
盾构机掘进系统的控制，主要采用PLC集成控制方式，所以盾构机上面的电磁阀、各类传感器等电子元件多，电气设备繁多，线路连接复杂，出现问题时应整体把握并研究问题的起因与处理方式。
对于盾构机的维修和日常维护，首先应熟悉其工作原理和液压、电气、机械间的关联情况，设备各系统间各零部件所起的作用；维修设备应遵循先观察思考再行动的原则，机器出现故障时应先看清楚故障内容，是否由机械、液压或其他部分造成的，不能盲目操作，以免影响维修速度造成问题扩大，应找到问题根源后再动手。这样可以达到事半功倍的效果；维修设备时应首先检查电线是否有脱落、断裂、破皮、水泡等明显现象，往往明显的问题最容易被忽视；设备的日常维护、保养也十分重要，正确到位的保养可提高设备使用寿命，降低设备的故障率，实现增产增效的目的；因盾构施工环境盾构施工环境潮湿、狭窄，应做好电气设备和电气柜的防水防潮工作；设备故障解决后应做详细记录，故障问题、维修过程及结果。之后遇到类似问题可查看记录，不仅节约时间，提高效率。还可以使其他维修技术人员在单独排除故障时做到有据可依，少走弯路。
七、结束语
盾构施工的工期紧，施工环境恶劣，所以盾构机难免出现故障。盾构机上的电气连接、控制系统相当于盾构机的神经网络，盾构机使用单位的电气技术人员，应加强对盾构机电气系统的组成和核心控制部分的学习和实践，掌握盾构机电气原理、PLC控制技术，在熟练掌握电气图纸以及PLC程序的基础上，用周密的思维方式快捷、准确的判断故障所在。所以，在施工实践中，应积极采取措施，提高盾构电气系统的可靠性能，保证施工人员和设备的安全，确保施工的顺利进行。
参考文献：
[1]侯祥明.浅析盾构技术[J].科技信息（科学教研）. 2007（18） .
[2]王 刚.盾构电气组成系统及常见故障的解决[J].建筑机械化， 2013（02）.