浅谈盾构电气组成系统及常见故障的解决

摘要：盾构电气系统是盾构机的核心组成部分,在盾构施工中有着重要的作用，电气系统一旦出现故障，就会影响施工的质量与进度，因此必须及时解决。本文介绍了盾构电气组成系统，并探讨了盾构电气组成系统常见故障的解决措施和预防措施。

关键词：盾构；电气组成系统；常见故障；解决

中图分类号：F407文献标识码： A

一、盾构电气组成系统

盾构机以电力为动力源，通过PLC、控制按钮、计算机、变频器、气动、液压来实现隧道掘进中各个环节的自动化。盾构施工中包括推进，注浆，导向，泥水循环，箱涵和管片的运送，管片拼装等环节，这些过程都是通过传感器检测与监控，用PLC，计算机与一些主控按钮来实现人机对话的，这也体现了盾构施工的高自动化。

（一）高压供电

高压电柜一般由电源进线柜、计量柜、避雷柜和出线柜组成。电源从所在地的10kV配电柜引来，高压电柜放置于地面上，通过高压电缆与盾构机上面的开闭站相连，开闭站又通过机器上的变压器降压后供机器使用。

（二）低压配电

低压系统一般由主频器驱动系统、泵站驱动系统、主控制室系统、盾体左系统、盾体右系统、内循环水及皮带机系统和前系统组成。

（三）变压器

盾构机常用的变压器有波纹密封油浸式和干式变压器两种。油浸式变压器具有体积小、价格低等优点，但其维护不便；而干式变压器维护方便，过载能力强，但体积大、价格贵。因此目前一般常见的是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。

（四）主要动力设备

盾构机上面的主要动力设备有盾构推进油缸、刀盘、拼装机、螺旋机、皮带机、砂浆搅拌机、超挖刀、盾尾密封、设备、冷却设备、管片吊装设备等。

（六）电气控制器件

盾构机上面的电气控制器件主要有隔离开关、断路器、接触器、PLC主控模块、PLC输入输出模块比例放大模块、模拟输出模块等。

PLC可偏程控制系统具有系统功能强、可靠性高、抗震性能好、编程容易、修改方便、扩充维修容易等一系列优点。

采用PLC可编控制系统的特点是TBM盾构机上所有传感器和控制信号都输入到PLC，所有输出信号都由PLC发出的。方便建立各种连锁关系。因此PLC可编控制器是掘进机的控制中枢。是掘进机的大脑和心脏。

目前常用的PLC有西门子和施耐德。西门子PLC系列有S7-200\S7-300\S7-400三个系列，盾构机常用的是高档S7-400系列，施耐德PLC有MODICOM\PREMIUM\MUMENTUM系列。海瑞克盾构全部用的是西门子，维尔特用的全是施耐德。这有一个习惯问题。西门子常用的PLC编程软件是STEP7；西门子常用的组态软件是WINCC；施耐德常用的PLC编程软件是PL7和UNITY。

二、盾构电气组成系统常见故障的解决

（一）连接线路出现问题

元器件跟模块之间连接，或者通讯网络之间连接出现故障，如接触不良或者短路，会导致数据传输不顺畅，无法把信号传到PLC的数据处理模块中。

连接线路中间断开或者短路故障比较难处理，因为盾构机上面的线路都比较复杂，线路较长，连接的地方很多，处理此类问题最实效的方法是把电箱里的线路一端短接，然后测量另外一端的电阻，如果显示短接，则线路正常，显示有电阻或者断路则线路连接出现问题，接头有松动或者中间线路断开，找出故障点重新接好，设备就能正常工作。

（二）管片拼装机前后动作不灵敏

管片拼装机前后动作不灵敏，有时能动有时不能动，且红、蓝色油缸伸缩不灵敏。旋转动作正常。无故障信息。经检查发现，控制拼装机前后和红、蓝色油缸伸缩的电磁阀均正常。操作该操作手柄时发现报警指示灯正常。这些状态说明了无线发射、接收信号正常。将遥控器拆开后发现控制前后行走和红、蓝油缸伸缩的操作手柄上有两个簧片分别与电路板接触，一个是前后行走，一个是红、蓝色油缸伸缩。当用工具将两个簧片顶在电路板上时操作发现前后行走能正常，但是红、蓝色油缸伸缩还是不灵敏，拆下该簧片上发现簧片上有六个长短不一的触头有两个已经断了，因为更换这种簧片没有配件，所以只有更换整个操作手柄，更换该操作手柄后一切正常。

（三）无法正常旋转刀盘掘进

某海瑞克盾构机在施工中运转的刀盘突然停止，复位后又能再启动并能正常运转，但是运行一分钟又会出现此类现象，并且很频繁。造成无法正常旋转刀盘掘进。工业电脑上的信息：monitoring grease-labyrinth 12-38.3。根据工业电脑上的信息判断，出现该故障的原因可能是主轴密封油脂没有输出或输出频率少于设置频率导致刀盘保护频繁跳闸。通过PLC程序得知该传感器是通过监视油脂泵油脂的输出频率来实现保护刀盘的。打开程序在线监视可发现油脂泵设置的参数是每一分钟油脂的输出次数少于8次刀盘就会跳闸，而通过在线监视可发现实际油脂输出只有四次，适当调节主轴承密封油脂泵的输出频率后再监视传感器反馈回来的次数等于8次后再试着运转刀盘发现这类故障消除。

（四）黄油气动注脂泵不能自动停止

某工程S651盾构机掘进时，气动注脂泵开启注脂后无法自动停止，现对该故障做如下分析。

原因分析：多点泵处的黄油油桶上有一个光电接近开关，它有两个信号探头，一个低液位检测，一个高液位检测。低液位信号控制气动注油泵自动开启工作，向多点泵处的油桶内补油；高液位信号控制气动注油泵自动停止工作，停止向多点泵处的油桶内补油。打开STEP7软件,打开S7--300PLC程序，打开油脂控制功能块，PLC程序显示：

A、当多点泵油桶内的黄油油位很低时，i29.5为0、i29.4为0，置位SR,开启气动注脂泵自动注脂

B、当多点泵油桶内的黄油油位较低时，i29.5为1、i29.4为0；SR保持原来的信号状态不变，继续自动注脂

C、当多点泵油桶内的黄油油位较高时，i29.5为1，i29.4为1；复位SR,自动停止注脂泵，停止注脂。

我们认为，此故障时超声波光电接近开关的高液位感测探头损坏造成的，即I29.4不能得到正确的信号导致的。

问题解决办法：

最可行的办法是更换此林肯超声波液位传感器，但由于我们的备件中没有此液位传感器，因此我更改了一下上面的PLC程序，将I29.4改为I29.5，这样可以保证液位过低时会自动开启气动注脂泵。但每次注脂仅能维持较短暂的时间，即盾体内的多点泵处的黄油桶永远都不会达到上液位。也即只有上面的A与C两个过程，没有B过程。

也可作如下的程序更改，使得黄油气动注脂泵的动作不受上液位信号的控制，采用时间来控制。即当多点泵黄油油桶内的黄油油位达到下限时，I29.5为0，此时便开始自动注脂，在程序中设定一个合适的注脂时间常数，同样可以实现适时的向黄油多点泵油桶内补油，保证掘进施工的正常进行。

三、盾构机的电气维护保养

盾构机的电气维护保养相对于机械和液压来说，工作量相对较小，但是一旦出了问题，维修查故障的难度却是最高的，所以一定不能轻视对其电气系统的维护保养工作。

电气系统的日常保养工作主要包括：检查控制柜的冷却系统工作情况；关闭所有电柜门；检查流量计工作情况；检查各种阀组电气连接情况；检查容易损坏，容易进水地方的传感器保护是否做好；检查各控制面板、充电器、遥控器工作情况等。

个人认为，电气系统的维护保养工作从装机时就要重视，各种传感器的摆放位置尽量放在人不容易踩踏，工具不容易碰到的位置，也尽量不要放在施工环境恶劣的地方；各种电机，电箱，控制柜的进线口包括各种中间插头一定要做好防水处理，只有这样，在以后的施工中可以避免很多不必要的问题出现。

参考文献

[1]蒋庆.地铁盾构设备状态监测与故障诊断研究[D].检测技术与自动化装置:沈阳理工大学,2010.

[2]凌波.盾构主驱动内密封故障与维修[J].建筑机械化,2012年6期.