浅谈TBM电气系统

摘要：中国中铁隧道集团重庆轨道交通六号线TBM试验段项目部成立于2008年11月，于2009年12月25日两台TBM正式运转掘进。截止2011年10月15日左右两线全线贯通。本文重点介绍了隧洞掘进机(TBM)电气系统的一般维护和PLC系统抗干扰，对实际工作中遇到的TBM操作异常情况及相应处理措施进行了介绍，以期对同类工程有所参考。

键词:TBM；电气；PLC；抗干扰

Abstract: China railway tunnel group of chongqing rail transit line 6 of TBM embankment projects department was established in November 2008, to December 25, 2009, two TBM tunneling operation officially. As of October 15, 2011 or so on two lines. This paper introduces the tunnel boring machine (TBM) general maintenance of the electric system and PLC system anti-interference, met in the actual work of TBM operation anomalies and corresponding treatment measures are introduced, in order to some reference to similar projects.

Key words: TBM; Electric; PLC; anti-jamming

中图分类号：文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)

一、TBM电气控制系统的组成

1、高压供电

由于TBM208-337&338整机负荷较大，因此采用高压20KV供电。为保证TBM连续掘进，采用400m高压软电缆和高压电缆卷筒实现连续不间断供电。

2、低压配电

TBM208-337&338采用的是干式变压器，干式变压器与油浸式变压器相比，具有防火性能好，免维护，无污染，抗短路能力强，耐热能力强，安装方便等一系列优点。

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（如2#和3#皮带机电机），中小功率的电机采用星三角启动或直接采用启动方式。

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，通过控制接触器切换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。

3、PLC自动控制系统

PLC是TBM的主控制系统，了解TBM工作原理是提高TBM利用率的关键因素之一。TBM208-337&338采用的是美国通用90-70系列PLC，即GE 90-70。

TBM绝大部分的功能以及后背套的一些功能都由位于主控室的主司机控制台监视和控制。TBM电气控制系统使用即是PLC，PLC就是一台适合于处理大量输入和输出信息的工业电脑。

输入信息包含了主司机操作开关，压力开关，限位开关，温度开关，压力传感器和位置传感器。输出开关包含了电磁阀，指示灯，继电器，电机启动器，各种仪表和警报喇叭。

PLC位于主控室的PLC柜中。PLC由插在两排托架上的一些电子模块组成。这些模块包括电源供应，CPU，输入，输出卡和通讯卡。为了大大减少TBM分散区域和后配套的布线量，设置了一些远程的I/O模块。这些模块就地处理一些输入和输出，并通过高速有线网络与PLC联系。因此，这样的有线网络取代了成百上千用于传输输入输出装置的信号到PLC的线。

用梯形逻辑语言专门编写了为TBM运行的程序。该程序检测输入信息然后做出判断激活相应的动作程序。例如，主司机按下启动水泵的按钮。PLC会检测到该按钮被按下，但是在PLC命令水泵电机启动器通电之前，会首先检测一些其他的输入信息去判断是否可以启动泵。这些检测称为“互联锁”，可能包括断路器是否跳闸，电机超载继电器是否跳闸，和在油箱里面是否有足够的油。只有这些互联锁全部满足，PLC才会给泵电机启动器通电。

二、TBM电气系统维修保养

1、TBM电气系统维护的一般原则

由于TBM设备长期处于洞内工作，电气设备的密封、绝缘、运行温度、卫生清洁、接线端子及接线柱的锈蚀和紧固情况等因素对电气设备的正常安全运行非常重要。搞好TBM的正常维护是一项复杂的工作。因此，在TBM机组上从事维修工作应遵循的一般性原则是：

首先：确定问题，其中包括设备的异常指示、异常动作，异常动作是突然发生还是逐渐发生，以及可以观察到的任何可见故障等。

其次：分离并确定不能正常工作的构件，根据原理图确认哪些构件可能引起故障；根据对问题的清楚的定性，确定哪一个构件或哪些构件最可能引起问题；隔离或绕开最可能发生问题的构件，检查系统功能，如果系统在该构件不应该投入工作时投入工作，则可以确定该构件即为不能正常工作的构件，如果仍存在问题，则采用同样的方法查明其它最可能发生问题的构件；在判断检查时不要由于方法简单，就忽视甚至不加以采纳执行。

再其次：矫正设备的非正常工作状态，如可能的话，确定构件不能正常工作的原因；由于系统其他故障可能引起设备异常动作，仅仅修理或更换一个构件可能暂时缓解了问题，而引发的基本故障仍未排除；矫正任何可能引起设备非正常工作的其他问题；应尽可能修理缺陷构件，不能修好时，则予以更换；再次完成系统检测，确保系统运行参数的恰当设定。

2、PLC干扰源的分析

TBM208-337&338型隧道掘进机是国内首台用于城市地铁工程的TBM，在这两年施工过程中，通过不断摸索，总结了些工作经验，望对以后的同类工程有所参考。

2.1、工作环境

由于工程施工中，洞内环境一般都比较恶劣，下面简述环境对PLC运行的影响。

（1）温度

PLC要求环境温度在0-55℃,安装时不能放在发热量大的元件下面，四周散热空间应足够。但是在TBM隧道施工中，隧道较长，洞内通风受到很大的制约，很难保证良好的通风。在重庆轨道交通六号线的TBM施工中这一问题就有发生，为了解决这种问题，我们在PLC控制柜上面加了一个进风扇和一个排风扇，在应用中效果不错。

（2）湿度

PLC系统对绝缘性能要求较高，空气的相对湿度应小于85%。湿度可以说是影响内部电器元件相对较大的因素之一，但是机器的正常作业与水是分不开的，例如TBM刀盘前部需要喷水为刀盘降温、锚杆支护需要大量的水、电气需要水冷却、除尘也需要水，再加上隧道内部出现的涌水，这样空气湿度可能就会超过85%。

（3）震动

在TBM作业时，刀盘转动，电机运行，皮带机运行等，都会带来相当大的震动。

（4）粉尘

对于空气中就较多粉尘的环境，由于隧道距离的不断加长，通风量的限制导致隧道内部粉尘增加，再加上PLC控制室封闭效果差从而导致内部含有大量粉尘。鉴于此情况，可将PLC安装封闭型较好的控制室或控制柜中。

2.2、PLC系统干扰源

现场电磁干扰是PLC控制系统中最常见最易影响系统运行的因素之一。

（1）强电干扰

机器上电网内部的变化，刀开关操作、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波等都会对PLC系统产生干扰。

（2）柜内干扰

大的电感性负载，混乱的布线都容易对PLC造成一定程度的干扰。

（3）信号线引入的干扰

由信号引入干扰会引起I/O信号工作异常和测量京都大大降低，严重时将引起元器件损伤。

3、主要抗干扰措施

（1） 合理处理电源，抑制强电干扰

可安装一台带屏蔽的变比为1：1的隔离变压器，或者在电源输入端串接LC滤波电路。

（2）正确安装，科学布线，减少柜内干扰

远离干扰源，如与PLC装在同一柜内的较大功率继电器、接触器的线圈，应并联RC消弧电路。PLC输入与输出分开布线，开关量与模拟量也要分开敷设。模拟量信号的传送采用屏蔽线，屏蔽层应一端或两端接地。输出线尽量远离高压线和动力线。

（3）正确选择接地点，减少接地干扰

（4）信号与屏蔽接地

一般要求信号线必须要有唯一的参考接地，屏蔽电缆遇到有可能残生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。

三、结束语

TBM电气系统是一个极其庞大和复杂的系统，在工作中遇到问题应综合考虑各方面的因素，合理有效的找出问题出现的原因，才能正确的解决问题，保证TBM的正常工作。

参考文献

[1]王梦恕，李典璜，张镜剑.岩石隧道掘进机（TBM）施工及工程实例[M].北京：中国铁道出版社，2004

[2]求是科技.PLC应用开发技术与工程实践[M].北京：人民邮电出版社，2002.6

[3]TBM故障诊断技术及国产化开发研[R].中国铁路工程总公司，2002，