浅谈海瑞克土压平衡盾构机刀盘电机控制系统

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1、浅谈海瑞克土压平衡盾构机刀盘电机控制系统　　摘要：土压力平衡盾构机是工程中重要的一种机械，其刀盘电机的控制系统是土压力平衡盾构机的重要组成部分，Herrenknecht土压力盾构机是目前使用较为广泛的一种土压力盾构机，研究其刀盘电机控制系统的设计应用方面的内容对盾构机的刀盘系统的发展具有重要意义。文章从Herrenknecht土压力盾构机刀盘控制系统的构成出发，探讨了刀盘控制系统的难点问题以及刀盘电机的逻辑控制。关键词：海瑞克；土压力盾构机；刀盘电机控制系统；逻辑控制中图分类号：TM3文献标识码：A1刀盘

2、电机控制系统的构成海瑞克土压力盾构机的刀盘电机控制系统主要由PLC、变频器、人机界面三者组成，在盾构机工作的过程中，操作员通过人机界面来控制刀盘的运行，使得刀盘的工作在设定的范围内，变频器的运转是通过Profibus总线和PLC进行信息的传输的，变频器是对380V/506Hz的工频交流电进行变频以此来达到驱动盾构机刀盘运转。目前因为盾构机的生产核心技术都在欧美等国家的手中，特别是刀盘电机控制系统，研究海瑞克土压力盾构机的刀盘电机控制系统的设计可以为国产盾构机的发展起到积极的推动作用，同时研究海瑞克土压力平

3、衡盾构机刀盘电机控制系统能够促进盾构机控制系统方面的极大发展。2刀盘电机控制系统的难点问题因为土压力盾构机的体积较大，其中电机设计的设备较多，系统设计繁杂，复杂性较高，刀盘电机在运行的过程中往往会涉及到液压系统、润滑系统、、水系统等辅助型系统。辅助系统与刀盘电机系统的协调性问题一直是盾构机刀盘电机控制系统设计的难题，若处理不好系统与系统之间的问题，盾构机在使用的过程中，很容易发生崩溃的现象，严重的影响盾构机的正常使用，在工程中，若盾构机发生故障，则会造成较大的损失。文章从状态机的编程将刀盘电机的运行分成若

4、干个系统，再根据若干子系统的条件进行子程序的设计。在盾构机运行的过程中，若条件满足设计值则程序将执行下一阶段的内容。3刀盘电机的逻辑控制刀盘电机的逻辑控制系统的核心是PLC，设计刀盘控制系统的过程中，将系统程序分为了刀盘电机旁路、变频器故障检测、扭矩模式选择、刀盘联锁、刀盘启动、刀盘状态参数计算、扭矩报警个子系统，子系统通过采集信息，然后反馈到人机界面，然后有操作者进行相关刀盘电机运转的操作。3.1刀盘电机旁路子程序6刀盘电机旁路子程序的运行目的是：若刀盘电机或者变频器出现不正常的工作状态，此系统可以将故

5、障电机或者变频器进行旁路处理，然后使用剩余的电机或者变频器来驱动刀盘的继续使用，在人机界面上面，每个刀盘电机的工作状态都分为在线和旁路，此程序的设计也在于操作员对刀盘进行状态控制的切换。3.2变频器故障检测子程序变频器故障检测子程序的运行目的是：监测工作中的变频器是否存在故障，PLC读取变频器的状态并做好状态的存储，最终确定变频器的工作是否正常。当电机的轴温在正常的范围内且变频器无语故障的时候，此子程序才允许相应的模块进行工作。3.3扭矩模式选择子程序6扭矩模式选择子程序的运行目的是：由于盾构机进行工作的

6、过程中，很可能遇到不可预测的地质情况，导致刀盘的转动停止，这时电机会在短时间内达到荷载道德最大值甚至超载，此时操作手可以根据判断，而通过此子程序选择是否保持最大扭矩模式进行掘进。扭矩模式分为两种：其一正常扭矩，正常扭矩能够有效的保证机器的使用寿命，且可以达到节能的目的，当选择正常扭矩的时候，扭矩模式选择子程序会将扭矩的报警值和关闭值设定在80%和100%；其二最大扭矩模式，此种模式一般在特殊地质中使用，当选择此种模式的时候，扭矩模式选择子程序会将扭矩的报警值和关闭值分别设定为100%和120%。两种模式都

7、是操作员通过人机界面的指令来控制扭矩模式选择子程序来实现的，当机器第一次启动的时候，会自动选择正常扭矩模式。3.4刀盘联锁条件子程序刀盘联锁条件子程序的运行目的是：通过此程序来限制刀盘的运转，人机界面可以查阅到连锁条件，若全部的指示灯都变成了绿色，则满足连锁条件。PLC第一次开启的时候，自动解除连锁。连锁的条件中包括了油脂系统，总所周知，油脂系统对刀盘的运转来说至关重要，若油脂系统出现故障，则需要机器立刻停止运行，否则轻则导致主系统的损害，重则导致盾构机的损害。刀盘联锁条件子程序可以控制刀盘报警和运转并反

8、馈信息到人机界面，通过人机界面就可以查阅到连锁条件，操作员可以方便的查找出问题并及时的解决问题。联锁条件如表1所示。表1刀盘连锁条件3.5刀盘启动运行子程序6刀盘启动运行子程序的运行目的是：控制刀盘的启动状态，当变频器正常且连锁条件都满足的时候，此程序可以运行刀盘进行启动。操作员在人机界面进行刀盘的转向的改变以及启动的时候，刀盘启动运行子程序都会检查变频器以及判别刀盘是否满足连锁条件，来运行指令的进一步运行。刀盘启动运行子程序