一种盾构机液压油泵驱动电气控制装置的制作方法

本实用新型涉及盾构机液压系统电气控制技术领域中的一种盾构机液压油泵驱动电气控制装置。

背景技术：

目前，盾构机是集光、机、电、液、传感、信息技术于一体,具有开挖切削土体、输送土渣、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能的大型隧道施工设备,广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道建设工程当中。传统的盾构机液压系统作为盾构机的核心动力单元，由很多大功率的油泵为其提供动力，为了减少大功率电机启动时的电压降低影响，对30kW以上的油泵电机都采用星-三角启动方式启动，30kW以下的油泵电机直接启动。但是，星三角控制方式具有启动转矩小、控制线路复杂、切换时电流冲击大和故障率高等缺点。为了克服这些缺点，目前对大功率电机启动已普遍采用软启动器进行控制。软启动器虽然启动性能比星三角启动器好，但是价格比较高，为了提高盾构机的液压油泵的启动性能同时节省成本，提出一种新型盾构机液压油泵驱动装置及控制方法，即采用一台软启动器来顺序启动多台电机，在提高电机启动性能的同时降低成本。因此，研制开发一种盾构机液压油泵驱动电气控制装置一直是急待解决的新课题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种盾构机液压油泵驱动电气控制装置，该实用新型采用一台大功率的软启动器来顺序启动多台功率大于30KW的油泵电机，提升盾构机液压系统中油泵电机的启动性能。

本实用新型的目的是这样实现的：一种盾构机液压油泵驱动电气控制装置，包括PLC（CPU）、数字量输入模块（DI）、数字量输出模块（DO）、模拟量输入模块（AI）、进线总开关（QS0）、软起动器供电开关（QS1）、软起动器供电接触器（K1）、软起动器（SF1）、油泵电机（M1-M14）、供电回路开关（QM1-QM14）、软起回路接触器（KM11-KM81）、工作回路接触器（KM12-KM82）、工作回路接触器（KM9-KM14）、电流互感器（CT1-CT8）、电流转换器（U1-U8）、热继电器（FR9-FR14），数字量输入模块（DI）与PLC系统的控制器（CPU）连接，采集油泵起停按钮、进线总开关QS0、软起动器供电开关QS1、供电回路开关（QM1-QM14）、软起回路接触器 (KM11-KM81)、工作回路接触器 (KM12-KM82)、软起故障信号 (SF1.Q1)、软起旁路信号(SF1.Q2)、热继电器 (FR9-FR14)与PLC系统的控制器（CPU）连接，数字量输出模块（DO）与PLC（CPU）连接，模拟量输入模块（AI）与PLC（CPU）连接，软起动器通过软起动器供电接触器（K1）和软起动器供电开关（QS1）与电源相连，1#刀盘油泵电机（M1）通过软起回路接触器（KM11）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM12）、供电回路开关（QM1）与电源连接，2#刀盘油泵电机（M2）通过软起回路接触器（KM21）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM22）、供电回路开关（QM2）与电源连接，3#刀盘油泵电机（M3）通过软起回路接触器（KM31）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM32）、供电回路开关（QM3）与电源连接， 推进油泵电机（M4）通过软起回路接触器（KM21）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM42）、供电回路开关（QM4）与电源连接，螺旋油泵电机（M5）通过软起回路接触器（KM51）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM52）、供电回路开关（QM5）与电源连接，管片拼装油泵电机（M6）通过软起回路接触器（KM61）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM62）、供电回路开关（QM6）与电源连接， 1#砂浆油泵电机（M7）通过软起回路接触器（KM71）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM72）、供电回路开关（QM7）与电源连接， 2#砂浆油泵电机（M8）通过软起回路接触器（KM81）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM82）、供电回路开关（QM8）与电源连接， 过滤油泵电机（M9）通过热继电器（FR9）、工作回路接触器（KM9）、供电回路开关（QM9）与电源连接，超挖刀油泵电机（M10）通过热继电器（FR10）、工作回路接触器（KM10）、供电回路开关（QM10）与电源连接，润滑油泵电机（M11）通过热继电器（FR11）、工作回路接触器（KM11）、供电回路开关（QM11）与电源连接，螺旋辅助油泵电机（M12）通过热继电器（FR12）、工作回路接触器（KM12）、供电回路开关（QM12）与电源连接，喂片机油泵电机（M13）通过热继电器（FR13）、工作回路接触器（KM13）、供电回路开关（QM13）与电源连接，提升油泵电机（M14）通过热继电器（FR14）、工作回路接触器（KM14）、供电回路开关（QM14）与电源连接。

本实用新型的要点在于它的结构。其工作原理是，电机M1-M8可以通过电流互感器CT1-CT8实时检测电机运行电流，将互感器上取得的、与运行电流成正比的电流信号经过转换器U1-U8转换成标准的4-20mA信号，通过模拟量输入模块（AI）输入到PLC的程序当中。PLC程序对其幅值进行判断比较，依据保护动作时间与工作电流大小成反比的反时限原则对电机实施过载保护。 若发生过载故障，则PLC的数字量输出模块（DO）会自动断开电机的接触器，对电机实现过载保护。当电机出现短路故障时，相应的断路器（QM1-QM8）会自动跳闸，对电机进行短路保护。电机M9-M14因为功率小于30kW，所以采用直接启动的方式启动。PLC数字量输出模块（DO）控制相应的接触器（KM9-KM14）线圈吸合，实现相应的电机(M9-M14)直接启动。由热继电器FR9-FR14实现电机的过载保护，QM9-QM14对电机进行短路保护。

一种盾构机液压油泵驱动电气控制装置与现有技术相比，具有性能优异、工作可靠和体积小，采用可编程序控制器PLC实现对油泵电机及软启动器运行的控制、监视和保护，使盾构机的液压系统工作可靠、操作方便和易于维护、检修等优点，将广泛地应用于盾构机液压系统电气控制技术领域中。

附图说明

下面结合附图及实施例对本实用新型进行详细说明。

图1是本实用新型的控制系统回路结构示意图。

图2是本实用新型的PLC控制系统结构示意图。

具体实施方式

参照附图，一种盾构机液压油泵驱动电气控制装置，包括PLC（CPU）、数字量输入模块（DI）、数字量输出模块（DO）、模拟量输入模块（AI）、进线总开关（QS0）、软起动器供电开关（QS1）、软起动器供电接触器（K1）、软起动器（SF1）、油泵电机（M1-M14）、供电回路开关（QM1-QM14）、软起回路接触器（KM11-KM81）、工作回路接触器（KM12-KM82）、工作回路接触器（KM9-KM14）、电流互感器（CT1-CT8）、电流转换器（U1-U8）、热继电器（FR9-FR14），数字量输入模块（DI）与PLC系统的控制器（CPU）连接，采集油泵起停按钮、进线总开关QS0、软起动器供电开关QS1、供电回路开关（QM1-QM14）、软起回路接触器 (KM11-KM81)、工作回路接触器 (KM12-KM82)、软起故障信号 (SF1.Q1)、软起旁路信号(SF1.Q2)和热继电器 (FR9-FR14)后，把这些信号传递给CPU进行处理。

数字量输出模块（DO）与PLC（CPU）连接，驱动软起动器(SF1)、软起回路接触器(KM11-KM81)和工作回路接触器(KM12-KM82,KM9-KM14)线圈吸合。

模拟量输入模块（AI）与PLC（CPU）连接,通过电流互感器（CT1-CT8）和电流转换器（U1-U8）采集大功率电机（M1-M8）的工作电流。

软起动器通过软起动器供电接触器（K1）和软起动器供电开关（QS1）与电源相连。

1#刀盘油泵电机（M1）通过软起回路接触器（KM11）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM12），供电回路开关（QM1）与电源连接。电流互感器（CT1）和电流转换器（U1）采集M1电流信号，通过AI模块送入CPU内。

2#刀盘油泵电机（M2）通过软起回路接触器（KM21）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM22），供电回路开关（QM2）与电源连接。电流互感器（CT2）和电流转换器（U2）采集M2电流信号，通过AI模块送入CPU内。

3#刀盘油泵电机（M3）通过软起回路接触器（KM31）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM32），供电回路开关（QM3）与电源连接。电流互感器（CT3）和电流转换器（U3）采集M3电流信号，通过AI模块送入CPU内。

推进油泵电机（M4）通过软起回路接触器（KM21）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM42），供电回路开关（QM4）与电源连接。电流互感器（CT4）和电流转换器（U4）采集M4电流信号，通过AI模块送入CPU内。

螺旋油泵电机（M5）通过软起回路接触器（KM51）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM52），供电回路开关（QM5）与电源连接。电流互感器（CT5）和电流转换器（U5）采集M5电流信号，通过AI模块送入CPU内。

管片拼装油泵电机（M6）通过软起回路接触器（KM61）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM62），供电回路开关（QM6）与电源连接。电流互感器（CT6）和电流转换器（U6）采集M6电流信号，通过AI模块送入CPU内。

1#砂浆油泵电机（M7）通过软起回路接触器（KM71）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM72），供电回路开关（QM7）与电源连接。电流互感器（CT7）和电流转换器（U7）采集M7电流信号，通过AI模块送入CPU内。

2#砂浆油泵电机（M8）通过软起回路接触器（KM81）与软起动器（SF1）连接，通过工作回路接触器（KM82），供电回路开关（QM8）与电源连接。电流互感器（CT8）和电流转换器（U8）采集M8电流信号，通过AI模块送入CPU内。

过滤油泵电机（M9）通过热继电器（FR9），工作回路接触器（KM9），供电回路开关（QM9）与电源连接。

超挖刀油泵电机（M10）通过热继电器（FR10），工作回路接触器（KM10），供电回路开关（QM10）与电源连接。

润滑油泵电机（M11）通过热继电器（FR11），工作回路接触器（KM11），供电回路开关（QM11）与电源连接。

螺旋辅助油泵电机（M12）通过热继电器（FR12），工作回路接触器（KM12），供电回路开关（QM12）与电源连接。

喂片机油泵电机（M13）通过热继电器（FR13），工作回路接触器（KM13），供电回路开关（QM13）与电源连接。

提升油泵电机（M14）通过热继电器（FR14），工作回路接触器（KM14），供电回路开关（QM14）与电源连接。

所述的一种盾构机液压油泵驱动电气控制装置的工作原理是，电机M1-M8可以通过电流互感器CT1-CT8实时检测电机运行电流，将互感器上取得的、与运行电流成正比的电流信号经过转换器U1-U8转换成标准的4-20mA信号，通过模拟量输入模块（AI）输入到PLC的程序当中。PLC程序对其幅值进行判断比较，依据保护动作时间与工作电流大小成反比的反时限原则对电机实施过载保护。 若发生过载故障，则PLC的数字量输出模块（DO）会自动断开电机的接触器，对电机实现过载保护。当电机出现短路故障时，相应的断路器（QM1-QM8）会自动跳闸，对电机进行短路保护。电机M9-M14因为功率小于30kW，所以采用直接启动的方式启动。PLC数字量输出模块（DO）控制相应的接触器（KM9-KM14）线圈吸合，实现相应的电机(M9-M14)直接启动。由热继电器FR9-FR14实现电机的过载保护，QM9-QM14对电机进行短路保护。

所述的一种盾构机液压油泵驱动电气控制装置的使用及操作方法是，以启动电机M1(1#刀盘油泵电机)为例，首先将QS0、QS1、QM1闭合，然后依次闭合K1, KM11，电机M1通过软启动器SF1开始工作。当达到额定转速后，软启动器内部的旁路接触器自动闭合，电机M1被直接连入电网中。接着断开KM11闭合KM12,使电机直接接入电网并与软启动器SF1脱离联系，此时M1电机即启动完毕并投入正常运行。此后，M2-M8电机可以复用软启动器SF1进行启动，启动方式与M1相似。当欲使某一电机启动时，仅需按照一定次序开闭相应接触器即可完成该台电机的软启动和运行控制。电机启动时对接触器和软启动器的逻辑控制是由PLC现的。PLC也是实现电机保护的核心器件。