盾构机电气系统与故障问题排除技术分析

李杰

摘 要：盾构机是集机、电、液、控等多种学科技术于一体，专门用于隧道工程开挖的技术密集型设备。然而，在盾构机电气系统运行中可能发生故障，产生安全隐患。研究中，结合盾构机电气系统组成及故障特点，对其故障问题进行分析，并通过针对性解决策略的构建实现故障排除，旨在保证盾构机电气系统的稳定运行，以利工程项目的顺利开展。

关键词：盾构机；电气系统；故障问题；排除技术

中图分类号：U45 文献标志码：A

为了满足经济发展需要，减轻地面交通工程的压力，我国不断增加地下隧道、巷道等的开挖。而随着社会科学技术的发展，隧道工程的施工技术也在不断创新。通过盾构机的使用，可以保证隧道地下开挖技术的稳定性，满足现代工程项目施工的基本需求。但是在盾构机实际运行中，其电气系统受到施工环境复杂、用电量大的影响，在施工作业中容易发生电气故障，无法满足系统运行的稳定性。因此，在盾构机电气系统运行的过程中，施工单位应该结合盾构机的特点，进行电气系统组成的分析，及时发现电气系统出现的故障，并针对故障问题构建解决措施。通常状况下在盾构电气系统故障排除过程中，应该按照先简后繁、由外而内的原则进行。在盾构机实际运行中，PLC程序出现的问题较少，需要先对电气外部故障进行检查，在可能的外部故障排除之后才需要考虑PLC系统，以提高电气系统排查的及时性，满足盾构机电气系统运行的稳定需求，为设备的生产运行提供支持。

1 盾构机电气系统

1.1 盾构机

如今的盾构机已经是集机电技术、液压技术、自动控制技术于一体的综合性机械设备，能够对土体进行开挖、切削、输送支护等作业。这种技术具有一定的先进性、庞大性特点。盾构机主要由机械系统、液压系统、电气系统3个部分组成。机械系统主要包括刀盘、盾体、连接桥、台车等硬件组成部分，是整个系统的骨架支撑；液压系统组是指泵站、油缸、马达、管路等设备，给整台设备提供动力来源与传动；电气系统通过PLC可编程控制技术的使用，可以保证系统运行的稳定性。但是，在盾构机设备使用的过程中，由于盾构机用电设备较多，用电量大，工况复杂，在作业中如果不能注意排查隐患，会增加作业风险，使电气系统的运行发生故障。

1.2 盾构机电气系统的组成

盾构机电气系统包括高压供电系统、低压配电系统、传感系统以及PLC控制系统等。设备外部提供的10 kV高压供电通过高压电缆沿着隧道传送到台车的变压器上，通过主变压器降为400 V供设备使用。经过变压器产生的低压供电分别供给泵站、电源柜、变频柜和各控制柜使用。可编程逻辑控制器（PLC）作为整台设备的大脑核心安装在主控室中，安装在设备各部分的传感器将监测到的情况实时传送到PLC中，PLC通过读取分析各部分传来的信号，一方面传送到主控室操作界面供操作人员处理，另一方面接收操作人员的指令，控制盾构机的掘进拼装。设备各处的控制柜作为PLC控制分站，通过通信线和PLC连接，并且连接传感器和执行机构象电磁阀等，控制局部的设备动作。传感系统由传感器、编码器和接近开关等感应设备组成，能够检测油缸压力、管路流量、执行机构的角度和位置等，为PLC控制运算提供准确的数据。

2 盾构机电气系统故障及排除方法

2.1 连接线路故障及排查方法

在盾构机电气系统故障分析中，元器件与模块之间进行连接以及通信网络连接中存在着电路故障的问题，当线路连接中发生接触不良或是断路的现象，会发生信息传输不流畅、传输错误的问题，无法将信号及时传输至数据处理模块之中，无法满足电气系统运行需求。在连接线路故障检查中，由于盾构机线路相对复杂、线路较长，需要检查人员将电线的线路一端进行短接，测量另外一端的通断，如果检测结果为通，意味着线路传输正常。如果显示电阻阻值很高或是断路，意味着线路出现故障，检测人员需要检查故障并将线路重新连接，保证设备运行的稳定性。

2.2 元器件故障及排查方法

结合盾构机电气系统运行状况，当元器件发生故障时，给系统运行带来很大限制。首先，在盾构机电气系统中的继电器发生故障，接触器的元件损坏或是烧掉，系统无法正常启动电机或输出信号。在排查中，可以观察电磁线圈上电压继电器的运行状态，检查系统失电之后继电器是否复位。当线圈上加电时，观察触点是否接通良好。其次，在传感器以及电磁阀等元器件发生故障时，由于电流较小，发生隐患时不容易检查，针对这种故障，需要采用排除方法，检修人员需要将传感器接到其他相同工作的传感器接口上，如果传感器正常运行，再将其接回到该接口，观察是否正常，如果不能正常工作，则判定传感器接口问题，需要对接口进行更换，之后按照上述排除方法，进行传感器线路故障的检修。以某型拼装机的故障检测为例，检查内容包括以下几点：第一，控制拼装机平移油缸以及提升油缸运动时，检查电磁阀是否正常；第二，操作手柄时检查报警指示灯是否正常，通过对这些项目的检查可以发现，系统的无线发射、接收信号等是否处于正常运行状态。第三，将遥控器拆开之后发现，系统中控制前后及提升的操作手柄上2个弹簧与电路接触板接触是否正常。

2.3 参数及程序的故障排查

在盾构机电气线路以及元器件等故障点排除之后，盾构机电气系统仍然无法正常工作，就需要考虑PLC程序问题。故障检查中，相关人员对某型螺旋输送机进行调试，发现螺旋输送机的最高转速只有5 转/min，检测结果与设计值25 转/min存在着较大差异。通过检测发现，螺旋输送机的相关线路以及元器件无故障，PLC信号传输正常。最后检测人员通过测量比例阀放大板参数，发现电流输出值小，并且排除了比例放大板的问题，通过对参数重新调整，调大了比例参数，有效解决了盾构机电气系统参数及程序的故障问题。PLC程序的修改需要检修人员有良好的编程能力和专业素质，并且对于程序以少改为宜。

3 盾构机电气系统的保养措施

在盾构机系统实际运行的过程中，其保养方案主要针对机械液压方面。对于这种方案而言，电气系统维护及保养中的工作量小，缺少及时有效的维护，当电气系统运行中出现问题，检查难度较高，无法满足盾构机电气系统运行的稳定性。因此，盾构机电气系统维护人员，应该加强对电气图纸的学习理解，并且应该针对设备的使用状况进行系统的日常维护，维护工作包括：第一，检查控柜的冷却系统；第二，关闭所有电柜门；第三，检查流量计、传感器的工作状况；第四，检查容易损坏的器件运行状况；第五，检查控制面板、充电器等设备的运行状况。通过电气系统维护及保养工作的完善，可以保证盾构机电气系统运行的稳定性，避免工程施工中系统运行安全隐患问题的出现。

4 结语

在发现盾构电气系统故障问题的过程中，为了实现电气系统故障检测的有效性，相关人员应该准确掌握盾构电气设备的组成情况，并结合故障出现的原因，进行故障的及时排查，并按照先简后繁、由外而内的原则进行，由于系统中的PLC程序出现问题较少，需要先对电气故障进行检查，在外部可能故障排除之后才需要考虑PLC系统，通过顺序性检查方案的构建，充分保证盾构机电气系统运行的稳定性。一般情况下，在故障检查中，应该通过线路连接故障、元器件故障、参数及程序故障等，进行排查方案的确定，以保证故障检测的及时性，提高在盾构电气系统故障解决的有效性。

参考文献

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