PLC-Sechspunkt-Hydrauliksystem zum Anheben und Schieben für TBM

An dieser Stelle möchten wir Ihnen ein Projekt vorstellen, an dem wir im Bereich TBM (Tunnelbohrmaschine) mitgewirkt haben. Unser Unternehmen hat ein hydraulisches Steuerungssystem für die TBM eines Kunden entwickelt.

Funktionsprinzip:

Dieses SPS-gesteuerte Sechs-Punkt-Synchronhebesystem nutzt eine hydraulische Drehzahlregelung mit variabler Frequenz sowie eine automatische Druck- und Verdrängungsregelung im geschlossenen Regelkreis, um einen Mehrpunkt-Kraftausgleich zu erreichen. Dieses System ermöglicht das Wiegen sowie das gleichzeitige Schieben, Heben und Senken großer Bauwerke und erreicht dabei eine maximale Synchronhubgenauigkeit von ±0,5 mm. Die Hydraulikpumpstation des Systems nutzt eine ventilgesteuerte Kolbenpumpe, und am Zylinder ist ein ausgleichendes Lastverteilungsventil installiert. Dies stellt sicher, dass die Hebeböcke sowohl beim Anheben als auch beim Absenken die Ölflusssteuerung aufrechterhalten, wodurch die Auswirkungen von Hydraulikstößen während der Übergänge beim Anheben und Absenken der Hebeböcke auf die Synchronisationsgenauigkeit des Hebevorgangs und die Struktur des Bauwerks gemindert werden. Das Lastverteilungsventil sorgt zudem für eine leckagefreie Verriegelung der Hebeböcke, wodurch verhindert wird, dass diese bei einem Stromausfall frei gleiten und die von ihnen getragene Last unkontrolliert bleibt. Das System umfasst zudem Druck- und Wegsensoren. Der Drucksensor misst die Belastung der Hubzylinder während ihrer Bewegung in Echtzeit präzise, während der Wegsensor die tatsächliche Hubhöhe der Konstruktion erfasst.

Die Grundfunktionen werden wie folgt beschrieben:

①. Die Hydraulikpumpenstation dieses Steuerungssystems verfügt über sechs Steuerpunkte und ist mit einer mit dem Steuerungssystem kompatiblen Funkfernbedienung ausgestattet.

②. Das System ist mit sechs doppeltwirkenden Hydraulikhebezylindern mit einer Tragkraft von jeweils 282 Tonnen und einem Arbeitshub von 3000 mm ausgestattet.

③. Maximaler Betriebsdruck an jedem Regelpunkt: 63 MPa; maximaler Durchfluss: 6,2 l/min.

④. Jeder Kontrollpunkt ist mit einem Wegmesssensor mit einer Genauigkeit von ±0,01 mm ausgestattet.

⑤. Jeder Kontrollpunkt ist mit einem Drucksensor mit einer Genauigkeit von ±0,51 TP3T ausgestattet.

⑥. Genauigkeit der synchronen Hebesteuerung: ≤±1 mm (zwischen den einzelnen Steuerpunkten).

⑦. Das System verfügt über eine doppelte Regelung von Hub und Druck im geschlossenen Regelkreis sowie über eine integrierte Vierpunkt-Kraftausgleichsregelung.

⑧. Umgebungstemperatur im Betrieb: -40 °C bis +65 °C, Schutzart IP65.

⑨. Kühlsystem: Das System verfügt über einen Temperatursensor und ein Luftkühlsystem. Der Luftkühler schaltet sich anhand der vom Temperatursensor gemeldeten Systemtemperatur automatisch ein und aus und kühlt das System so automatisch.

⑩. Kraftstofftankinhalt: 1500 l; Nettogewicht: 2000 kg (ohne Hydrauliköl).

Gerätebeschreibung und technische Daten

1. Hydraulisches Steuersystem mit SPS und sechs synchronen Hubpunkten:

• Stromversorgung: AC 380 V/50 Hz;
• Gesamtleistung ca. 45 kW;
• Maximaler Betriebsdruck: 63 MPa;
• Anzahl der Kontrollpunkte: 6;
• Maximaler Durchfluss: 6 × 6,2 l/min;
• Regelverfahren: Drehzahlregelung mit variabler Frequenz (doppelte Regelung in geschlossener Schleife für Druck und Verdrängung);
• Genauigkeit der synchronen Schubsteuerung: ≤±1 mm (zwischen den einzelnen Steuerpunkten);
• Funktionsprinzip: In diesem Hydrauliksystem wird die Ölpumpe über die Hydraulikpumpenstation mithilfe eines Motors mit frequenzgesteuerter Drehzahlregelung angesteuert. Durch Anpassung der Netzfrequenz wird die Motordrehzahl variiert, um einen stufenlos einstellbaren Durchfluss der Ölpumpe zu erzielen. In Kombination mit geeigneten elektronischen Steuerungs- und Rückmeldesystemen wird eine Druck- und Fördermengenregelung im geschlossenen Regelkreis realisiert, um die Synchronisation der Hub- und Senkzylinder an jedem Punkt sowie den Lastausgleich während des Wiegevorgangs präzise zu steuern.
• Hydraulisches Prinzip: Die Hydraulikpumpstation arbeitet mit einer ventilgesteuerten Kolbenpumpe. Am Ölzylinder ist ein ausgleichendes Lastverteilungsventil installiert, um die Ölflusssteuerung sowohl beim Anheben als auch beim Absenken des Hebers zuverlässig aufrechtzuerhalten. Dies mindert die Auswirkungen von Hydraulikstößen auf die Synchronisationsgenauigkeit beim Umschalten zwischen Anheben und Absenken des Hebers. Das ausbalancierte Lastverteilungsventil sorgt zudem für eine leckagefreie Verriegelung des Hubzylinders und verhindert so, dass dieser bei einem unerwarteten Stromausfall frei gleitet, wodurch sichergestellt wird, dass die von ihm getragene Last nicht unkontrolliert bleibt. Wenn mehrere Hubzylinder gemeinsam eine einzelne Last anheben, bietet das ausbalancierte Lastverteilungsventil zudem einen Überlastschutz und schützt so die Hubzylinder und Lasten wirksam. Das System umfasst Druck- und Wegsensoren. Während sich die Hebeböcke bewegen, misst der Drucksensor die auf sie wirkende Last präzise in Echtzeit. Der Wegsensor misst den aktuellen Weg des Hebebocks und ermittelt so die Hubhöhe der Konstruktion.
• Elektrisches Prinzip: Dieses elektrische Steuerungssystem nutzt eine SIEMENS-SPS. Drucksensoren und Wegsensoren an jedem Zylinder übertragen Last- und Wegsignale an eine speicherprogrammierbare Steuerung. Das elektrische Steuerungssystem gibt über Tasten Hebebefehle aus. Die SPS empfängt diese Befehle und steuert den Frequenzumrichter (VFD) so an, dass dieser unter Druck stehendes Öl fördert, um die entsprechenden Hubzylinder zu bewegen. Auf der Grundlage der erfassten Druck- und Wegsignale korrigiert die SPS kontinuierlich Bewegungsfehler, um eine synchronisierte und ausgewogene Lastverteilung auf die einzelnen Hubzylinder aufrechtzuerhalten. Das Hydraulikpumpenstationssystem umfasst einen großen Industrie-Touchscreen-Computer zur Echtzeitüberwachung des Hubvorgangs und zur Einstellung der Hubparameter. Dieses System erfüllt nicht nur die Anforderungen an die lokale synchrone Hubsteuerung, sondern ermöglicht auch den Anschluss an ein externes übergeordnetes Steuerungssystem für eine zentralisierte Online-Steuerung.

2. Vorrichtung mit einem Seilzug-Wegsensor

• Zugdrahtanschluss und 90°-Montageschutzrahmen für eine einfache Installation vor Ort und zum Schutz;
• 2500 mm Messbereich und eine hohe Erkennungsgenauigkeit von 0,01 mm;
• Ausgabe eines hochstabilen, frequenzgeteilten RS-422-Schnittstellensignals mit hoher Störfestigkeit und einer Übertragungsreichweite von bis zu 200 m;