隧道掘进机电气仿真实训平台的制作方法

本技术涉及隧道掘进机，特别是指一种电气仿真实训装置。

背景技术：

1、隧道掘进机电气系统的控制内容丰富，涉及到的电气元件类型繁杂，其功能结构和使用方式具有很大差别。隧道掘进机运行期间，电气系统故障通常是造成设备停机的主要原因，如果现场技术人员对系统组成和元件原理不够熟悉，将会影响故障的处理效率，从而导致施工进度滞后。电气仿真实训装置不仅是教学工具，更是连接教育、工业与技术的重要途径，以低成本、高效率、高安全性的方式，模拟真实电气系统的工作状态和控制过程，通过设置故障点，帮助相关技术人员掌握电气原理、控制技术和故障排查方法等技能，培养适应现代产业需求的复合型人才。

2、目前的隧道掘进机电气仿真实训平台与实际工程设备相比，在电气系统组成方面进行了较大程度的简化，难以模拟隧道掘进机的电气控制全过程；此外，相关实训装置的设备功能单一，无法满足多样化的仿真需要。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中的不足，本实用新型提出一种隧道掘进机电气仿真实训平台，解决了现有技术中隧道掘进机电气实训装置的设备功能单一、无法满足多样化的仿真需要的问题。

2、本实用新型的技术方案是这样实现的：一种隧道掘进机电气仿真实训平台，包括控制柜和用于放置电机模型的可折叠支撑板架，可折叠支撑板架设置在控制柜的一侧；控制柜内设有plc模块和总电源开关，总电源开关通过变频器电启动电路与电机模型相连接，模拟电机变频启动；总电源开关通过星三角启动电路与电机模型相连接，模拟电机星三角启动；总电源开关通过直接启动电路与电机模型相连接，模拟电机直接启动。三合一启动方式：单台设备集成变频器启动、星三角降压启动、直接启动三种主流电机控制方案，无需多台设备即可覆盖隧道掘进机刀盘驱动、螺旋输送、辅助系统等不同功率等级的电机启动教学需求；完整复现盾构机中刀盘电机（变频调速适应地质变化）、推进油泵电机（星三角启动降冲击）、辅助设备（直接启动）等典型场景的电气控制逻辑。

3、进一步优选，控制柜内部分层设置且自上而下依次形成一级器件区、二级器件区、三级器件区和四级器件区，总电源开关设置在一级器件区内；一级器件区内还有电机电源开关，总电源开关通过安全保护回路与电机电源开关相连接；二级器件区内设有接触器组；plc模块设置在三级器件区，四级器件区内设有变频器。一级、二级器件区（主回路110-380v）与三级、四级器件区（控制回路24vdc）形成天然电气隔离屏障，降低触电和电弧干扰风险。

4、进一步优选，电机电源开关包括第一电机断路器、第二电机断路器和第三电机断路器，第一电机断路器与变频器连接形成变频器电启动电路；第二电机断路器与接触器组中的三个接触器相连接形成星三角启动电路，第三电机断路器与接触器组中的一个接触器相连接形成直接启动电路。该设计采用三断路器独立支路供电架构，为隧道掘进机三种启动模式提供专属保护，提高安全性；此外，实训者可直观建立“断路器→启动方式→电机模型”的一一映射关系。

5、进一步优选，二级器件区内还设有控制电源组开关，总电源开关与控制电源组开关相连接。进一步优选，三级器件区内还设有直流电源组和分线端子口，控制电源组开关与直流电源组相连，分线端子口的输入端与直流电源组相连；输出端与plc模块及设置在柜门上的触摸屏、电位计相连。

6、进一步优选，四级器件区还设有中间继电器组、24v电器组和接线端子排，24v电器组通过中间继电器组与分线端子口相连接；变频器电启动电路通过接线端子排的变频器启动接线端子与电机模型相连接；星三角启动电路通过接线端子排的星三角启动接线端子与电机模型相连接；直接启动电路通过接线端子排的直接启动接线端子与电机模型相连接。控制柜在二级至四级器件区引入控制电源组开关、直流电源组、分线端子口、中间继电器组及24v电器组，构建了分层供电、逐级分配、接口统一的精细化电源管理体系。

7、进一步优选，外部电源通过接线端子排的进行电源端子及塑壳短路器与总电源开关相连；塑壳断路器提供短路瞬时保护和过载反时限保护，防止外部电网故障传导至柜内精密器件，提高安全性。

8、进一步优选，24v电器组包括安全继电器、网络交换机和用于电机测速的转速传感器。24v电器组配置将功能安全、工业网络、状态监控三大现代工业自动化核心要素有机融合，使实训装置不仅是技能训练工具，更是智能制造技术微缩平台。教学实训价值倍增，培养“安全+网络+传感”三维能力。

9、进一步优选，可折叠支撑板架包括折叠架和设置在折叠架上的板座，板座上设有支撑电机模型的固定座，固定座与板座之间设有减震垫；确保电机模型稳定性的同时，减少震动。

10、进一步优选，控制柜的柜门上还设有用于电机启停的按钮、用于电机变频启动的状态指示灯；控制柜顶部设有用于启动回路时的安全警示灯，控制柜底部设有行走轮。

11、本实用新型的有益效果为：本实用新型可以通过变频器、转速监控器等来模拟常见的掘进机调试过程中的参数设置环节，通过电动机断路器和接触器以及变频器实现电机的直接启动、星三角启动、变频启动等三种常见的电机启动效果，还能够通过触摸屏实时显示电机的运行状态、模拟操作电机的启停，从而实现简单的上位机与plc进行数据交互的效果，提高了灵活性和可操作性，在促进学员对隧道掘进机电气部件理解和使用具有明显的积极作用，能够满足实训人员对隧道掘进机电气仿真多样化的需求。

12、本实用新型将电机启停控制、变频控制、数据采集处理、触摸屏显示等系统集成布置，有效减少仿真实训装置的安装空间。本装置的核心硬件，包括但不限于逻辑控制器、传感器与执行机构接口等，直接采用与隧道掘进机真机一致的工业级组件；并复刻其控制逻辑，实现实训装置的高度一体化仿真，使得操作人员能够接触到更加真实的设备实体，完成调试与故障排查等实操训练。

1.一种隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：包括控制柜（1）和用于放置电机模型的可折叠支撑板架（7），可折叠支撑板架（7）设置在控制柜（1）的一侧；控制柜（1）内设有plc模块（10）和总电源开关（8），总电源开关（8）通过变频器电启动电路与电机模型相连接，模拟电机变频启动；总电源开关（8）通过星三角启动电路与电机模型相连接，模拟电机星三角启动；总电源开关（8）通过直接启动电路与电机模型相连接，模拟电机直接启动。

2.根据权利要求1所述的隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：控制柜（1）内部分层设置且自上而下依次形成一级器件区（21）、二级器件区（22）、三级器件区（23）和四级器件区（24），总电源开关（8）设置在一级器件区（21）内；一级器件区（21）内还有电机电源开关（12），总电源开关（8）通过安全保护回路（19）与电机电源开关（12）相连接；二级器件区（22）内设有接触器组（13）；plc模块（10）设置在三级器件区（23），四级器件区（24）内设有变频器（11）。

3.根据权利要求2所述的隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：电机电源开关（12）包括第一电机断路器（qf2）、第二电机断路器（qf3）和第三电机断路器（qf4），第一电机断路器（qf2）与变频器（11）连接形成变频器电启动电路；第二电机断路器（qf3）与接触器组（13）中的三个接触器相连接形成星三角启动电路，第三电机断路器（qf4）与接触器组（13）中的一个接触器相连接形成直接启动电路。

4.根据权利要求2或3所述的隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：二级器件区（22）内还设有控制电源组开关（9），总电源开关（8）与控制电源组开关（9）相连接。

5.根据权利要求4所述的隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：三级器件区（23）内还设有直流电源组（15）和分线端子口（14），控制电源组开关（9）与直流电源组（15）相连，分线端子口（14）的输入端与直流电源组（15）相连；输出端与plc模块（10）及设置在柜门（2）上的触摸屏（3）、电位计相连。

6.根据权利要求5所述的隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：四级器件区（24）还设有中间继电器组（16）、24v电器组（17）和接线端子排（18），24v电器组（17）通过中间继电器组（16）与分线端子口（14）相连接；变频器电启动电路通过接线端子排（18）的变频器启动接线端子与电机模型相连接；星三角启动电路通过接线端子排（18）的星三角启动接线端子与电机模型相连接；直接启动电路通过接线端子排（18）的直接启动接线端子与电机模型相连接。

7.根据权利要求6所述的隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：外部电源通过接线端子排（18）的进行电源端子及塑壳短路器与总电源开关（8）相连。

8.根据权利要求7所述的隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：24v电器组（17）包括安全继电器、网络交换机和用于电机测速的转速传感器。

9.根据权利要求1~3、6~8任一项所述的隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：可折叠支撑板架（7）包括折叠架（71）和设置在折叠架（71）上的板座（72），板座（72）上设有支撑电机模型的固定座（73），固定座（73）与板座（72）之间设有减震垫。

10.根据权利要求9所述的隧道掘进机电气仿真实训平台，其特征在于：控制柜（1）的柜门（2）上还设有用于电机启停的按钮（4）、用于电机变频启动的状态指示灯（5）；控制柜（1）顶部设有用于启动回路时的安全警示灯（6），控制柜（1）底部设有行走轮（25）。