盾構(gòu)關(guān)鍵部件在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)構(gòu)架和實(shí)踐

田　鵬（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司,　鄭州　450016）

盾構(gòu)關(guān)鍵部件在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)構(gòu)架和實(shí)踐

田鵬
（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司,鄭州450016）

摘要：盾構(gòu)機(jī)為一種典型的機(jī)電液一體化設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加之所面臨的施工環(huán)境復(fù)雜，故而于使用過程中極易發(fā)生故障，且因其面廣點(diǎn)多，也由此系統(tǒng)故障診斷較為困難。基于此，本文主要由理論出發(fā)，提出一套可在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷的盾構(gòu)故障智能診斷模型，并詳實(shí)地介紹了該種結(jié)構(gòu)的具體實(shí)現(xiàn)方法，以供業(yè)內(nèi)人士交流探討之用。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī)；在線監(jiān)測(cè)；遠(yuǎn)程診斷

1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析

本設(shè)備系統(tǒng)結(jié)合盾構(gòu)機(jī)工作環(huán)境及自身特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)盾構(gòu)，遠(yuǎn)程診斷盾構(gòu)關(guān)鍵部件故障為目的，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要滿足以下要件：

（1）信息自動(dòng)處理整合功能。傳感器進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)信號(hào)采集并將其傳輸至系統(tǒng)，系統(tǒng)接收到信號(hào)之后傳輸至硬件驅(qū)動(dòng)接口，經(jīng)由初步處理及轉(zhuǎn)換之后將信息傳送至機(jī)載控制系統(tǒng)予以信息存儲(chǔ)處理。（2）人機(jī)交互。系統(tǒng)將儲(chǔ)存完畢的信息以圖表形式顯示于機(jī)載監(jiān)控中心銀屏，以為工作人員提供參考。而工作人員可通過輸入命令來查詢盾構(gòu)機(jī)目前運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，了解其故障產(chǎn)生原因。（3）信息及時(shí)更新。機(jī)載監(jiān)控系統(tǒng)可經(jīng)由有線光纖同步更新其系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，以了解所有盾構(gòu)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。（4）診斷報(bào)警。系統(tǒng)可通過對(duì)盾構(gòu)機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)予以分析，以排除隱患因素。發(fā)現(xiàn)故障隱患后及時(shí)報(bào)警通知工作人員。（5）檢索查詢。專家智能系統(tǒng)中涵蓋大量盾構(gòu)機(jī)故障維修數(shù)據(jù)和資料，通過檢索即可查詢出常規(guī)維修辦法。

2　在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)構(gòu)架和實(shí)踐簡(jiǎn)析

由上文可知，在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)需包含幾大功能：數(shù)據(jù)采集及傳輸、機(jī)載控制、遠(yuǎn)程通信及遠(yuǎn)程監(jiān)控，基于此，筆者根據(jù)其功能性區(qū)別將其分為四大模塊，分別為：（1）數(shù)據(jù)采集傳輸模塊：振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)、壓力信號(hào)監(jiān)測(cè)、流量信號(hào)監(jiān)測(cè)及溫度信號(hào)監(jiān)測(cè)；（2）機(jī)載控制模塊：數(shù)據(jù)計(jì)算管理庫、數(shù)據(jù)信息采集庫及智能信息庫；（3）遠(yuǎn)程通信模塊：光纖通信、衛(wèi)生通信及無線電波通信；（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊：監(jiān)控、預(yù)警及故障診斷。

下文主要以盾構(gòu)機(jī)中的液壓系統(tǒng)為例，分析說明在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)構(gòu)架和實(shí)踐過程。液壓系統(tǒng)最易出現(xiàn)的問題主要在液壓油污染問題和油溫這兩個(gè)方面。

2.1數(shù)據(jù)采集、處理及傳輸

盾構(gòu)液壓油污染主要由泥土或金屬顆粒導(dǎo)致，采用自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)檢測(cè)儀以測(cè)量液壓油的污染度為最佳方法，但是自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)檢測(cè)儀價(jià)格昂貴，故而，本系統(tǒng)應(yīng)用遮光式液壓系統(tǒng)。一部分光線經(jīng)由懸浮液后被能量吸收，一部分穿越液體，余下一部分光線則發(fā)生散射。三部分光線的比率分配同懸浮液中固體顆粒濃度存在緊密聯(lián)系。遮光式液壓系統(tǒng)運(yùn)行遵從Beer—Lambert吸收定律。公式為：

I=I0e-τL

I——光強(qiáng)

I0——入射到懸浮液中且受顆粒散射和吸收影響的平行單色光

L——光線經(jīng)過的距離

τ——衰減系數(shù)

其中，衰減系數(shù)同污染物直徑、油液及顆粒污染物分布情況、油液相對(duì)折射率、光源波長、工作環(huán)境溫度及被測(cè)油池管壁材料性質(zhì)存在關(guān)聯(lián)性。

當(dāng)確定入射光波長及光強(qiáng)之后，光電轉(zhuǎn)換元件可通過對(duì)液壓系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)的電壓信號(hào)加以處理而明確油液的污染度。在調(diào)定遮光式液壓系統(tǒng)之后，其飽和透光率會(huì)隨著懸浮液污染度的提升而逐步降低。

2.2遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能主要包含盾構(gòu)機(jī)工作實(shí)況監(jiān)控、故障預(yù)警及診斷、遠(yuǎn)程診斷等。系統(tǒng)組成框圖見下圖。

結(jié)合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可知，該系統(tǒng)中心的主要目的在于實(shí)時(shí)收集并傳輸遠(yuǎn)程各盾構(gòu)機(jī)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，應(yīng)用專家系統(tǒng)處理并分析數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)，如存在隱患因素則同樣由信息傳輸中心予以遠(yuǎn)程報(bào)警，同時(shí)進(jìn)行故障定位，由此實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷管理。

經(jīng)由監(jiān)控軟件程序系統(tǒng)同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)工作狀況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及查詢，同時(shí)還可通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體評(píng)定而估算出盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部件的使用壽命，預(yù)測(cè)出故障可能出現(xiàn)的時(shí)間，并與該時(shí)段發(fā)出預(yù)警信息。

2.3智能診斷系統(tǒng)

智能診斷系統(tǒng)其診斷功能的實(shí)現(xiàn)在于遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)將實(shí)時(shí)收集的盾構(gòu)機(jī)工作狀況數(shù)據(jù)傳輸至診斷中心，兩種系統(tǒng)均具有數(shù)據(jù)處理功能，聯(lián)合便可明確盾構(gòu)機(jī)工作狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)工作盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵部件存在安全隱患或故障征兆，抑或已經(jīng)發(fā)生機(jī)械故障，智能故障診斷中心可建立網(wǎng)絡(luò)連接，由遠(yuǎn)端監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備專家依據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行故障分析和診斷，并借助網(wǎng)絡(luò)通信功能調(diào)動(dòng)入網(wǎng)資源，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械故障的及時(shí)診斷和維修。

3　結(jié)束語

綜上可知，盾構(gòu)機(jī)在線監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之處在于機(jī)械工作狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和監(jiān)控，以及智能診斷。總而言之，該系統(tǒng)以實(shí)時(shí)對(duì)盾構(gòu)關(guān)鍵部件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，通過預(yù)警故障以降低施工風(fēng)險(xiǎn)，且可通過智能專家系統(tǒng)檢索出相應(yīng)有效的解決措施，具推廣和研究?jī)r(jià)值。

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