盾構關鍵部件在線監測與遠程診斷技術構架和實踐

田　鵬（中鐵工程裝備集團有限公司,　鄭州　450016）

盾構關鍵部件在線監測與遠程診斷技術構架和實踐

田鵬
（中鐵工程裝備集團有限公司,鄭州450016）

摘要：盾構機為一種典型的機電液一體化設備，系統結構復雜，加之所面臨的施工環境復雜，故而于使用過程中極易發生故障，且因其面廣點多，也由此系統故障診斷較為困難。基于此，本文主要由理論出發，提出一套可在線監測與遠程診斷的盾構故障智能診斷模型，并詳實地介紹了該種結構的具體實現方法，以供業內人士交流探討之用。

關鍵詞：盾構機；在線監測；遠程診斷

1　系統總體結構分析

本設備系統結合盾構機工作環境及自身特點，以實現在線監測盾構，遠程診斷盾構關鍵部件故障為目的，設計結構主要滿足以下要件：

（1）信息自動處理整合功能。傳感器進行設備狀態信號采集并將其傳輸至系統，系統接收到信號之后傳輸至硬件驅動接口，經由初步處理及轉換之后將信息傳送至機載控制系統予以信息存儲處理。（2）人機交互。系統將儲存完畢的信息以圖表形式顯示于機載監控中心銀屏，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機目前運行狀態參數，了解其故障產生原因。（3）信息及時更新。機載監控系統可經由有線光纖同步更新其系統數據庫，以了解所有盾構機實時運行狀態。（4）診斷報警。系統可通過對盾構機實時運行狀態予以分析，以排除隱患因素。發現故障隱患后及時報警通知工作人員。（5）檢索查詢。專家智能系統中涵蓋大量盾構機故障維修數據和資料，通過檢索即可查詢出常規維修辦法。

2　在線監測與遠程診斷技術構架和實踐簡析

由上文可知，在線監測與遠程診斷系統總體結構需包含幾大功能：數據采集及傳輸、機載控制、遠程通信及遠程監控，基于此，筆者根據其功能性區別將其分為四大模塊，分別為：（1）數據采集傳輸模塊：振動信號監測、壓力信號監測、流量信號監測及溫度信號監測；（2）機載控制模塊：數據計算管理庫、數據信息采集庫及智能信息庫；（3）遠程通信模塊：光纖通信、衛生通信及無線電波通信；（4）遠程監控模塊：監控、預警及故障診斷。

下文主要以盾構機中的液壓系統為例，分析說明在線監測與遠程診斷技術構架和實踐過程。液壓系統最易出現的問題主要在液壓油污染問題和油溫這兩個方面。

2.1數據采集、處理及傳輸

盾構液壓油污染主要由泥土或金屬顆粒導致，采用自動顆粒計數檢測儀以測量液壓油的污染度為最佳方法，但是自動顆粒計數檢測儀價格昂貴，故而，本系統應用遮光式液壓系統。一部分光線經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系。遮光式液壓系統運行遵從Beer—Lambert吸收定律。公式為：

I=I0e-τL

I——光強

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——光線經過的距離

τ——衰減系數

其中，衰減系數同污染物直徑、油液及顆粒污染物分布情況、油液相對折射率、光源波長、工作環境溫度及被測油池管壁材料性質存在關聯性。

當確定入射光波長及光強之后，光電轉換元件可通過對液壓系統運作時的電壓信號加以處理而明確油液的污染度。在調定遮光式液壓系統之后，其飽和透光率會隨著懸浮液污染度的提升而逐步降低。

2.2遠程監測、監控系統

遠程監控系統的主要功能主要包含盾構機工作實況監控、故障預警及診斷、遠程診斷等。系統組成框圖見下圖。

結合監測系統可知，該系統中心的主要目的在于實時收集并傳輸遠程各盾構機的工作狀態數據，應用專家系統處理并分析數據，預測其變化趨勢，如存在隱患因素則同樣由信息傳輸中心予以遠程報警，同時進行故障定位，由此實現遠程診斷管理。

經由監控軟件程序系統同時還可實現盾構機工作狀況數據統計及查詢，同時還可通過對數據進行整體評定而估算出盾構機關鍵部件的使用壽命，預測出故障可能出現的時間，并與該時段發出預警信息。

2.3智能診斷系統

智能診斷系統其診斷功能的實現在于遠程監控系統將實時收集的盾構機工作狀況數據傳輸至診斷中心，兩種系統均具有數據處理功能，聯合便可明確盾構機工作狀態。當發現現場工作盾構機關鍵部件存在安全隱患或故障征兆，抑或已經發生機械故障，智能故障診斷中心可建立網絡連接，由遠端監控系統設備專家依據數據處理結果進行故障分析和診斷，并借助網絡通信功能調動入網資源，以實現機械故障的及時診斷和維修。

3　結束語

綜上可知，盾構機在線監測與遠程診斷系統設計的關鍵之處在于機械工作狀態數據的采集、處理和傳輸，遠程監測和監控，以及智能診斷。總而言之，該系統以實時對盾構關鍵部件進行數據采集和監控，了解設備運行狀態，通過預警故障以降低施工風險，且可通過智能專家系統檢索出相應有效的解決措施，具推廣和研究價值。

參考文獻：

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