盾构关键部件在线监测与远程诊断技术构架和实践

摘 要：盾构机为一种典型的机电液一体化设备，系统结构复杂，加之所面临的施工环境复杂，故而于使用过程中极易发生故障，且因其面广点多，也由此系统故障诊断较为困难。基于此，本文主要由理论出发，提出一套可在线监测与远程诊断的盾构故障智能诊断模型，并详实地介绍了该种结构的具体实现方法，以供业内人士交流探讨之用。

关键词：盾构机;在线监测;远程诊断

1 系统总体结构分析

本设备系统结合盾构机工作环境及自身特点，以实现在线监测盾构，远程诊断盾构关键部件故障为目的，设计结构主要满足以下要件：（1）信息自动处理整合功能。传感器进行设备状态信号采集并将其传输至系统，系统接收到信号之后传输至硬件驱动接口，经由初步处理及转换之后将信息传送至机载控制系统予以信息存储处理。（2）人机交互。系统将储存完毕的信息以图表形式显示于机载监控中心银屏，以为工作人员提供参考。而工作人员可通过输入命令来查询盾构机目前运行状态参数，了解其故障产生原因。（3）信息及时更新。机载监控系统可经由有线光纤同步更新其系统数据库，以了解所有盾构机实时运行状态。（4）诊断报警。系统可通过对盾构机实时运行状态予以分析，以排除隐患因素。发现故障隐患后及时报警通知工作人员。（5）检索查询。专家智能系统中涵盖大量盾构机故障维修数据和资料，通过检索即可查询出常规维修办法。

2 在线监测与远程诊断技术构架和实践简析

由上文可知，在线监测与远程诊断系统总体结构需包含几大功能：数据采集及传输、机载控制、远程通信及远程监控，基于此，笔者根据其功能性区别将其分为四大模块，分别为：（1）数据采集传输模块：振动信号监测、压力信号监测、流量信号监测及温度信号监测;（2）机载控制模块：数据计算管理库、数据信息采集库及智能信息库;（3）远程通信模块：光纤通信、卫生通信及无线电波通信;（4）远程监控模块：监控、预警及故障诊断。

下文主要以盾构机中的液压系统为例，分析说明在线监测与远程诊断技术构架和实践过程。液压系统最易出现的问题主要在液压油污染问题和油温这两个方面。

2.1 数据采集、处理及传输

盾构液压油污染主要由泥土或金属颗粒导致，采用自动颗粒计数检测仪以测量液压油的污染度为最佳方法，但是自动颗粒计数检测仪价格昂贵，故而，本系统应用遮光式液压系统。一部分光线经由悬浮液后被能量吸收，一部分穿越液体，余下一部分光线则发生散射。三部分光线的比率分配同悬浮液中固体颗粒浓度存在紧密联系。遮光式液压系统运行遵从Beer―Lambert吸收定律。公式为：

I=I0e-τL

I――光强

I0――入射到悬浮液中且受颗粒散射和吸收影响的平行单色光

L――光线经过的距离

τ――衰减系数

其中，衰减系数同污染物直径、油液及颗粒污染物分布情况、油液相对折射率、光源波长、工作环境温度及被测油池管壁材料性质存在关联性。

当确定入射光波长及光强之后，光电转换元件可通过对液压系统运作时的电压信号加以处理而明确油液的污染度。在调定遮光式液压系统之后，其饱和透光率会随着悬浮液污染度的提升而逐步降低。

2.2 远程监测、监控系统

远程监控系统的主要功能主要包含盾构机工作实况监控、故障预警及诊断、远程诊断等。系统组成框图见下图。

结合监测系统可知，该系统中心的主要目的在于实时收集并传输远程各盾构机的工作状态数据，应用专家系统处理并分析数据，预测其变化趋势，如存在隐患因素则同样由信息传输中心予以远程报警，同时进行故障定位，由此实现远程诊断管理。

经由监控软件程序系统同时还可实现盾构机工作状况数据统计及查询，同时还可通过对数据进行整体评定而估算出盾构机关键部件的使用寿命，预测出故障可能出现的时间，并与该时段发出预警信息。

2.3 智能诊断系统

智能诊断系统其诊断功能的实现在于远程监控系统将实时收集的盾构机工作状况数据传输至诊断中心，两种系统均具有数据处理功能，联合便可明确盾构机工作状态。当发现现场工作盾构机关键部件存在安全隐患或故障征兆，抑或已经发生机械故障，智能故障诊断中心可建立网络连接，由远端监控系统设备专家依据数据处理结果进行故障分析和诊断，并借助网络通信功能调动入网资源，以实现机械故障的及时诊断和维修。

3 结束语

综上可知，盾构机在线监测与远程诊断系统设计的关键之处在于机械工作状态数据的采集、处理和传输，远程监测和监控，以及智能诊断。总而言之，该系统以实时对盾构关键部件进行数据采集和监控，了解设备运行状态，通过预警故障以降低施工风险，且可通过智能专家系统检索出相应有效的解决措施，具推广和研究价值。

参考文献：

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[2]周奇才，周杰，傅天宏等.盾构机故障诊断与远程维护系统设计与研究[J].机电一体化，2013（10）.

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