基于再制造盾構(gòu)機(jī)傳感器檢測臺(tái)的設(shè)計(jì)

趙文佳 曾翔 張國良

摘 要：盾構(gòu)機(jī)再制造過程中傳感器作為重要的部件由于缺乏統(tǒng)一的檢測設(shè)備判定，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)再制造調(diào)試過程工期延誤和質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。為解決制約盾構(gòu)機(jī)再制造過程中設(shè)備穩(wěn)定和提升再制造效率，本文提出開發(fā)一種盾構(gòu)機(jī)傳感器檢測臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)機(jī);傳感器;檢測臺(tái)

1 ?引言

盾構(gòu)機(jī)作為地下空間開發(fā)的重要設(shè)備，隨著設(shè)備的廣泛使用，掘進(jìn)機(jī)再制造業(yè)務(wù)逐年上升。再制造前期和制造過程中需要對設(shè)備進(jìn)行全面的狀態(tài)評估和元器件檢測，不全面的設(shè)備評估造成再制造過程中商務(wù)報(bào)價(jià)誤差大，制造工期延誤，給公司帶來較大經(jīng)濟(jì)損失。

再制造設(shè)備維修過程中，利用原有設(shè)備電器元件、線路是降低再制造成本的關(guān)鍵要素。同時(shí)盾構(gòu)機(jī)控制線路較長、空間位置布局狹小、再利用元器件不穩(wěn)定等原因，給現(xiàn)場故障排查帶來較大困難，甚至出現(xiàn)驗(yàn)收期間突發(fā)故障無法及時(shí)解決的尷尬局面，導(dǎo)致設(shè)備再制造周期長和故障率高。因此，開發(fā)再制造盾構(gòu)機(jī)傳感器檢測臺(tái)顯得愈發(fā)重要。

2 傳感器檢測臺(tái)的構(gòu)成

盾構(gòu)機(jī)傳感器檢測臺(tái)主要針對三個(gè)方面的傳感器進(jìn)行判定：

1）針對設(shè)備常用到壓力傳感器、溫度傳感器、超聲波傳感器和傾角傳感器等模擬量傳感器，信號在4-20MA區(qū)間變化進(jìn)行判定;

2）針對數(shù)字量開關(guān)信號傳感器，進(jìn)行上電檢測且對反饋信號進(jìn)行判定; 3）針對流量開關(guān)及電磁閥插頭進(jìn)行上電檢測并給出上電狀態(tài)判定，測量反饋電壓信號。系統(tǒng)框架如圖1所示。

1.1硬件系統(tǒng)構(gòu)成

硬件系統(tǒng)是由西門子的S7-1500、AC220V電源、研華工控機(jī)、伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)模塊等組成，系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如下圖2系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖所示：

檢測臺(tái)以不同傳感器對應(yīng)不同的檢測工裝為測試模塊，針對不同的傳感器研制不同的測試工裝，主要包括：

1）電磁閥插頭檢測裝置：利用電磁閥和氣缸組成，通過檢測氣動(dòng)動(dòng)作間接判定電磁閥插頭質(zhì)量。

2）接近開關(guān)檢測工位：主要由氣缸和磁簧開關(guān)組成。檢測接近開關(guān)時(shí)將接近開關(guān)按照要求固定安裝，測試接近開關(guān)是否有反饋信號。

3）傾角傳感器檢測工位：主要由水平檢測臺(tái)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。將傾角傳感器固定在水平測試臺(tái)上，通過控制X軸、Y軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)改變水平測試臺(tái)的X軸、Y軸的傾斜角。

4）土壓傳感器檢測工位：將土壓傳感器固定在檢測臺(tái)上后，利用重力傳感器和土壓傳感器數(shù)值比較，通過土壓傳感器反饋信號做出分析。

5）超聲波測距傳感器：由伺服電機(jī)和絲杠組成。通過控制移動(dòng)平板距離超聲波測距傳感器的位置，分析測量傳感器的反饋信號。

6）壓力傳感器檢測裝置：由兩個(gè)電動(dòng)閥門、兩個(gè)手動(dòng)閥門和一個(gè)對比壓力傳感器組成，通過對比壓力傳感器和待測壓力傳感器的數(shù)據(jù)比較，進(jìn)而對壓力傳感器質(zhì)量進(jìn)行分析。

7）溫度傳感器檢測工位：由加熱裝置和對比溫度傳感器組成，通過對裝置加熱進(jìn)行對比溫度傳感器和測試溫度傳感器對比，從而實(shí)現(xiàn)對溫度傳感器分析。

8）流量檢測裝置：由比較流量開關(guān)、電動(dòng)閥、手動(dòng)閥及氣路組成，通過對比校準(zhǔn)流量開關(guān)和被檢測流量開關(guān)狀態(tài)從而對流量開關(guān)做出判斷。

1.2軟件系統(tǒng)構(gòu)成

軟件系統(tǒng)由PLC控制程序和上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件組成。PLC控制程序主要負(fù)責(zé)完成所有電動(dòng)閥的開閉、模擬工況的運(yùn)行、傳感器測試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的保存等功能。

上位機(jī)監(jiān)控界面主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)控和數(shù)據(jù)顯示、處理及存儲(chǔ)，本系統(tǒng)采用亞控科技組態(tài)王監(jiān)控組態(tài)軟件6.55，人性化的人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)采集、顯示、存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)查詢及故障報(bào)警等任務(wù)，詳細(xì)內(nèi)容請參看操作說明。

2 傳感器檢測臺(tái)的系統(tǒng)集成及功能

按照檢測臺(tái)三維圖對各部件進(jìn)行安裝，組裝過程分為機(jī)械安裝、流體安裝、電氣系統(tǒng)安裝。利用西門子博圖V15.1編寫響應(yīng)的PLC控制程序，設(shè)計(jì)上位機(jī)監(jiān)控畫面。最后，在各控制對系統(tǒng)部件安裝完成后進(jìn)行聯(lián)動(dòng)調(diào)試。

2.1檢測臺(tái)上電操作說明

（1）試驗(yàn)前請正確連接系統(tǒng)管路接口與氣源接口、被試件與系統(tǒng)管路接口連接正確。打開試驗(yàn)臺(tái)電源確認(rèn)供電電源220V/AC±20%，確認(rèn)系統(tǒng)供電是否正常;

（2）把配電柜總電源空氣開關(guān)和控制柜電源空氣開關(guān)達(dá)到“ON”位置，然后逐級對各控制系統(tǒng)上電操作，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)和伺服模塊上電完成;

（3）打開試驗(yàn)臺(tái)前面板上的電源開關(guān)，電源指示燈亮，連接好被測件，做好試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作，即可開始試驗(yàn);

（4）做完試驗(yàn)后，關(guān)掉試驗(yàn)臺(tái)電源，如需再次重啟，最好間隔2-3分鐘，以防PLC及其它硬件設(shè)備故障;

（5）當(dāng)遇到緊急情況需停止試驗(yàn)，請按下急停開關(guān);傳感器出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

2.2上位機(jī)軟件操作說明

試驗(yàn)前請正確連接系統(tǒng)管路接口與氣源接口、被試件與系統(tǒng)管路接口連接正確。進(jìn)入開始測試階段，打開試驗(yàn)臺(tái)電源，工控機(jī)通電自啟，工控機(jī)啟動(dòng)完畢，自動(dòng)進(jìn)入工程項(xiàng)目界面進(jìn)入系統(tǒng)。不同傳感器界面如圖3試驗(yàn)選擇菜單。

在檢測開始前我們對其各個(gè)不同傳感器的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，主界面下方選擇“工藝參數(shù)”按鈕，彈出如圖4工藝參數(shù)設(shè)置界面進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)置，提升傳感器測量精度。

2.3傳感器的檢測

該檢測臺(tái)可以進(jìn)行多種盾構(gòu)機(jī)傳感器的檢測，本文僅這里主要以溫度傳感器檢測為例，對檢測臺(tái)功能進(jìn)行測試。其他類型的傳感器按照檢測臺(tái)操作流程依次進(jìn)行安裝檢測，判定傳感器的性能。

1）按照圖5溫度傳感器工位示意圖將溫度傳感器連接到盾構(gòu)機(jī)檢測臺(tái)工位上，對現(xiàn)場連接情況進(jìn)行檢查;

2）點(diǎn)擊“溫度傳感器檢測”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)入如圖6溫度傳感器檢測參數(shù)設(shè)置界面，根據(jù)實(shí)際操作情況設(shè)置待檢測溫度傳感器型號、編號、檢測人等參數(shù);

3）設(shè)置完成確認(rèn)后，出現(xiàn)如圖7溫度傳感器檢測界面;點(diǎn)擊選擇“開始檢測”按鈕，系統(tǒng)進(jìn)行檢測，并且上位機(jī)界面會(huì)顯示測試實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在測試過程中若想停止檢測溫度傳感器，點(diǎn)擊“停止檢測”按鈕即可，可以實(shí)現(xiàn)檢測狀態(tài)自由切換。

4）數(shù)據(jù)報(bào)表及打印，點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)查詢”，就會(huì)彈出如圖8所示“數(shù)據(jù)查詢界面”，再點(diǎn)擊界面上的“查詢分類菜單”按鈕進(jìn)入不同的數(shù)據(jù)查詢;可以對上邊測試的溫度傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行查看。連接打印機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)打印功能

3 總結(jié)

本文為了解決盾構(gòu)機(jī)傳感器再制造過程中無法及時(shí)對傳感器性能進(jìn)行判定的難題，本設(shè)計(jì)基于PLC控制系統(tǒng)和專業(yè)工裝相配合的硬件系統(tǒng)，配合組態(tài)王編寫上位機(jī)控制平臺(tái)。該檢測可以實(shí)現(xiàn)溫度傳感器、土壓傳感器、超聲波液位傳感器、注漿壓力傳感器等多種不同類型傳感器性能的檢測。檢測臺(tái)有效的提升了再制造過程中傳感器性能的判定，為再制造過程中傳感器的采購提高技術(shù)依據(jù)，同時(shí)避免設(shè)備調(diào)試過程中出現(xiàn)傳感器損壞，耽誤設(shè)備調(diào)試進(jìn)度而導(dǎo)致設(shè)備出廠延誤。同時(shí)，檢測臺(tái)的使用也會(huì)給設(shè)備質(zhì)量和公司聲譽(yù)帶來進(jìn)一步的提升，檢測臺(tái)的研制進(jìn)一步是盾構(gòu)機(jī)綠色制造的價(jià)值體現(xiàn)。

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[1]崔國華， 王國強(qiáng)， 何恩光，等. 盾構(gòu)機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 礦山機(jī)械， 2006（06）：24-27.

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作者簡介：

趙文佳（1989-），男，籍貫：山西省山陰縣，碩士研究生，中級工程師，研究方向：控制工程，單位：中鐵工程裝備集團(tuán)（天津）有限公司。

（中鐵工程裝備集團(tuán)（天津）有限公司，天津 300457）