基于再制造盾构机传感器检测台的设计

赵文佳 曾翔 张国良

摘 要：盾构机再制造过程中传感器作为重要的部件由于缺乏统一的检测设备判定，导致盾构机再制造调试过程工期延误和质量不达标。为解决制约盾构机再制造过程中设备稳定和提升再制造效率，本文提出开发一种盾构机传感器检测台的设计方案。

关键词：盾构机;传感器;检测台

1  引言

盾构机作为地下空间开发的重要设备，随着设备的广泛使用，掘进机再制造业务逐年上升。再制造前期和制造过程中需要对设备进行全面的状态评估和元器件检测，不全面的设备评估造成再制造过程中商务报价误差大，制造工期延误，给公司带来较大经济损失。

再制造设备维修过程中，利用原有设备电器元件、线路是降低再制造成本的关键要素。同时盾构机控制线路较长、空间位置布局狭小、再利用元器件不稳定等原因，给现场故障排查带来较大困难，甚至出现验收期间突发故障无法及时解决的尴尬局面，导致设备再制造周期长和故障率高。因此，开发再制造盾构机传感器检测台显得愈发重要。

2 传感器检测台的构成

盾构机传感器检测台主要针对三个方面的传感器进行判定：

1）针对设备常用到压力传感器、温度传感器、超声波传感器和倾角传感器等模拟量传感器，信号在4-20MA区间变化进行判定;

2）针对数字量开关信号传感器，进行上电检测且对反馈信号进行判定; 3）针对流量开关及电磁阀插头进行上电检测并给出上电状态判定，测量反馈电压信号。系统框架如图1所示。

1.1硬件系统构成

硬件系统是由西门子的S7-1500、AC220V电源、研华工控机、伺服电机及其驱动模块等组成，系统硬件构成框图如下图2系统硬件构成框图所示：

检测台以不同传感器对应不同的检测工装为测试模块，针对不同的传感器研制不同的测试工装，主要包括：

1）电磁阀插头检测装置：利用电磁阀和气缸组成，通过检测气动动作间接判定电磁阀插头质量。

2）接近开关检测工位：主要由气缸和磁簧开关组成。检测接近开关时将接近开关按照要求固定安装，测试接近开关是否有反馈信号。

3）倾角传感器检测工位：主要由水平检测台和驱动电机组成。将倾角传感器固定在水平测试台上，通过控制X轴、Y轴驱动电机改变水平测试台的X轴、Y轴的倾斜角。

4）土压传感器检测工位：将土压传感器固定在检测台上后，利用重力传感器和土压传感器数值比较，通过土压传感器反馈信号做出分析。

5）超声波测距传感器：由伺服电机和丝杠组成。通过控制移动平板距离超声波测距传感器的位置，分析测量传感器的反馈信号。

6）压力传感器检测装置：由两个电动阀门、两个手动阀门和一个对比压力传感器组成，通过对比压力传感器和待测压力传感器的数据比较，进而对压力传感器质量进行分析。

7）温度传感器检测工位：由加热装置和对比温度传感器组成，通过对装置加热进行对比温度传感器和测试温度传感器对比，从而实现对温度传感器分析。

8）流量检测装置：由比较流量开关、电动阀、手动阀及气路组成，通过对比校准流量开关和被检测流量开关状态从而对流量开关做出判断。

1.2軟件系统构成

软件系统由PLC控制程序和上位机监控组态软件组成。PLC控制程序主要负责完成所有电动阀的开闭、模拟工况的运行、传感器测试数据实时采集，有关试验数据的保存等功能。

上位机监控界面主要负责系统运行的监控和数据显示、处理及存储，本系统采用亚控科技组态王监控组态软件6.55，人性化的人机交互界面的设计，实现了整个系统的控制及数据采集、显示、存储、历史数据查询及故障报警等任务，详细内容请参看操作说明。

2 传感器检测台的系统集成及功能

按照检测台三维图对各部件进行安装，组装过程分为机械安装、流体安装、电气系统安装。利用西门子博图V15.1编写响应的PLC控制程序，设计上位机监控画面。最后，在各控制对系统部件安装完成后进行联动调试。

2.1检测台上电操作说明

（1）试验前请正确连接系统管路接口与气源接口、被试件与系统管路接口连接正确。打开试验台电源确认供电电源220V/AC±20%，确认系统供电是否正常;

（2）把配电柜总电源空气开关和控制柜电源空气开关达到“ON”位置，然后逐级对各控制系统上电操作，实现控制系统和伺服模块上电完成;

（3）打开试验台前面板上的电源开关，电源指示灯亮，连接好被测件，做好试验前准备工作，即可开始试验;

（4）做完试验后，关掉试验台电源，如需再次重启，最好间隔2-3分钟，以防PLC及其它硬件设备故障;

（5）当遇到紧急情况需停止试验，请按下急停开关;传感器出现故障时系统自动报警。

2.2上位机软件操作说明

试验前请正确连接系统管路接口与气源接口、被试件与系统管路接口连接正确。进入开始测试阶段，打开试验台电源，工控机通电自启，工控机启动完毕，自动进入工程项目界面进入系统。不同传感器界面如图3试验选择菜单。

在检测开始前我们对其各个不同传感器的工艺参数进行设置，主界面下方选择“工艺参数”按钮，弹出如图4工艺参数设置界面进行工艺参数的设置，提升传感器测量精度。

2.3传感器的检测

该检测台可以进行多种盾构机传感器的检测，本文仅这里主要以温度传感器检测为例，对检测台功能进行测试。其他类型的传感器按照检测台操作流程依次进行安装检测，判定传感器的性能。

1）按照图5温度传感器工位示意图将温度传感器连接到盾构机检测台工位上，对现场连接情况进行检查;

2）点击“温度传感器检测”按钮，系统进入如图6温度传感器检测参数设置界面，根据实际操作情况设置待检测温度传感器型号、编号、检测人等参数;

3）设置完成确认后，出现如图7温度传感器检测界面;点击选择“开始检测”按钮，系统进行检测，并且上位机界面会显示测试实时数据。在测试过程中若想停止检测温度传感器，点击“停止检测”按钮即可，可以实现检测状态自由切换。

4）数据报表及打印，点击“数据查询”，就会弹出如图8所示“数据查询界面”，再点击界面上的“查询分类菜单”按钮进入不同的数据查询;可以对上边测试的温度传感器数据进行查看。连接打印机，可以实现数据打印功能

3 总结

本文为了解决盾构机传感器再制造过程中无法及时对传感器性能进行判定的难题，本设计基于PLC控制系统和专业工装相配合的硬件系统，配合组态王编写上位机控制平台。该检测可以实现温度传感器、土压传感器、超声波液位传感器、注浆压力传感器等多种不同类型传感器性能的检测。检测台有效的提升了再制造过程中传感器性能的判定，为再制造过程中传感器的采购提高技术依据，同时避免设备调试过程中出现传感器损坏，耽误设备调试进度而导致设备出厂延误。同时，检测台的使用也会给设备质量和公司声誉带来进一步的提升，检测台的研制进一步是盾构机绿色制造的价值体现。

参考文献：

[1]崔国华， 王国强， 何恩光，等. 盾构机的研究现状及发展前景[J]. 矿山机械， 2006（06）：24-27.

[2]刘金凤， 公锐， 王旭东，等. 组态王在传感器检测台中的应用[J]. 自动化技术与应用， 2007， 26（8）：90-92.

作者简介：

赵文佳（1989-），男，籍贯：山西省山阴县，硕士研究生，中级工程师，研究方向：控制工程，单位：中铁工程装备集团（天津）有限公司。

（中铁工程装备集团（天津）有限公司，天津 300457）