基于再制造盾構機傳感器檢測臺的設計

趙文佳 曾翔 張國良

摘 要：盾構機再制造過程中傳感器作為重要的部件由于缺乏統一的檢測設備判定，導致盾構機再制造調試過程工期延誤和質量不達標。為解決制約盾構機再制造過程中設備穩定和提升再制造效率，本文提出開發一種盾構機傳感器檢測臺的設計方案。

關鍵詞：盾構機;傳感器;檢測臺

1 ?引言

盾構機作為地下空間開發的重要設備，隨著設備的廣泛使用，掘進機再制造業務逐年上升。再制造前期和制造過程中需要對設備進行全面的狀態評估和元器件檢測，不全面的設備評估造成再制造過程中商務報價誤差大，制造工期延誤，給公司帶來較大經濟損失。

再制造設備維修過程中，利用原有設備電器元件、線路是降低再制造成本的關鍵要素。同時盾構機控制線路較長、空間位置布局狹小、再利用元器件不穩定等原因，給現場故障排查帶來較大困難，甚至出現驗收期間突發故障無法及時解決的尷尬局面，導致設備再制造周期長和故障率高。因此，開發再制造盾構機傳感器檢測臺顯得愈發重要。

2 傳感器檢測臺的構成

盾構機傳感器檢測臺主要針對三個方面的傳感器進行判定：

1）針對設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區間變化進行判定;

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

1.1硬件系統構成

硬件系統是由西門子的S7-1500、AC220V電源、研華工控機、伺服電機及其驅動模塊等組成，系統硬件構成框圖如下圖2系統硬件構成框圖所示：

檢測臺以不同傳感器對應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，通過檢測氣動動作間接判定電磁閥插頭質量。

2）接近開關檢測工位：主要由氣缸和磁簧開關組成。檢測接近開關時將接近開關按照要求固定安裝，測試接近開關是否有反饋信號。

3）傾角傳感器檢測工位：主要由水平檢測臺和驅動電機組成。將傾角傳感器固定在水平測試臺上，通過控制X軸、Y軸驅動電機改變水平測試臺的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上后，利用重力傳感器和土壓傳感器數值比較，通過土壓傳感器反饋信號做出分析。

5）超聲波測距傳感器：由伺服電機和絲杠組成。通過控制移動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：由兩個電動閥門、兩個手動閥門和一個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據比較，進而對壓力傳感器質量進行分析。

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，通過對裝置加熱進行對比溫度傳感器和測試溫度傳感器對比，從而實現對溫度傳感器分析。

8）流量檢測裝置：由比較流量開關、電動閥、手動閥及氣路組成，通過對比校準流量開關和被檢測流量開關狀態從而對流量開關做出判斷。

1.2軟件系統構成

軟件系統由PLC控制程序和上位機監控組態軟件組成。PLC控制程序主要負責完成所有電動閥的開閉、模擬工況的運行、傳感器測試數據實時采集，有關試驗數據的保存等功能。

上位機監控界面主要負責系統運行的監控和數據顯示、處理及存儲，本系統采用亞控科技組態王監控組態軟件6.55，人性化的人機交互界面的設計，實現了整個系統的控制及數據采集、顯示、存儲、歷史數據查詢及故障報警等任務，詳細內容請參看操作說明。

2 傳感器檢測臺的系統集成及功能

按照檢測臺三維圖對各部件進行安裝，組裝過程分為機械安裝、流體安裝、電氣系統安裝。利用西門子博圖V15.1編寫響應的PLC控制程序，設計上位機監控畫面。最后，在各控制對系統部件安裝完成后進行聯動調試。

2.1檢測臺上電操作說明

（1）試驗前請正確連接系統管路接口與氣源接口、被試件與系統管路接口連接正確。打開試驗臺電源確認供電電源220V/AC±20%，確認系統供電是否正常;

（2）把配電柜總電源空氣開關和控制柜電源空氣開關達到“ON”位置，然后逐級對各控制系統上電操作，實現控制系統和伺服模塊上電完成;

（3）打開試驗臺前面板上的電源開關，電源指示燈亮，連接好被測件，做好試驗前準備工作，即可開始試驗;

（4）做完試驗后，關掉試驗臺電源，如需再次重啟，最好間隔2-3分鐘，以防PLC及其它硬件設備故障;

（5）當遇到緊急情況需停止試驗，請按下急停開關;傳感器出現故障時系統自動報警。

2.2上位機軟件操作說明

試驗前請正確連接系統管路接口與氣源接口、被試件與系統管路接口連接正確。進入開始測試階段，打開試驗臺電源，工控機通電自啟，工控機啟動完畢，自動進入工程項目界面進入系統。不同傳感器界面如圖3試驗選擇菜單。

在檢測開始前我們對其各個不同傳感器的工藝參數進行設置，主界面下方選擇“工藝參數”按鈕，彈出如圖4工藝參數設置界面進行工藝參數的設置，提升傳感器測量精度。

2.3傳感器的檢測

該檢測臺可以進行多種盾構機傳感器的檢測，本文僅這里主要以溫度傳感器檢測為例，對檢測臺功能進行測試。其他類型的傳感器按照檢測臺操作流程依次進行安裝檢測，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機檢測臺工位上，對現場連接情況進行檢查;

2）點擊“溫度傳感器檢測”按鈕，系統進入如圖6溫度傳感器檢測參數設置界面，根據實際操作情況設置待檢測溫度傳感器型號、編號、檢測人等參數;

3）設置完成確認后，出現如圖7溫度傳感器檢測界面;點擊選擇“開始檢測”按鈕，系統進行檢測，并且上位機界面會顯示測試實時數據。在測試過程中若想停止檢測溫度傳感器，點擊“停止檢測”按鈕即可，可以實現檢測狀態自由切換。

4）數據報表及打印，點擊“數據查詢”，就會彈出如圖8所示“數據查詢界面”，再點擊界面上的“查詢分類菜單”按鈕進入不同的數據查詢;可以對上邊測試的溫度傳感器數據進行查看。連接打印機，可以實現數據打印功能

3 總結

本文為了解決盾構機傳感器再制造過程中無法及時對傳感器性能進行判定的難題，本設計基于PLC控制系統和專業工裝相配合的硬件系統，配合組態王編寫上位機控制平臺。該檢測可以實現溫度傳感器、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依據，同時避免設備調試過程中出現傳感器損壞，耽誤設備調試進度而導致設備出廠延誤。同時，檢測臺的使用也會給設備質量和公司聲譽帶來進一步的提升，檢測臺的研制進一步是盾構機綠色制造的價值體現。

參考文獻：

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[2]劉金鳳， 公銳， 王旭東，等. 組態王在傳感器檢測臺中的應用[J]. 自動化技術與應用， 2007， 26（8）：90-92.

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（天津）有限公司。

（中鐵工程裝備集團（天津）有限公司，天津 300457）