盾构推进液压监控系统的实现

　　盾构机是一种专门应用于隧道工程开挖的大型高科技综合施工设备。它具有开挖速度快、质量高、人员劳动强度小、安全性高、对地表沉降和环境影响小等优点。在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～1O倍，具有明显的优势。尤其在地质条件复杂、地下水位高而隧道埋深较大时，只能依赖盾构。

　　推进系统是盾构的关键系统之一，主要承担着整个盾构的顶进任务，要求完成盾构的转弯、曲线行进、姿态控制、纠偏以及同步运动等。

　　由于盾构施工环境的复杂性以及对自动化要求的提高，传统的人工控制方法已不适合盾构技术的要求。通过开发盾构推进液压监控系统软件，可实现对系统推进压力和推进速度的实时在线控制，一方面可达到实时纠偏，降低地表沉降、减少地表变形的目的，另一方面可减少施工劳动强度，提高工作效率和施工精度，从而达到信息化施工的目的。本文主要采用目前较为流行的PLC和工业组态软件“组态王”作为监控系统的软件开发平台，完成对盾构推进液压系统的控制和监测。

　　1 盾构推进液压系统集成设计

　　盾构推进液压系统比较复杂，属于变负载、大功率的应用场合。本系统在主油路上采用变量泵实现负载敏感控制；对于6个执行元件液压缸，将其分为6组，进行分组控制。各个分组中的控制模块都相同，均由比例溢流阀、比例调速阀、电磁换向阀、辅助阀及相关检测元件等组成。图1为推进液压系统单个分组工作原理简图 。

　　1．二位=通电磁换向阀2．比例调速阀3．比例溢流阀

　　4．平衡阀5．压力传感器6．液压缸7．内置式位移传感器

　　8．液压锁9．三位四通电磁换向阀 lO．二位四通电磁换向阀

　　图1 推进液压系统工作原理简图

　　盾构推进时，二位二通电磁换向阀l断电，系统压力油经比例调速阀2流出，此时三位四通电磁换向阀9切换到工作状态B位置，液压缸6的活塞杆向前运动。推进过程中，液压缸6中的内置式位移传感器7实时检测推进位移，转换成电信号反馈到比例调速阀2的比例电磁铁上，控制比例调速阀2中节流口的开度，从而实现推进速度的实时控制，此时系统中多余的

　　流量可从比例溢流阀3中流出。

　　为了实现姿态调整，还必须实时控制推进压力，此时可由压力传感器5检测液压缸6的推进压力，转换成电信号反馈到比例溢流阀3的比例电磁铁上，控制比例溢流阀3的节流口开度来实现。分组中的比例溢流阀3和比例调速阀2与压力传感器5和位移传感器7一起构成压力流量复合控制，可实时控制推进系统的推进速度和推进压力。快速回退时，二位二通电磁换向阀1通电，短路比例调速阀2，系统采用大流量供油，此时三位四通电磁换向阀9切换到工作状态A位置，液压缸6的活塞杆快速回退，以满足管片拼装的要求。