基于传感技术的盾构在线状态监测系统(2) -传感技术学报杂志社投稿

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基于传感技术的盾构在线状态监测系统(2)

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1—10表示接触点。图4模数转换模块电路图Fig. 4 ADC circuit diagram

2.4电源及稳压模块

由于所选一体化振动变送器的工作电压为24 V，故选择电压为直流12 V的2节蓄电池串联。由于系统选用的供电电源为24 V，而单片机的供电电源为5 V，系统通过降压与单片机供电。根据输入直流电压为3～35 V，输出直流电压为1.5～35 V(可连续调节)，且输入直流电压超过输出直流电压的1.5倍时，最大输出电流不超过3 A的特性，选用型号为LM2596S DC-DC降压模块，降压模块转换效率为92%。降压模块电路图如图5所示。

1—3表示接触点。图5降压模块电路图Fig. 5 DC circuit diagram

2.5单片机监测程序设计

单片机监测程序结构简图如图6所示。主要由单片机、一体化振动变送器、PT100温度传感器、电源、LM2596S DC-DC降压模块、ADS1118 16位模数转换器、TTL转RS232信号模块、盾构等部分组成。

图6单片机监测程序结构简图Fig. 6 Structure sketch of SCM monitoring program

在线状态监测系统工作时，传感器检测到盾构关键部件(主泵站、轴承及减速器)的振动信息和温度信息，由A/D转换模块将采集到的模拟量转换成数字量，通过单片机的IO接口传递至单片机主控程序，经单片机运算处理后，再由TTL转RS232信号模块转换，将转换后的信号传送至在线监测设备[12-13]。单片机监测系统流程图如图7所示。

图7单片机监测系统流程图Fig. 7 Flowchart of SCM detection system

3系统测试与结果分析

3.1试验条件与方法

2017年5—7月，在施工现场对基于传感技术的盾构在线监测系统进行了试验。为了测试盾构在线监测系统的性能和监测精度，监测系统安装调试完成后，通过试验对各个点进行实时状态数据采集，每个点采集 20 000多个数据。监测系统现场试验如图8所示。

图8在线监测系统试验Fig. 8 Test photo of on-line monitoring system

对盾构关键部件主泵站、轴承及减速器等运行状况进行监测测试，测点分布如表1所示。

表1盾构测点分布Table 1 Layout of monitoring points on shield序号监测部件监测参数监测位置传感器数量监测方式1主轴承速度、温度、压力、流量、刀盘转矩主轴承圆周方向选取4个位置,每个位置取轴向和径向2个测点8 振动采用安装加速度传感器采集,温度、压力、流量、刀盘转矩信息采用调取盾构原有数据获取2主驱动减速器速度、温度、压力每套主驱动减速机和电机各选1个测点16 振动、温度数据采用外加传感器采集,温度和振动监测集成至1个传感器3主泵站振动、温度、压力推进泵、管片安装机、螺旋机泵、3个刀盘驱动各选1个测点12 压力信息采用调取盾构原有数据,振动、温度信息采集采用外加传感器方式

3.2试验结果分析

本次主要对测点的振动速度和温度进行分析，得出振动速度和温度曲线如图9—11所示。由图9(a)、10(a)、11(a)测点振动速度离散图可以看出： 2#刀盘驱动泵测点的振动速度为1.5 mm/s左右； 1#主驱动减速机测点振动速度为1～1.5 mm/s； 2#主轴承测点振动速度为1～1.4 mm/s。盾构关键部件各测点的速度值满足正常运行状态的工作要求。由图9(b)、10(b)、11(b)测点温度曲线图可以看出： 2#刀盘驱动泵测点温度为25～45 ℃； 1#主驱动减速机测点温度为20～40 ℃； 2#主轴承测点温度为25～40 ℃。盾构关键部件各测点的温度值满足正常运行状态的工作要求。

(a) 测点振动速度曲线

(b) 测点温度曲线图9 2#刀盘驱动泵电机测点振动速度和温度曲线Fig. 9 Curves of vibration velocity and temperature of monitoring point on electric motor of #2 cutterhead drive

(a) 测点振动速度曲线

(b) 测点温度曲线图10 1#主驱动减速机测点振动速度和温度曲线Fig. 10 Curves of vibration velocity and temperature of monitoring point on reduction box of #1 main drive

(a) 测点振动速度曲线

(b) 测点温度曲线图11 2#主轴承测点振动速度和温度曲线Fig. 11 Curves of vibration velocity and temperature of monitoring point on #2 main bearing

4结论与讨论

1)以盾构为监测对象，采用了模块化的设计方法，从而实现了监测系统的模块化管理。该系统主要包括振动信息采集模块、温度信息采集模块、模数转换模块、电源稳压模块和TTL转RS232信号转换模块。通过传感技术监测盾构关键部件各测点的振动速度和温度，结合通讯技术将实时监测的数据传输至控制器进行分析处理，实现了盾构的在线监测，保证盾构设备施工过程中的安全、稳定、可靠。

文章来源：《传感技术学报》网址: http://www.cgjsxb.cn/qikandaodu/2021/0613/430.html