[发明专利]一种盾构机掘进土质分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，具体为一种盾构机掘进土质分析系统。

背景技术

盾构掘进是一个复杂的过程，涉及到多套驱动及控制系统和多个参数这些关键性的掘进参数之间存在着紧密的联系和相互作用，共同影响着盾构掘进效率。其中，土仓压力属于间接控制参数，主要通过调节推进速度和螺旋输送机排土速度协调控制进排土量来实现，而其他参数都可以通过驱动系统直接加以控制。此外，不同土质情况下应该设定相应的推进和切削参数。

土仓压力失衡是地表塌陷等灾难性事故发生的主要成因，土仓土压平衡受到仓内多相介质组分、掘进与排碴速度等因素的影响，这使得构成土仓土压平衡系统的掘进、出土、纠偏等多个子系统的动态协调控制极其困难，土压平衡技术是在盾构掘进过程中通过调整土仓进土量和排土量匹配关系实现压力动态平衡状态，从减小地表沉降的关键技术，而保证开挖面稳定。在掘进过程中盾构借助推进油缸的推力加压产生土压，并通过碴土和刀盘作用于整个开挖面，抵消土层环境的作用，同时通过调整掘进控制系统与盾构推进量相适应以维持开挖土量与排土量的平衡，使得土仓内土压力稳定在预定范围内。

在挖掘过程中土压平衡系统受到土质、液压系统的时变和非线性因素、盾构推进速度及螺旋输送排土器效率的影响，土压设定值与实际土压值存在着不稳定的偏差，由此可能带来地表沉降和开挖面崩塌等潜在的危险。因此，通过建立盾构系统的掘进土质分析系统，以提高盾构的施工质量，对于进一步优化掘进过程从而提高掘进效率具有重要意义，并且传统土压平衡系统的马达式盾构系统由于马达驱动压力随螺旋输送机驱动的负载而变，因此，压力容腔特性对土压控制特性影响较大，系统响应较慢，其动态特性有时难以满足工程要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种盾构机掘进土质分析系统，以解决上述背景技术中提出的问题。所述盾构机掘进土质分析系统具有响应速度快、抗干扰能力强、土压控制效果好、操作简单、集中管理的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种盾构机掘进土质分析系统，包括人机界面、PLC、土仓、螺旋输送机，所述PLC包括控制站PLC、工作站PLC，所述人机界面通过以太网连接控制站PLC，所述土仓连接排土机构螺旋输送机，所述控制站PLC通过MELSCNET网络连接工作站PLC，所述工作站PLC通过模糊PID控制器连接土压传感器，所述土压传感器采用压紧式结构安装于土仓，所述土压传感器连接至变量马达。

优选的，所述变量马达由变量泵和蓄能器提供油源。

优选的，所述土压传感器通过变送器转化信号送入至工作站PLC。

优选的，所述模糊PID控制器采用UDC3500模糊PID控制器，所述模糊PID控制器具有3个模拟量输入通道、2个回路控制与5路数字量和模拟量输出。

优选的，所述人机界面包括触摸屏，所述压传感器量程为0.6MPa-5.0MPa，输出信号为0-10VDC。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本系统由恒压变量泵和蓄能器提供恒压油源，通过调节变量马达的排量，来改变液压马达驱动的螺旋输送机的转速即排土量，从而控制土仓内的土压，且变量马达驱动压力由恒压油源调定，不随负载而变，压力容腔效应影响较小，因此响应速度快，抗干扰能力强。本系统采用模糊PID控制器进行实时优化达到较为理想的控制效果，并利用MELSECNET网络优化外部接线，使用触摸屏作为良好的人机界面，方便的图形界面使操作简单易懂，MELSECNET网络通过同轴电缆将工作站PLC连接起来，减少布线、高散控，由此达到输入输出点的扩大、集中管理、集中监控的目的，由控制站PLC发出控制指令，通过液压执行机构完成对土压力的闭环控制，整个操作过程在人机界面的触摸屏即可完成，简化了操作流程，也避免了操纵人员的误操作。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明人机界面通过控制站PLC与工作站PLC连接示意图。

图中：人机界面1、控制站PLC 2、工作站PLC3、MELSCNET网络4、模糊PID控制器5、土压传感器6、土仓7、变送器8、变量马达9、螺旋输送机10、变量泵11、蓄能器12。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。