控制系统的优化与检测,  中山南朗云梯车出租, 中山南朗云梯车公司, 中山云梯车出租   HBW油脂注入系统的控制优化,  盾构机在隧道开挖时，由于开挖面地质条件的不同，主驱动所受的负载时刻在变化。如在同样的刀盘转速下掘进，土仓泥水压力就会出现上下波动；在地层突变时，刀盘的转速也会存在变化。这种工况下，注脂系统自动控制起来具有一定的难度，但由于刀盘的转速及土仓泥水压力是可以及时监测并能够反馈的PLC系统中，且地质条件一般在勘察报告中是已知的，这就给解决不同地质条件下的盾构机主驱动密封注脂系统的自动控制问题提供了条件。根据以前的盾构机主驱动密封系统的油脂注入原理，当PLC检测到HBW、EP2脉冲数达到设定值后，就会发出指令关闭气动阀（电磁阀）。这对HBW注脂系统来说，由于油脂粘度大不易流动且流量要大，从而要求用电磁先导气动-30-阀通断较大直径的输送管道。就会在电磁先导气动阀通断与电气的反馈及指令信号之间存在一定的延迟，如果存在输入管路中油脂压力越大，分配阀（同步马达）输出的流量在这个延迟时间内也就越大，从而造成整个注脂系统的油脂消耗量增多，此系统控制精度达到实际使用要求。对于EP2油脂注入系统是直接驱动控制，延迟问题几乎忽略不计。因此设计盾构机主驱动密封HBW油脂注入系统为：在盾构的正常开挖下，PLC根据已建立的刀盘转速解算出油脂用量脉冲数，并用监测到的土仓泥水压力信号反馈到PLC修正所需要的最小工作油脂流量，进而建立电磁先导气动阀合适开断时间，以便精准控制系统流量。整个控制过程中，PID控制起主导地位[，使系统工作在最佳的效率点上。 在工业控制系统中，PID（比例-积分-微分）作为实际工程应用最为广泛的一类成熟控制方法，其优势在于简便可靠，不需要精确的数学模型。因此，本设计方案采用了PID控制，难点在于PID参数的整定。整定方法共可分为两类：理论计算参数整定法和现场工艺整定法，现场工艺整定法又可分为临界比例度法、经验法、衰减曲线法、响应曲线法等。实际工程中大多采用现场工艺整定法，其本质为先通过试验，然后按照工程经验公式对PID控制器三个参数进行整定。在本控制系统中，采用的是现场工艺整定法中的临界比例法。其具体操作过程是：

    (1)初步选定适合短的采样周期，以便控制系统工作；(2)仅加入比例控制环节，直到系统对输入的阶跃响应出现临界振荡，记下这时的比例放大系数和临界振荡周期；(3)在适当的控制度下由经验公式计算可得PID控制器的参数，可参考具体的经验数据。   通过上述的操作，得到了刀盘转速控制系统的PID控制器整定参数选择为：P=5%、I=210s、D=30s，在MATLAB建立系统Simulink模型，实际作业中，油脂消耗由刀盘转速控制系统仿真输入信号是单位斜坡信号，根据选定的PID控制器参数和Simulink模型，观察其响应曲线。  对于油脂消耗量随刀盘转速控制的过程中，采用PID控制器基本取得了令人满意的效果。该仿真过程是对实际情况的一个简化模型，验证了转速越快油脂消耗量越大的设想，对其存在的不足还需要结合工程实际进行深入研究。为使系统控制精度能够达到实际使用要求，根据反馈的土仓泥水压力和刀盘转速，由于控制性能的要求，在CtrlLAB中运用IST2E建立PID控制模型并仿真，阶跃响应曲线。 阶跃响应曲线得到本系统具有理想的响应特性能，并且具有一定的稳定裕度，比较稳定可靠，可以满足使用要求。

    监测系统有显示当前时间日期，保存数据至Excel表格，显示压力/流量实时数据，配置VISA串口参数，报警等五大部分。该程序仿真界面如图3-25。-40-图3-25监测系统的仿真界面其中，压力、流量记录表和实时显示框实时显示下位机上传的压力和流量数据，并且通过波形图表实时显示其波形，直观地观测其趋势。必要时可以生成Excel表格永久保存。VSIA串口参数用户可调节的有VISA串口端口号、数据比特、波特率，经调试后均赋有默认值。其它不常用的参数在程序框图中给定常量。因此，用户可以根据自己的设备便捷地调节至最佳参数。前面板的采集次数显示控件，可以为用户提供已经进行采集的次数。通过设置报警的上限值和下限值，可以停止程序运行。程序运行前，首先要选择下位机的连接端口，才可以从下位机读取检测数据。系统计算当前的实时时间，显示在时间显示框，用于计时等工作。

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    通过以上的优化控制及检测，最终完成了油脂量的有效控制及预防故障的出现。以现场使用的HBW油脂系统来说，在刀盘转速为1.0r/min，土仓泥水压力为0.8bar的衡定状态下掘进，其中注入系统中配置马达分配器每个口的排量为9mL/r，马达分配器齿轮有12齿/r，也即计数器计12次为一圈,目前控制方式为：每2分钟为一个周期，内外密封马达分配器计数达到13次，完成一个周期注入。按照每一环平均掘进30分钟，则正常用量为1755mL，即每环用量是2.2kg。一桶HBW重量为240kg，可以满足109环总用量。HBW油脂用量完全可控，并且相当节约。第四章结论-42-第四章结论根据当前盾构机主驱动密封系统出现的一些故障问题，本文以地铁隧道施工的常用土压平衡盾构机的主驱动密封系统为研究对象，通过分析NFM型、LOVAT型、小松型、罗宾斯型和中铁装备型等各类型式盾构机主驱动密封系统结构和基本特征及现用油脂注入的控制原理，利用理论计算和MATLAB/CtrLLAB、LabVIEW等软件对状态检测系统进行模拟仿真和状态测试实验，提出切实可行的预防措施。具体内容如下：

   （1）在设计程序上，根据刀盘转速和土仓压力值的变化对HBW油脂注入系统控制原理重新设计，通过模拟仿真验证了所设计的控制反馈系统性能稳定可控。并对HBW、EP2、齿轮油的注入压力进行重新标定，在注入油脂量合理的情况下，确保前部压力大于后部压力，三腔有压差存在，以此保证延长密封的寿命。

    （2）在静态监测设计上，保证了工厂调试过程中，注入油脂腔道注满，避免因注油量不够或过剩而使唇形密封受损。做到既保证润滑又减少油脂注入，降低生产成本的效果。

   （3）通过LabVIEW模拟，要求在密封腔增加HBW油脂注入压力检测，既保证了HBW的注入量又有动态的监测报表，可用来推断EP2注入压力和齿轮油注入压力，从而能够及时准确的判断出故障并处理。

   （4）动态监测系统上设计了系统报警功能，根据采集的压力值及流量脉冲次数，与设置的报警的上限值和下限值比较分析，若超出设定值，系统就会报警，并此报警故障与停机在程序系统互锁，可以实现强制停机。以免人为复位时间过长，使得在油脂用量达不到设计时，还继续掘进，进而损坏主轴承。综上所述，在目前盾构机主驱动密封系统中，不同的厂家有不同的方案，可靠性、节能降耗等，成为系统控制检测中优先考虑的问题。本文提出的措施能够预防并辅助判断盾构机主驱动密封系统的故障，及时发现问题并处理，从而延长主驱动密封系统的使用寿命，保护主轴承不受损坏。对注入油脂的压力及流量值的动态跟踪，为行业人士对盾构机主驱动密封系统使用、维修及保养的处理和认识提供了参考和借鉴。本次设计基本满足了设计的要求，但由于时间的关系和个人能力的限制，仍然存在许多欠缺和不足之处，有待于改进和提高。在今后的工作研究中，详细的收集其它TBM盾构机的主驱动密封系统工作原理。并计划在此动态检测设计上，增加油温数据、噪音数据等信号的收集，加强故障的确诊的准确率。

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