盾构机大脑内部控制核心是PLC控制系统，PLC控制系统有7个优势
盾构机是现代地下工程建设中的重要工具，集光学、机械、电气、液压、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，涉及地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制、测量等多门学科技术，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高。
（1）PLC就有很强的稳定性和可靠性：特别是在地铁施工这样恶劣的工作环境，湿气很重，灰尘 较多，渗水具有腐蚀性，因此对电气控制系统可靠性要求非常高。
（2）PLC的扩展性和通用性比较好：自1969 年第一台PLC出现到现在，PLC已成为一个工控标准，在这个标准下，相应元件的选型非常容易。（软启动柜）
（3）编程简单：PLC使用的编程语言简单通用， 易于掌握，对于编程人员的计算机知识要求比较低，不用去掌握太深层次的硬件和固件知识。
（4）功能强大，维护方便：对于盾构机这样需 要上千个I/O点的控制系统，PLC也可以轻松应付，对于其中PID调节，网络通信，看门狗等等任务也可以很轻松的完成。PLC由于模块化了，维护起来 也是非常方便的。（变频控制柜）
（5）体积小，功耗低，开发周期短。
盾构机大脑内部控制核心是PLC控制系统，PLC控制系统有7个优势！
自动化PLC控制系统的组成和运行：
（6）PLC系统有工控机、两台调制解调器、PLC运行及储存器、各类传感器等输入部分及各类电继电器等输出部分，管理程序安装在地面监控室的工控机（上位机）内，通过一台在监控室的调制解调器和一台安装在盾构机调制解调器相互译制，与盾构机的PLC串口相连，从而监控和控制PLC运行，同时上位机也起着掘进参数数据保存作用，方便操作人员使用和维护。（软启动柜）
（7）根据设定的程序，在某些必要条件满足时，PLC才能进行下一步工作，否则，程序就不能往下运行，设备停止运行，同时会将错误信息显示在操作室的电脑上。我们按照显示的错误信息及代码去查找故障原因，即PLC是否正常输入、PLC是否正常输出、前后输入/输出设备是否正常、连接线路是否良好。这样分段分析、仔细排查，故障会很容易得到解决。
自动化PLC控制系统在盾构机上起到了很大的作用，可以提高恶劣环境下的可靠工作能力及帮助使用维修人员快速排除故障，可以加快工程进度保证工程质量。
盾构机大脑内部控制核心是PLC控制系统，PLC控制系统有7个优势！
1 PLC系统的组成
PLC系统有工控机、两台调制解调器、PLC运行及储存器、各类传感器等输入部分及各类电继电器等输出部分，见图1。SIMATIC Man-ager是S7-PLC自动控制程序的管理程序，安装在地面监控室的工控机(上位机)内，通过一台在监控室的调制解调器和一台安装在盾构机调制解调器相互译制，与盾构机的PLC串口相连，从而监控和控制PLC运行，同时上位机也起着掘进参数数据保存作用，方便操作人员使用和维护。
PLC系统的软件主要有地面监控室电脑上的操作系统，SIMATIC Manager程序，Netpro程序及监控程序PDV，以及安装在盾构机PLC上的控制程序。
2 PLC系统运行
根据设定的程序，在某些必要条件满足时，PLC才能进行下一步工作，否则，程序就不能往下运行，设备停止运行，同时会将错误信息显示在操作室的电脑上。我们按照显示的错误信息及代码去查找故障原因，即PLC是否正常输入、PLC是否正常输出、前后输入/输出设备是否正常、连接线路是否良好。这样分段分析、仔细排查，故障会很容易得到解决。
盾构机大脑内部控制核心是PLC控制系统，PLC控制系统有7个优势！
以盾构机中心回转体EP2润滑脂加注系统为例，说明S7-PLC自动控制程序在盾构机故障排除中的应用。在盾构机中，EP2润滑加注系统属于较复杂且很重要的部分，包含螺旋机密封、球轴承密封、中心回转体密封等部位的自动密封。本系统的正常运行与否不仅关系到盾构机能否顺利运行，同时对延长设备使用寿命起着很重要的作用。EP2加注系统是压缩空气通过由PLC控制的电磁阀为气动泵提供动能来源，输入气压和输出油脂压力的比值是1∶50，即1bar的气压能产生50bar的油脂压力。通常将压缩空气的压力调节为1.5～2.0bar，即油脂压力为75～100bar，足以克服油脂在管内的损耗，保证输送到盾构机上的多个油脂分配阀时有足够的压力，再由油脂分配阀非均匀的将油脂输送到需要被润滑的部位，达到自动润滑效果，如图2。
油脂分配阀在润滑系统中起着重要作用，它的结构组成如图3所示。其工作过程：当设备启动时，PLC发出指令为二位二通电磁阀通电，具有压力的油脂进入油脂分配阀，开始进行油脂分配;在此种情况下，分配阀所分配的油脂量可以通过控制阀芯的冲程数进行计算，阀芯的冲程数通过脉冲传感器输入到PLC，如图5;当累积到一定量的冲程数时，PLC发出指令，停止向电磁阀通电，油脂分配阀的进口关闭，油脂分配结束。当下个指令发出时，照此重复进行。
盾构机大脑内部控制核心是PLC控制系统，PLC控制系统有7个优势！
3 故障排除实例
一次，在盾构机操作室的电脑上，显示中心回转体油脂润滑系统故障，通过利用PLC程序和显示的错误信息，查得是油脂分配阀的输出无信号。将冲程传感器拆除，将一直径与传感器内径相差不多的金属棒体插入其中，作活塞式往复运动，可以从PLC输入指示灯看出，传感器能正常工作，随后将其中的一条输出油脂管拆除，手动进行注脂，油脂还是不能注出;后将分配阀整体拆下，在机修房拆开检查、清洁，zui后在清理阀板时，从阀板孔中取出一颗细小砂子(直径约1mm)，再次安装到盾构机上，试机正常，原来是机修工在更换油脂桶时，操作不慎，有杂物掉入油脂桶，导致了此故障的发生。
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如何优化盾构机标准化自动适配？通过PLC参数，实现编码自动转换
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文 |克己释法
编辑 |克己释法
前言
近年来，随着我国城市交通建设的快速发展，作为工程施工中自动化程度最高的盾构法隧道施工技术得到了广泛的推广和应用。
基于隧道工程建设未来的发展空间和发展方向，智能隧道建设将是该行业发展的必然趋势，在智能数字盾构 建设中。
首先要将盾构机掘进过程中的各类参数进行标准化，然后再进行采集、分析以及各类数字化运用 ，因此，盾构机掘进中基本施工参数的数据标准化就显得尤为重要。
本文所述的施工参数数据标准化工作主要集中在盾构机施工领域，通过对盾构机掘进过程中的可编程逻辑控制器（PLC）相关参数进行数据标准化。
将各种类型盾构机所获取的数据识别归类为同一组或几组标准编码，从而提高盾构机掘进参数数据的通用性和可用性 。
也为后期数字盾构工程技术进行大数据分析和数据模型建立提供可靠的数据。
盾构机施工参数数据标准化
1.1盾构机PLC参数数据的使用现状
随着隧道施工项目的不断快速增长，盾构机施工掘进数据也随之不断快速增长，在没有对接入PLC数据标准化的情况下，经常会出现一些数据异常 的情况，从而影响数据的存储及数据的分析。
例如：
（1）因PLC参数地址表单没有做好比对，导致数据错位或遗失。（2）因PLC参数单位不一致，造成数据显示异常。（3）因数据库表字段类型不一致，造成数据接入失败。
（4）因数据库表结构不一致，造成系统卡顿无法读写。（5）因数据库施工数据接入的不连续性，导致数据质量的缺失及数据冗余等。
为解决上述数据层面的困扰，本文从数据标准化和自动化的角度阐述盾构机施工数据中各项PLC参数（数据编码、名称、数据类型、单位、数值范围）的标准化及标准编码的自动适配转换功能，以期后继能够协助数字盾构机更好地适应 各种地质条件的变化。
快速指导优化并调整关键施工参数，从而提高盾构机的掘进质量和安全 ，以及更好地完成数据有效、完整的接入及存储工作.
同时，也为智能数字盾构工程技术研究提供基础数据标准化以及大数据分析和挖掘的保障。
1.2施工参数标准化对数据分析的影响
目前，大数据分析和应用在各行各业都得到了推广，通过对数据深层次的挖掘分析 ，可以找到数据与数据之间的内在关联性并且预判出某组数据的轨迹。
从而下达更为精确的执行指令，对于海量数据而言，入库数据质量是否符合要求是尤为重要的。
数据可携带性和互操作性的3个主要技术障碍为元数据的不确定性 、数据传输障碍和数据缺失，这给后续数据分析和应用造成了很大的困扰。
数据标准化是促进和改进数据使用的关键，如果没有数据标准化，就会产生不同数据库的“巴别塔”，影响知识的协同生产。
因此，数据标准化 对于后期的数据分析应用来说是一个前期基础，只有将数据标准化做好做扎实，才能在后期的数据分析、数据模型、数据应用中将大数据的特性发挥得更好。
盾构机施工参数数据标准化研究
2.1盾构机PLC地址表单参数编码标准化
盾构机掘进工程的施工参数数据主要以PLC地址表单的数据为主，由于目前盾构机的生产厂家较多，设备型号多样，PLC参数定义不一，导致在数据的采集上造成了一定的难度。
从而也影响了数据分析的难度，对于智能数字盾构机的研究推进而言，盾构机PLC参数数据的编码标准化 势在必行。
根据数字盾构机工程数据编码方法，盾构机PLC参数数据的编码标准化主要包含编码结构和编码规则 2个方面。
编码结构，盾构机PLC参数数据编码结构如下图，共6位，由英文字母加阿拉伯数字组合而成。
编码规则，编码规则主要包含：基础标识编码、系统分类编码、特征分项编码、数据属性编码和变量序号编码。
根据规则，盾构机推进系统中施工基本参数（单位）为：推进速度、净行程、总推力、总油压，按照编码结构和规则，可逐一完成盾构机其他PLC参数的编码标准化。
2.2盾构机PLC参数标准化编码自动转换
虽然我们将盾构机PLC地址表单参数编码进行了标准化，但由于现今存量市场上盾构机设备类型繁杂，PLC既有的参数设计、定义和命名也各不相同。
所以，在既有盾构机设备PLC数据采集之前，需要对不同PLC源参数数据 与标准化编码之间进行转换，将相同含义下的不同编码、不同类型、不同单位的参数转换为标准化编码（含标准名称、标准类型、标准单位）。
引入标准编码的适配软件进行标准编码自动匹配及转换，通过自动适配转换软件建立一个比较完整的数据标准编码库，可以实现对不同盾构机、不同PLC地址编码与标准编码之间进行批量自动匹配。
如有新增或未自动匹配到的PLC地址参数时，则通过人工匹配 转换为标准编码。
待确认后，新增或未自动匹配到的PLC参数编码将自动更新完善至数据标准编码库，从而确保盾构机PLC施工参数数据采集的规范性和准确性。
也为后续的大数据分析研究提供标准、统一的数据保障，标准编码的适配软件主要包含：
（1）类别名维护， 维护编码规则中的基础标识编码，包含了名称和编码，为后续的标准编码提供基础标识选择。
（2）标准库维护， 维护盾构机PLC参数的标准编码，主要包含了PLC参数的名称、编码、数据类型、单位、小数点位数、是否为核心参数等标准信息。
用以建立标准库体系，是标准化编码自动转换的基础，标准库的初始数据在建库时统一整理后直接导入数据库中；也可以在后期进行单独的标准编码新增录入。
（3）别名库维护， 目前市场上不同盾构机对同一个PLC参数名称的命名有所不同，该功能主要是维护盾构机PLC参数标准编码名称的别名，以便提高标准编码的自动匹配度，同一个标准编码名称可以维护多个不同的别名；
另外，在功能数据处理中的人工匹配操作完成后，系统将自动学习记录标准编码名称的别名并存入对应数据库中，以备作为系统自动匹配因子。
（4）标准字维护， 标准字的维护主要是为了解决在人工匹配未自动匹配到的参数时繁杂的搜寻工作，通过标准字的不断增加。
在人工匹配标准编码时，查询条件中输入关键字，系统即可根据标准字的关联，自动快速给出标准名称及标准编码。
（5）数据处理， 数据处理功能主要实现不同盾构机的PLC参数标准编码的自动匹配，系统将导入的源编码数据文件通过编码的名称和别名进行自动匹配，系统学习到的别名越多，自动匹配的正确率也越高。
当盾构机PLC源参数中存在未自动匹配到的参数时，系统将提示未自动匹配到的参数，并进行人工编辑匹配，人工编辑匹配完成后，该PLC参数名称将自动纳入别名库，以备后继系统学习和自动匹配使用，如遇全新的PLC参数，则在标准库维护功能中进行新增维护。
2.3盾构施工参数标准化在项目中的应用
以上海轨道交通机场线12标凌空路转换井—7号风井右线隧道项目为例，将盾构机厂商提供的盾构机PLC源地址。
参数表单通过标准编码的适配软件进行标准编码自动匹配转换 ，转换为系统标准编码格式，转换前后盾构机PLC地址源参数标准编码转换输出图如下。
经过标准编码的匹配转换，该工程项目所采集接入的PLC参数数据均以标准编码和标准名称为关联参数，在后续的工程施工数据分析和数据挖掘中，都将以统一的标准编码为基准。
结论
通过建立盾构机PLC施工参数数据的标准化和自动适配 ，可以有效应对不同品牌、不同型号的盾构机设备PLC参数；
有效解决因PLC参数地址表单不一致而造成的数据错位、数据遗失或采集异常等情况的发生，工程项目数据标准化工作的普及，可以有效提供多项目统一的标准PLC参数数据。
达到优化现有数据结构，并提高盾构机PLC数据采集和存储的完成性和有效性的目的，也为智能数字盾构机大数据分析和数据挖掘模型提供可依靠的数据基础。
目前，隧道项目施工参数数据的分析、应用尚处于初级阶段，还需要在各个方面上进行摸索和试探，通过盾构施工参数标准化和自动适配技术的研究和应用，将会使得更多的盾构机PLC施工数据趋向标准化、一致化，也会大大提高此类数据的可用度和可信度。
从而推动隧道工程行业在智能数字盾构机领域的不断进步和发展。
参考文献
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[3] 黄泛区盾构下穿高铁沉降分析及施工参数控制[J].祝嘉辉;李俊才;朱正国.南京工业大学学报(自然科学版)，2021(01)
[4] 穿越砂层盾构施工渣土改良及施工参数现场试验[J].张杰.工程机械与维修，2023(02)
[5] 盾构下穿危旧公路立交桥施工参数控制研究[J].沈贵斌.科学技术创新，2022(15)
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