物聯網油液在線監測技術探討

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摘要：為避免盾構機故障，確保施工安全，使用基于工業物聯網技術的油液在線監測方案對盾構機進行了技術改造。對主液壓系統的液壓油進行黏度、含水率、清潔度等指標實時遠程在線監測，對主軸承齒輪油進行含水率、金屬磨屑等指標的實時遠程在線監測。對在線檢測數據和離線檢測數據進行多次比對，數據基本一致。該方案能夠反映出盾構運行的真實狀態，數據的穩定性和準確性滿足使用需求，并延長了油品使用壽命，減少了設備維護成本以及意外停機引起的故障成本，可為今后盾構管理工作的數字化、智能化奠定基礎。

關鍵詞：盾構機；工業物聯網；油液在線檢測；實時遠程在線監測；智能化

1項目背景

盾構機是地下空間開發的主要施工機械，在我國城市地鐵、過江公路隧道、跨海隧道等大型隧道工程項目中得到了廣泛應用。盾構機主軸承及主液壓系統作為核心部件，其性能將直接影響到整個盾構機的性能狀態。如果在施工過程中主軸承潤滑系統和液壓系統中進入泥水、沙礫或出現異常磨損，將導致主驅動系統和液壓系統嚴重損壞，給盾構施工帶來不可估量的損失。傳統的油品檢測多采用取樣離線檢測方法。該方法費時費力，無法第一時間發現問題，檢測時效性差，無法為設備起到預檢預修的作用，往往需要幾天或者更長的時間，常用于定期的檢測，或者發現問題后的確認。另外，離線檢測需要人工取樣，受到取樣瓶的專業干凈程度、取樣人的操作標準化程度等因素影響，容易造成二次污染或者取樣誤差，不能反映油品的真實狀態。而在線監測能夠對油品進行實時的監測，時效性好，能夠第一時間發現油品產生的問題。另外在線監測能夠長時間保存監測數據，能夠及時地故障報警，方便形成趨勢圖、溯源跟蹤，利于進行大數據分析、故障預防或者診斷分析。同時在線監測分析可以在后臺進行算法模型優化，通過海量數據作為算法依據，提高數據的準確性。在此背景下，我公司聯合殼牌中國數字化創新實驗室,對南京和燕路過江通道南段工程A2標項目的“復興號”盾構機進行了在線監測模塊的技術升級改造。采用傳感器和互聯網技術，進行潤滑在線實時監控，實現預測性維護保養，遠程智能運維，大幅提升了設備效率和生產效率，降低了潤滑成本。同時延長了油品生命周期，減少了油品消耗和排放污染，創造了商業價值和社會價值。

2施工項目概述

和燕路過江通道南段工程系國內超大直徑盾構首次連續穿越強透水砂層、軟硬不均復合地層、全斷面硬巖層、巖溶地層和區域斷裂帶等多種復雜地質條件組合的水下隧道。該工程使用“復興號”盾構機，如圖1所示。

3“殼智匯”物聯網在線監測方案原理及標準架構

“殼智匯”物聯網在線監測方案分為兩個模塊，即針對主液壓系統的液壓油模塊和針對主軸承的齒輪油模塊。“殼智匯”物聯網在線監測方案工作原理如下：在盾構機的液壓系統和主軸承潤滑系統中增加油液在線監測模塊，對油液的介電常數、水分、黏度、污染度和鐵磁顆粒度等指標進行實時監測。將傳感器采集到的各項數據經網關上傳至云端，云端對數據進行收集、清洗、運算并存儲，最后將結果呈現給客戶端。客戶端可隨時查看油品質量數據，對于傳感器數據異常情況，將會第一時間發送告警信息到客戶端。不同的指標監測由不同功能的傳感器實現，所有傳感器和網關都集成在智能箱體內，通過在潤滑系統中引出一路油路，油路通過智能箱體實現在線監測，如圖2所示。“殼智匯”物聯網在線監測方案使用最新的互聯網技術和標準架構，如圖3所示。采用騰訊云平臺，實現線上、線下數據互聯，具有數據存儲、分析、診斷、智能故障提醒等功能，可在第一時間發現潤滑設備異常問題，第一時間報警提醒，避免設備意外停機的故障。

4現場安裝

4.1液壓油模塊安裝

液壓油模塊可監測7個理化參數，分別是油品黏度、水分、溫度、油品清潔度、飽和度，密度、介電常數參數，并可對油品狀態全面監控。其采用標準化設計，整體結構緊湊，空間需求非常小，現場布置快速方便，只需要將傳感器箱體安裝到油箱上，連接油路、電路、wifi數據傳輸，即完成硬件端安裝。整體安裝時間半天即可。智能監控箱體要求1m以上周圍無管道等干擾，安裝在油箱立面，采用螺栓連接。智能監測箱體如圖4所示。進油口要求選取在壓力管道上，回油口要求選取在低壓管道上，進油口與回油口壓差大于0.3MPa。選擇將循環系統的泵出口管道作為進油口，選取冷卻器出口管道為回油口，如圖5所示。電源要求24VDC，穩定無干擾，從控制柜接入。網絡信號要求Wifi2.4G/4G，滿足100kbps/s，選擇隧道已有網絡ddg2.4GWifi信號。

4.2齒輪油模塊安裝

齒輪油模塊可實現監測金屬磨粒、水份、溫度、黏度等4個理化參數，并可對油品狀態全面監控。智能監控箱體安裝在油箱立面，采用螺栓連接；進油口選擇在循環系統的泵出口管道，回油口選擇在冷卻器出口管道；電源從控制柜接入，網絡信號選擇隧道已有網絡ddg2.4GWifi信號。齒輪油模塊安裝如圖6所示。

4.3數據呈現與驗證

待線下硬件安裝完畢后，啟動在線監測系統，數據就會上傳到殼智匯云平臺系統。完成數據存儲、分析、診斷、預警等功能后，便可在總部盾構中心監控系統、手機端或PC端查看。同時可在后臺設定油品參數超限指標，超限后即會推送至監控大屏以及手機端，方便總部及現場人員的監控和管理油品，全面提高盾構施工管理，避免故障發生。同時降低了運維成本，保證了人員安全。電腦端監控大屏數據呈現如圖7所示。截止至今，設備已連續運行數月，功能正常，數據穩定。期間，我們采用多次取樣、離線分析的方式，以圖6齒輪油驗證數據的準確性。結果顯示，在線監測系統所采集的數據與離線檢測數據基本一致，說明盾構油液在線監測系統運行具有較好的準確性。

5結論

本文主要介紹了通過使用物聯網油液在線監測技術對盾構設備進行技術升級改造，來實時監控油液中水含量、清潔度、溫度、黏度、金屬磨損等關鍵指標的功能，并可連接云服務系統，及時發現油液的各項指標變化，分析污染程度，辨別污染物類型，及時告警通知，避免設備磨損以及出現嚴重的停機事故，保證現場施工的安全。在線監測系統所采集的數據與離線檢測數據基本一致，說明盾構油液在線監測系統運行具有較好的準確性。盾構設備在做完在線監測技術升級改造后，提高了油品潤滑質量，減少油品乳化，油品使用壽命延長了1.5倍，降低了液壓泵閥、濾芯等配件的維護成本，減少了油品離線檢測停機成本及檢測費用，為整個項目節省預計50萬的成本，具有良好的經濟效益，值得推廣應用。

作者：唐亞軍 單位：中鐵十四局集團大盾構工程有限公司