摘  要： 根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的工作特點(diǎn)，構(gòu)建通信平臺(tái)。同時(shí)使用了WinCC軟件包中的WinCC DataMonitor 和WinCC Web Navigator組件配置通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，實(shí)現(xiàn)Internet內(nèi)對(duì)掘進(jìn)中的盾構(gòu)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷，最終打印相關(guān)數(shù)據(jù)報(bào)表。
關(guān)鍵詞： 盾構(gòu)機(jī)；WinCC；DataMonitor；WinCC WebNavigator；遠(yuǎn)程監(jiān)控

　隨著國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的大力投入，大中型城市的地鐵建設(shè)得到了快速發(fā)展，盾構(gòu)施工法作為一種快速高效的隧道施工法得到了廣泛推廣，特別是在城市地鐵隧道。由于盾構(gòu)法施工占道少，在地面下施工大大減少了噪音對(duì)周圍生活環(huán)境的影響，因此該施工法在城市地鐵施工中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。盾構(gòu)施工法使用的設(shè)備——盾構(gòu)機(jī)是集成機(jī)械、液壓和電氣自動(dòng)化的一臺(tái)超大型設(shè)備，結(jié)構(gòu)邏輯復(fù)雜，出現(xiàn)故障是在所難免的，所以為了降低故障率、減少盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)中的停機(jī)時(shí)間、節(jié)約成本等原因，需要專業(yè)的技術(shù)人員實(shí)時(shí)監(jiān)控盾構(gòu)工作過程數(shù)據(jù)并進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)日常維護(hù)。又由于地層構(gòu)造的復(fù)雜多樣化，盾構(gòu)司機(jī)在不同的地段需要采取不同的掘進(jìn)策略。如果有專業(yè)人員實(shí)時(shí)監(jiān)視盾構(gòu)掘進(jìn)狀態(tài)，協(xié)助盾構(gòu)司機(jī)對(duì)掘進(jìn)策略進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，就可以大大減少施工風(fēng)險(xiǎn)，為項(xiàng)目減少大量沒必要的損失。所以遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷在盾構(gòu)施工中的應(yīng)用成為了必然的趨勢(shì)。長(zhǎng)沙軌道交通1號(hào)線——中鐵十二局標(biāo)段的兩臺(tái)盾構(gòu)，采用了遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)。在盾構(gòu)機(jī)的控制室內(nèi)采用了WinCC的HMI技術(shù)，并裝有WinCC Web Navigator軟件，配置了Web Navigator Servicer。在地面控制室通過網(wǎng)絡(luò)可以對(duì)這兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
1  監(jiān)控系統(tǒng)硬件介紹
　我公司的盾構(gòu)使用西門子S7-400的控制系統(tǒng)，采用WinCC軟件組態(tài)操作界面來(lái)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)實(shí)時(shí)工作參數(shù)和狀態(tài)的顯示，遠(yuǎn)程監(jiān)控采用WinCC軟件的WebDataMonitor和WebNavigator組件，實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)對(duì)盾構(gòu)機(jī)工作的相關(guān)參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和監(jiān)視。
　由于盾構(gòu)機(jī)使用在地下隧道中，并且是一臺(tái)移動(dòng)的設(shè)備，在掘進(jìn)中導(dǎo)向、視頻監(jiān)控和盾構(gòu)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控等數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控室，又由于隧道長(zhǎng)度都在1 km以上，所以采用光纖方案，這樣不僅可以減少信號(hào)衰減，而且大大提高了傳輸速度。使用光纖滑環(huán)卷筒實(shí)現(xiàn)光纖隨著盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)放纜，其硬件拓?fù)鋱D如圖1所示。
2 監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
　監(jiān)控系統(tǒng)的完成需要在服務(wù)器上安裝一系列軟件，主要軟件清單如表1所示[1，2]。

　WinCC軟件對(duì)盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的歸檔和每環(huán)各種油脂等耗材用量的統(tǒng)計(jì)，通過使用SQl和WinCC VB Script腳本實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的歸檔和查詢。
　長(zhǎng)期歸檔數(shù)據(jù)是盾構(gòu)的主要工作狀態(tài)參數(shù)，如：刀盤扭矩、刀盤速度和液壓郵箱溫度等參數(shù)，這些參數(shù)表征了盾構(gòu)機(jī)工作的健康狀態(tài)和此項(xiàng)目的地質(zhì)狀態(tài)，對(duì)于項(xiàng)目的后續(xù)施工和盾構(gòu)機(jī)保養(yǎng)有重大的意義。長(zhǎng)期歸檔是由WinCC的VB Script腳本每分鐘觸發(fā)一次數(shù)據(jù)歸檔腳本，把數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)。查詢時(shí)只需要輸入查詢的時(shí)間段就可以得到這一段時(shí)間內(nèi)盾構(gòu)機(jī)工作的各種參數(shù)，并可以把這些數(shù)據(jù)導(dǎo)出到EXCEL中。
數(shù)據(jù)長(zhǎng)期歸檔和查詢流程如圖2和圖3所示，每環(huán)歸檔和查詢流程如圖4和圖5所示。

　每環(huán)歸檔數(shù)據(jù)主要是每環(huán)片油脂、泡沫和注漿用量等，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和土木工程師可以根據(jù)此掘進(jìn)段的地層和地質(zhì)，參考每環(huán)的歸檔數(shù)據(jù)，對(duì)各種消耗品使用量進(jìn)行調(diào)整，這樣既可以保證工程質(zhì)量，又可以減少?zèng)]必要的浪費(fèi)。
　在工控機(jī)上安裝完以上軟件后，把具有長(zhǎng)期歸檔和每環(huán)歸檔的WinCC程序拷貝到工控機(jī)上，然后需要對(duì)服務(wù)器進(jìn)行以下配置[3，4]：
?。?）使用Windows系統(tǒng)盤安裝IIS服務(wù)器；
?。?）通過Web組態(tài)器設(shè)置DataMonitor服務(wù)器的名稱和IP地址；
　（3）在Windows和WinCC程序中分別新建用戶名，設(shè)置密碼，并給予一定的訪問權(quán)限；
?。?）把工控機(jī)上使用的WinCC程序經(jīng)過Web瀏覽發(fā)布器進(jìn)行發(fā)布；
　在客戶機(jī)的Web瀏覽器中輸入服務(wù)器地址，在提示的窗口中輸入服務(wù)器上新建用戶的名稱和密碼，就可以進(jìn)入服務(wù)器界面。
　在報(bào)表欄中有一個(gè)下載區(qū)域，可以把客戶端的DataMonitor Client下載到客戶端進(jìn)行安裝，安裝后使用dataView程序就可以瀏覽服務(wù)器上的WinCC畫面。
通過報(bào)表工具可以把服務(wù)器上歸檔的數(shù)據(jù)以報(bào)表的形式打印成文檔。
3 監(jiān)控系統(tǒng)的功能
　把盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)和盾構(gòu)司機(jī)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的操作實(shí)時(shí)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的客戶端，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人或項(xiàng)目的地質(zhì)專家可以實(shí)時(shí)了解到盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)狀況和地質(zhì)變化情況。特別是當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目有多臺(tái)盾構(gòu)機(jī)時(shí)，相關(guān)人員可以對(duì)項(xiàng)目上使用的所有盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視和指導(dǎo)，減少了項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于盾構(gòu)機(jī)生產(chǎn)廠家，可以定期對(duì)盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查，減少停機(jī)時(shí)間。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，如果工地較遠(yuǎn)，盾構(gòu)機(jī)維修人員無(wú)法及時(shí)到位時(shí)，可以通過登錄遠(yuǎn)程監(jiān)控客戶端來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行維修，這樣大大減少盾構(gòu)的維修成本和施工成本。
　根據(jù)客戶端的權(quán)限，可以把盾構(gòu)機(jī)各種數(shù)據(jù)以報(bào)表的形式打印出來(lái)。對(duì)于盾構(gòu)項(xiàng)目中，常常需要盾構(gòu)機(jī)上各種消耗用的總量、每一環(huán)片的消耗量和盾構(gòu)機(jī)刀盤扭矩和速度參數(shù)等數(shù)據(jù)以報(bào)表的形式存檔或者上報(bào)給領(lǐng)導(dǎo)，可以通過遠(yuǎn)程客戶端把各種歸檔的數(shù)據(jù)以報(bào)表的形式打印或EXCEl形式導(dǎo)出，減少了手工記錄數(shù)據(jù)的誤差和節(jié)約了人力。對(duì)于盾構(gòu)生產(chǎn)廠可以對(duì)盾構(gòu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出后，對(duì)其進(jìn)行分析，可以預(yù)診斷盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行狀況，減少盾構(gòu)機(jī)的故障率和運(yùn)行成本。
4 監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
　圖6~圖9所示為監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用界面。

　遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在中國(guó)鐵建重工集團(tuán)有限公司的DZ011和DZ010盾構(gòu)機(jī)上已經(jīng)投入了運(yùn)用，在地面監(jiān)控室對(duì)兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。并把盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)壓力和速度、刀盤的速度和扭矩等運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)傳到地面監(jiān)控室，實(shí)現(xiàn)了對(duì)隧道施工監(jiān)管和數(shù)據(jù)的保存，在整個(gè)工程項(xiàng)目中起到了極其重要的作用。目前，DZ010和DZ011盾構(gòu)機(jī)已經(jīng)順利完成了該標(biāo)地鐵隧道工程。
參考文獻(xiàn)
[1] 王實(shí).深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社.
[2] WinCC V6.2 SP2 Web Navigator系統(tǒng)手冊(cè).
[3] WinCC V6.2 SP2 DataMonitor 系統(tǒng)手冊(cè).