盾構(gòu)機(jī)在我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、城市市政建設(shè)中擔(dān)任著至關(guān)重要的角色。針對(duì)盾構(gòu)機(jī)在使用過(guò)程中各種數(shù)據(jù)管理效率低、故障查找困難、故障修復(fù)不及時(shí)、故障數(shù)據(jù)利用率低等問(wèn)題造成盾構(gòu)機(jī)故障惡化、工程長(zhǎng)時(shí)間停工等現(xiàn)象,本文開發(fā)了一套基于虛擬儀器的盾構(gòu)機(jī)故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng)。本文首先確定盾構(gòu)機(jī)的監(jiān)測(cè)對(duì)象,同時(shí)分析這些監(jiān)測(cè)對(duì)象可能發(fā)生的故障原因以及對(duì)應(yīng)的故障診斷方法或趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法。然后對(duì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì),通過(guò)LabVIEW搭建了基于NI OPC的盾構(gòu)機(jī)基本狀態(tài)數(shù)據(jù)采集平臺(tái)和基于NI DAQ的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集平臺(tái),且實(shí)現(xiàn)了這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)。對(duì)通過(guò)NI OPC采集到下位機(jī)PLC中的基本狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警,且對(duì)這部分基本狀態(tài)數(shù)據(jù)建立了模糊診斷的智能故障識(shí)別方法,并通過(guò)模糊矩陣的自動(dòng)更新提高了模糊診斷的正確率。重點(diǎn)建立了盾構(gòu)主電機(jī)模糊診斷方案以及盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)模糊診斷方案。并對(duì)采集的基本狀態(tài)數(shù)據(jù)建立ARIMA模型完成健康趨勢(shì)預(yù)測(cè),通過(guò)對(duì)南京長(zhǎng)江隧道在1-172環(huán)施工過(guò)程中某些狀態(tài)數(shù)據(jù)建立ARIMA模型并驗(yàn)證其模型的有效性。對(duì)通過(guò)NI DAQ采集的振動(dòng)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)烈度的標(biāo)準(zhǔn)管理以及振動(dòng)等級(jí)測(cè)定。并對(duì)這部分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)LabVIEW軟件建立小波-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷方案完成智能故障識(shí)別。將采集到的具有故障信息的振動(dòng)信號(hào)導(dǎo)入系統(tǒng)中,使用三層小波包對(duì)該振動(dòng)信號(hào)分解得到八個(gè)頻段內(nèi)的信號(hào)并求其信號(hào)能量,將求得的能量組成一個(gè)特征向量。求多個(gè)不同故障的特征向量并將其輸入一種改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練,最終利用該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果對(duì)采集的故障信號(hào)作出故障識(shí)別。最后完善了該故障預(yù)測(cè)與健康管理系統(tǒng),包括在線監(jiān)測(cè)模塊、故障診斷模塊、故障預(yù)測(cè)模塊、各種信息管理模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出模塊、成員管理等模塊。該管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障分析、設(shè)備健康趨勢(shì)預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能,使盾構(gòu)機(jī)從被動(dòng)維修變?yōu)橹鲃?dòng)維護(hù),提高盾構(gòu)機(jī)數(shù)據(jù)的利用率、降低重大故障發(fā)生的概率、降低了施工成本,保障了施工安全。
【學(xué)位單位】：石家莊鐵道大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U455.39
【部分圖文】：

與泥水混合攪拌后形成高密度泥漿，經(jīng)泥漿泵送至地面，泥漿在地面經(jīng)過(guò)分離，再次進(jìn)入盾構(gòu)的密封艙，不斷地循環(huán)排渣。泥膜形成：當(dāng)泥水壓力大于地下水壓力時(shí)，泥水滲入土壤，在土壤間隙形成一定比例的懸浮顆粒，被捕獲并集聚于開挖面，泥膜就此形成。隨著時(shí)間的推移，泥膜的厚度不斷增加，滲透抵抗力逐漸增強(qiáng)。當(dāng)泥膜抵抗力遠(yuǎn)大于正面土壓時(shí)，產(chǎn)生泥水平衡效果。

這會(huì)給用戶及軟件開發(fā)人員產(chǎn)生了巨大的工作負(fù)擔(dān)。因此為了滿足實(shí)際的工作需要，OPC 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生，該標(biāo)準(zhǔn)是一種具有高效、可靠、可互操作的即插即用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。且 OPC 標(biāo)準(zhǔn)是以微軟公司 OLE 技術(shù)為基礎(chǔ)，OLE 標(biāo)準(zhǔn)允許多臺(tái)微機(jī)之間交換文檔、圖形等對(duì)象。目前，NI 公司為了方便 LabVIEW 與其他 PLC 型號(hào)能夠較為方便的進(jìn)行訪問(wèn)，NI 公司推出了 NI OPC 服務(wù)器。NI OPC 服務(wù)器與 NI LabVIEW 組合而成的單一平臺(tái)可對(duì)工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行高性能的測(cè)量和控制。并且上位機(jī)可以使用串口或以太網(wǎng)通過(guò) OPC Server 對(duì) PLC 進(jìn)行訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線采集。2.5.3 使用 NI OPC Server 訪問(wèn) PLC為了能夠訪問(wèn)下位機(jī)中 PLC[21]的數(shù)據(jù)，需要對(duì) PLC 端以及 NI 服務(wù)器兩部分進(jìn)行配置。首先在 PLC 端需要將通訊模塊添加到硬件中，完成通訊硬件模塊的添加后，打開 NI OPC Server 服務(wù)器，其余的配置過(guò)程在該服務(wù)器中完成，包括連接方式選擇、所需連接的 PLC 型號(hào)選擇、綁定 PLC 地址，最后建立 OPC客戶端完成數(shù)據(jù)的綁定，如圖 2-2 所示。

圖 2-3 讀取 PLC 綁定變量數(shù)據(jù)后面板程序2.6 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.6.1 數(shù)據(jù)庫(kù)分類與建立在本次設(shè)計(jì)的健康管理系統(tǒng)中，需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)管理，包括數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)分析部分、故障診斷部分、故障預(yù)測(cè)部分、成員信息部分。這些信息非常的多并且對(duì)數(shù)據(jù)的管理方式也不一樣。比如對(duì)于采集的數(shù)據(jù)需要重復(fù)使用并且數(shù)據(jù)量大需要連續(xù)存儲(chǔ)，或者每次完成故障診斷和故障預(yù)測(cè)時(shí)信息需要能夠隨時(shí)查詢，對(duì)于成員信息則不能夠查詢需要保密�；谝陨锨闆r，本系統(tǒng)總共設(shè)立 5 個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，分別為用戶數(shù)據(jù)庫(kù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)、外加傳感器數(shù)據(jù)庫(kù)、診斷信息數(shù)據(jù)庫(kù)、其他信息數(shù)據(jù)庫(kù)。(1)用戶數(shù)據(jù)庫(kù)在本數(shù)據(jù)庫(kù)包含兩個(gè)表，分別為登陸信息表以及注冊(cè)信息表。登陸信息表
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本文編號(hào)：2840136