摘  要： 根據(jù)盾構機的工作特點，構建通信平臺。同時使用了WinCC軟件包中的WinCC DataMonitor 和WinCC Web Navigator組件配置通信系統(tǒng)來實現(xiàn)遠程通信，實現(xiàn)Internet內(nèi)對掘進中的盾構進行遠程監(jiān)控和診斷，最終打印相關數(shù)據(jù)報表。
關鍵詞： 盾構機；WinCC；DataMonitor；WinCC WebNavigator；遠程監(jiān)控

　隨著國家基礎建設的大力投入，大中型城市的地鐵建設得到了快速發(fā)展，盾構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。由于盾構法施工占道少，在地面下施工大大減少了噪音對周圍生活環(huán)境的影響，因此該施工法在城市地鐵施工中占絕對優(yōu)勢。盾構施工法使用的設備——盾構機是集成機械、液壓和電氣自動化的一臺超大型設備，結構邏輯復雜，出現(xiàn)故障是在所難免的，所以為了降低故障率、減少盾構機在掘進中的停機時間、節(jié)約成本等原因，需要專業(yè)的技術人員實時監(jiān)控盾構工作過程數(shù)據(jù)并進行盾構機日常維護。又由于地層構造的復雜多樣化，盾構司機在不同的地段需要采取不同的掘進策略。如果有專業(yè)人員實時監(jiān)視盾構掘進狀態(tài)，協(xié)助盾構司機對掘進策略進行實時調整，就可以大大減少施工風險，為項目減少大量沒必要的損失。所以遠程監(jiān)控和診斷在盾構施工中的應用成為了必然的趨勢。長沙軌道交通1號線——中鐵十二局標段的兩臺盾構，采用了遠程監(jiān)控技術。在盾構機的控制室內(nèi)采用了WinCC的HMI技術，并裝有WinCC Web Navigator軟件，配置了Web Navigator Servicer。在地面控制室通過網(wǎng)絡可以對這兩臺盾構機運行狀態(tài)進行監(jiān)控。
1  監(jiān)控系統(tǒng)硬件介紹
　我公司的盾構使用西門子S7-400的控制系統(tǒng)，采用WinCC軟件組態(tài)操作界面來實現(xiàn)盾構機實時工作參數(shù)和狀態(tài)的顯示，遠程監(jiān)控采用WinCC軟件的WebDataMonitor和WebNavigator組件，實現(xiàn)客戶機對盾構機工作的相關參數(shù)和數(shù)據(jù)進行查詢和監(jiān)視。
　由于盾構機使用在地下隧道中，并且是一臺移動的設備，在掘進中導向、視頻監(jiān)控和盾構機遠程監(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衰減，而且大大提高了傳輸速度。使用光纖滑環(huán)卷筒實現(xiàn)光纖隨著盾構機自動放纜，其硬件拓撲圖如圖1所示。
2 監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
　監(jiān)控系統(tǒng)的完成需要在服務器上安裝一系列軟件，主要軟件清單如表1所示[1，2]。

　WinCC軟件對盾構機運行狀態(tài)的歸檔和每環(huán)各種油脂等耗材用量的統(tǒng)計，通過使用SQl和WinCC VB Script腳本實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的歸檔和查詢。
　長期歸檔數(shù)據(jù)是盾構的主要工作狀態(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)表征了盾構機工作的健康狀態(tài)和此項目的地質狀態(tài)，對于項目的后續(xù)施工和盾構機保養(yǎng)有重大的意義。長期歸檔是由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。查詢時只需要輸入查詢的時間段就可以得到這一段時間內(nèi)盾構機工作的各種參數(shù)，并可以把這些數(shù)據(jù)導出到EXCEL中。
數(shù)據(jù)長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，項目負責人和土木工程師可以根據(jù)此掘進段的地層和地質，參考每環(huán)的歸檔數(shù)據(jù)，對各種消耗品使用量進行調整，這樣既可以保證工程質量，又可以減少沒必要的浪費。
　在工控機上安裝完以上軟件后，把具有長期歸檔和每環(huán)歸檔的WinCC程序拷貝到工控機上，然后需要對服務器進行以下配置[3，4]：
?。?）使用Windows系統(tǒng)盤安裝IIS服務器；
?。?）通過Web組態(tài)器設置DataMonitor服務器的名稱和IP地址；
?。?）在Windows和WinCC程序中分別新建用戶名，設置密碼，并給予一定的訪問權限；
?。?）把工控機上使用的WinCC程序經(jīng)過Web瀏覽發(fā)布器進行發(fā)布；
　在客戶機的Web瀏覽器中輸入服務器地址，在提示的窗口中輸入服務器上新建用戶的名稱和密碼，就可以進入服務器界面。
　在報表欄中有一個下載區(qū)域，可以把客戶端的DataMonitor Client下載到客戶端進行安裝，安裝后使用dataView程序就可以瀏覽服務器上的WinCC畫面。
通過報表工具可以把服務器上歸檔的數(shù)據(jù)以報表的形式打印成文檔。
3 監(jiān)控系統(tǒng)的功能
　把盾構機運行狀態(tài)、故障狀態(tài)和盾構司機對盾構機的操作實時傳輸?shù)竭h程的客戶端，項目負責人或項目的地質專家可以實時了解到盾構機的掘進狀況和地質變化情況。特別是當一個項目有多臺盾構機時，相關人員可以對項目上使用的所有盾構機進行監(jiān)視和指導，減少了項目的風險。對于盾構機生產(chǎn)廠家，可以定期對盾構機的運行狀態(tài)進行檢查，減少停機時間。當盾構機發(fā)生故障時，如果工地較遠，盾構機維修人員無法及時到位時，可以通過登錄遠程監(jiān)控客戶端來指導現(xiàn)場維護人員對盾構機進行維修，這樣大大減少盾構的維修成本和施工成本。
　根據(jù)客戶端的權限，可以把盾構機各種數(shù)據(jù)以報表的形式打印出來。對于盾構項目中，常常需要盾構機上各種消耗用的總量、每一環(huán)片的消耗量和盾構機刀盤扭矩和速度參數(shù)等數(shù)據(jù)以報表的形式存檔或者上報給領導，可以通過遠程客戶端把各種歸檔的數(shù)據(jù)以報表的形式打印或EXCEl形式導出，減少了手工記錄數(shù)據(jù)的誤差和節(jié)約了人力。對于盾構生產(chǎn)廠可以對盾構的運行數(shù)據(jù)導出后，對其進行分析，可以預診斷盾構機的運行狀況，減少盾構機的故障率和運行成本。
4 監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場應用
　圖6~圖9所示為監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場應用界面。

　遠程監(jiān)控系統(tǒng)在中國鐵建重工集團有限公司的DZ011和DZ010盾構機上已經(jīng)投入了運用，在地面監(jiān)控室對兩臺盾構機進行實時監(jiān)視。并把盾構機的推進壓力和速度、刀盤的速度和扭矩等運行參數(shù)實時傳到地面監(jiān)控室，實現(xiàn)了對隧道施工監(jiān)管和數(shù)據(jù)的保存，在整個工程項目中起到了極其重要的作用。目前，DZ010和DZ011盾構機已經(jīng)順利完成了該標地鐵隧道工程。
參考文獻
[1] 王實.深入淺出西門子WinCC V6[M].北京：北京航空航天大學出版社.
[2] WinCC V6.2 SP2 Web Navigator系統(tǒng)手冊.
[3] WinCC V6.2 SP2 DataMonitor 系統(tǒng)手冊.