盾构机循环气垫仓保压控制系统、盾构机及控制方法与流程

1.本发明涉及盾构机领域，特别是涉及一种盾构机循环气垫仓保压控制系统及盾构机。此外，本发明还涉及一种应用上述系统的控制方法。


背景技术：

2.盾构施工过程中维持掌子面的稳定性特别重要，如果掌子面出现失稳现象，就会出现塌方或冒泡撑破掌子面等危险。因此，需要设置盾构机循环系统的气垫仓，当前的气垫仓控制仍然处于双作用气动控制技术，当气仓压力高于目标压力时，排气阀开启，对气仓进行泄气，降低气仓压力；当气仓压力低于设定目标压力时，进气阀开启，对气仓进行充气，提高气仓压力。
3.但由于系统只存在单一通径的进、排气阀，所以无法同时兼顾气仓压力与目标压力相差过大时的快速进排气需求，以及气仓压力与目标压力接近时的精确流量控制需求。其控制精度和系统响应能力已不能满足当前超大直径机平衡盾构施工过程对气垫仓精确控制的需求。
4.同时，盾构机每次调试和设定，必须要工作人员到现场调试，不能在主控室对保压系统进行远程操作；没有实时给主控室反馈压力，主控室的工作人员不能及时了解气仓的压力参数，而且也没有报警功能，工作人员不能及时发现控制系统内部的故障。
5.因此，如何提供一种克服上述问题的盾构机循环气垫仓保压控制系统及控制方法是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种盾构机循环气垫仓保压控制系统及盾构机，通过不同通径的电控比例调节阀控制进排气，实现分程调节，提高控制精度。本发明的另一目的是提供一种应用上述系统的控制方法。
7.为解决上述技术问题，本发明提供一种盾构机循环气垫仓保压控制系统，包括主控室、控制器、第一电控比例调节阀、第二电控比例调节阀、第三电控比例调节阀、第四电控比例调节阀和压力检测器，所述第一电控比例调节阀和所述第二电控比例调节阀并联，所述第一电控比例调节阀和所述第二电控比例调节阀的进气口连通气源，所述第一电控比例调节阀和所述第二电控比例调节阀的出气口连通气仓，所述第三电控比例调节阀和所述第四电控比例调节阀并联，所述第三电控比例调节阀和所述第四电控比例调节阀的进气口连通所述气仓，所述第三电控比例调节阀和所述第四电控比例调节阀的出气口连通外界，所述第一电控比例调节阀的通径大于所述第二电控比例调节阀的通径，所述第四电控比例调节阀的通径大于所述第三电控比例调节阀的通径，所述控制器根据所述压力检测器获取的所述气仓内压力变化控制各电控比例调节阀的工作。
8.优选地，所述第三电控比例调节阀和所述第四电控比例调节阀的出气口通过消音器连通外界。
9.优选地，所述控制器包括设定面板、压力调节面板、报警装置和数显压力表。
10.优选地，还包括备用的另一组所述第一电控比例调节阀、所述第二电控比例调节阀、所述第三电控比例调节阀、所述第四电控比例调节阀和所述气源。
11.本发明提供一种盾构机，包括如上述任意一项所述的盾构机循环气垫仓保压控制系统。
12.本发明提供一种盾构机循环气垫仓保压控制方法，包括步骤：
13.定义第一端点值、第二端点值、第三端点值和第四端点值，所述第一端点值小于所述第二端点值，所述第二端点值小于等于所述第三端点值，所述第三端点值小于所述第四端点值；
14.通过压力检测器获取气仓内的实时压力值，对所述实时压力值进行换算后与各端点值比较；
15.若所述实时压力值小于所述第一端点值，则控制第一电控比例调节阀打开；
16.若所述实时压力值大于所述第一端点值，并小于所述第二端点值，则控制第二电控比例调节阀打开；
17.若所述实时压力值大于所述第三端点值，并小于所述第四端点值，则控制第三电控比例调节阀打开；
18.若所述实时压力值大于所述第四端点值，则控制第四电控比例调节阀打开；
19.所述第一电控比例调节阀的通径大于所述第二电控比例调节阀的通径，所述第四电控比例调节阀的通径大于所述第三电控比例调节阀的通径。
20.优选地，各端点值为各电控比例调节阀工作电信号区间端点，所述压力检测器将获取的实时压力值转换为输入电信号输送至控制器，并输入设定压力目标值，根据所述实时压力值与所述设定压力目标值之间的差值结果，所述控制器输出相应的电信号，控制对应工作电信号区间的电控比例调节阀工作。
21.本发明提供一种盾构机循环气垫仓保压控制系统，包括主控室、控制器、第一电控比例调节阀、第二电控比例调节阀、第三电控比例调节阀、第四电控比例调节阀和压力检测器，第一电控比例调节阀和第二电控比例调节阀并联，第一电控比例调节阀和第二电控比例调节阀的进气口连通气源，第一电控比例调节阀和第二电控比例调节阀的出气口连通气仓，第三电控比例调节阀和第四电控比例调节阀并联，第三电控比例调节阀和第四电控比例调节阀的进气口连通气仓，第三电控比例调节阀和第四电控比例调节阀的出气口连通外界，第一电控比例调节阀的通径大于第二电控比例调节阀的通径，第四电控比例调节阀的通径大于第三电控比例调节阀的通径，控制器根据压力检测器获取的气仓内压力变化控制各电控比例调节阀的工作。
22.通过不同通径的电控比例调节阀控制进排气，实现气仓进排气的分程控制，从而在实时压力与目标压力相差过大时，提高系统在大流量情况下的工作效率，达到快速充气增压或快速排气泄压的效果，加快响应时间，在实时压力与目标压力接近时，实现精确流量控制。控制系统响应速度快，数据处理能力强，能够实时采集气仓压力变化数据，并能够在主控室实现远程控制和监测。
23.本发明还提供一种包括上述控制系统的盾构机和应用上述控制系统的控制方法，由于上述控制系统具有上述技术效果，上述盾构机和控制方法也应具有同样的技术效果，
在此不再详细介绍。
附图说明
24.图1为本发明所提供的盾构机循环气垫仓保压控制的一种具体实施方式的系统原理图。
具体实施方式
25.本发明的核心是提供一种盾构机循环气垫仓保压控制系统及盾构机，通过不同通径的电控比例调节阀控制进排气，实现分程调节，提高控制精度。本发明的另一核心是提供一种应用上述系统的控制方法。
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
27.请参考图1，图1为本发明所提供的盾构机循环气垫仓保压控制的一种具体实施方式的系统原理图。
28.本发明具体实施方式提供一种盾构机循环气垫仓保压控制系统，包括主控室5、控制器6、第一电控比例调节阀1、第二电控比例调节阀2、第三电控比例调节阀3、第四电控比例调节阀4和压力检测器7，其中控制器6通信连接主控室5、压力检测器7和各电控比例调节阀。第一电控比例调节阀1和第二电控比例调节阀2并联，第一电控比例调节阀1和第二电控比例调节阀2的进气口连通气源8，第一电控比例调节阀1和第二电控比例调节阀2的出气口连通气仓9，第三电控比例调节阀3和第四电控比例调节阀4并联，第三电控比例调节阀3和第四电控比例调节阀4的进气口连通气仓9，第三电控比例调节阀3和第四电控比例调节阀4的出气口连通外界，第一电控比例调节阀1的通径大于第二电控比例调节阀2的通径，第四电控比例调节阀4的通径大于第三电控比例调节阀3的通径，控制器6根据压力检测器7获取的气仓9内压力变化控制各电控比例调节阀的工作。
29.具体地控制方法为：
30.定义第一端点值、第二端点值、第三端点值和第四端点值，第一端点值小于第二端点值，第二端点值小于等于第三端点值，第三端点值小于第四端点值，其中，当第二端点值小于第三端点值时，第二端点值至第三端点值为目标压力范围，当第二端点值等于第三端点值时，则第二端点值即为目标压力值。
31.通过压力检测器7获取气仓9内的实时压力值，并与各端点值比较。
32.若实时压力值小于第一端点值，表示气仓9内实时压力值与目标压力值差距过大，气仓9内压力过小，需要快速进气补充压力，则控制第一电控比例调节阀1打开，其他电控比例调节阀关闭。由于第一电控比例调节阀1为大通径调节阀，实现大流量流通，气源8内的气体经过第一电控比例调节阀1快速进入气仓9。
33.若实时压力值大于第一端点值并小于第二端点值，表示气仓9内实时压力值与目标压力值差距变小，气仓9内压力趋于目标压力，并小于目标压力，需要精确进气控制压力，则控制第二电控比例调节阀2打开，其他电控比例调节阀关闭。由于第二电控比例调节阀2为小通径调节阀，实现小流量流通，气源8内的气体经过第二电控比例调节阀2精确调节进入气仓9。
34.若实时压力值大于第三端点值并小于第四端点值，表示气仓9内实时压力值与目标压力值差距变小，气仓9内压力趋于目标压力，并大于目标压力，需要精确排气控制压力，则控制第三电控比例调节阀3打开，其他电控比例调节阀关闭。由于第三电控比例调节阀3为小通径调节阀，实现小流量流通，气仓9内的气体经过第三电控比例调节阀3精确调节排出。
35.若实时压力值大于第四端点值，表示气仓9内实时压力值与目标压力值差距过大，气仓9内压力过大，需要快速排气泄压，则控制第四电控比例调节阀4打开，其他电控比例调节阀关闭。由于第四电控比例调节阀4为大通径调节阀，实现大流量流通，气仓9内的气体经过第三电控比例调节阀3快速排出。
36.另外，也可采用另一种控制方式，定义的各端点值为各电控比例调节阀工作电信号区间端点，并通过主控室5输入设定压力目标值，压力检测器7将获取的实时压力值转换为输入电信号输送至控制器6，获取实时压力值与设定压力目标值之间的差值结果，根据差值结果输出不同的电信号，根据各端点值，四个电控比例调节阀具有四个工作电信号区间，判定与输出的电信号匹配的工作电信号区间，即控制对应的电控比例调节阀工作。即通过输入一个设定压力目标值，即可实现四个电控比例调节阀的分别控制，使气仓9内压力稳定在设定压力目标值上。
37.具体地，四个电控比例调节阀的开启分别对应不同的的控制电信号，第一电控比例调节阀1的电信号为a到a1，第二电控比例调节阀2的电信号为a1到b；第三电控比例调节阀3的电信号为b到b1；第四电控比例调节阀4的电信号为b1到c。a电信号小于a1电信号，a1电信号小于b电信号，b电信号小于b1电信号，b1电信号小于c电信号；通过压力检测器7获取气仓9内的实时压力值，与设定面板的设定压力目标值进行比较。当设定压力目标值大于实时压力值时，控制器6产生a到b电信号，打开第一电控比例调节阀1或第二电控比例调节阀2进气，目标设定压力值与实时压力值差值越大，控制器6输出电流信号越小，直至a电信号。当设定面板产生的设定压力目标值小于实时压力值时，控制器6产生b到c电信号，打开第三电控比例调节阀3或第四电控比例调节阀4排气，设定压力值与实时压力值差值越大，控制器6输出电流信号越大，直至c电信号。当设定压力目标值与实时压力值相等时，输出b电信号，四个电控比例调节阀都关闭。
38.通过不同通径的电控比例调节阀控制进排气，实现气仓9进排气的分程控制，从而在实时压力与目标压力相差过大时，提高系统在大流量情况下的工作效率，达到快速充气增压或快速排气泄压的效果，加快响应时间，在实时压力与目标压力接近时，实现精确流量控制。控制系统响应速度快，数据处理能力强，能够实时采集气仓压力变化数据，并能够在主控室5实现远程控制和监测。
39.在本发明具体实施方式提供的盾构机循环气垫仓保压控制系统中，第三电控比例调节阀3和第四电控比例调节阀4的出气口通过消音器连通外界。
40.优选地，控制器6包括设定面板6-1、压力调节面板6-2、报警装置6-3和数显压力表6-4。设定面板6-1可以直接在本地输入设定信号给控制器6，也可以由主控室1发送设定信号给控制器6；压力调节面板6-2可以手动直接控制各电控比例调节阀，通过控制各阀门的通断来调节气仓9的压力；数显压力表6-4可以直接显示压力检测器7输入的气仓9检测压力；当保压控制系统发生故障时，控制器6直接发送报警信号给报警装置6-3和主控室1，报
警装置6-3接收信号立即发出警告。
41.在上述各具体实施方式提供的盾构机循环气垫仓保压控制系统的基础上，还包括备用的另一组第一电控比例调节阀1、第二电控比例调节阀2、第三电控比例调节阀3、第四电控比例调节阀4和气源8。即设置两组第一电控比例调节阀1、第二电控比例调节阀2、第三电控比例调节阀3、第四电控比例调节阀4，两组阀组均与控制器6连接，两组阀组分开控制一用一备，提升系统可靠性。
42.除了上述盾构机循环气垫仓保压控制系统，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述盾构机循环气垫仓保压控制系统的盾构机，该盾构机其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。
43.以上对本发明所提供的盾构机循环气垫仓保压控制系统、盾构机及控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。