发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种盾构机铰接系统及其控制方法，实现了现有技术中不能实时、准确、直观地检测到盾构机铰接的状态，无法实现对铰接行程精确、实时的控制和保护的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种盾构机铰接系统，包括：用于驱动所述铰接系统的电动马达，由多个铰接油缸组成的铰接千斤顶，安装于所述铰接油缸上的行程传感器，用于控制所述铰接千斤顶的现场PLC，以及为液压系统提供动力的铰接泵；
所述行程传感器实时采集所述铰接油缸的行程数据，并由所述现场PLC接收后发送给所述盾构机的主控PLC进行处理，所述主控PLC将处理得到的铰接行程值和铰接角度值与预设极限值进行比较，并依据比较结果生成相应的指令，由所述现场PLC接收所述指令，并依据所述指令控制所述铰接千斤顶动作，以控制所述铰接油缸继续进行动作或停止动作。
优选的，所述铰接千斤顶由20个铰接油缸组成，20个所述铰接油缸分为8个区，分别为：上、下、左、右、左上、左下、右上和右下区，所述行程传感器设置于左上、左下、右上和右下区的铰接油缸上。
一种用于上述系统的控制方法，包括：
现场PLC将行程传感器实时采集的行程数据发送给所述盾构机的主控PLC；
所述主控PLC对所述行程数据进行处理，获取铰接行程值与铰接角度值，并在所述盾构机的触摸屏上实时显示；
当铰接油缸进行伸动作时，将获取的铰接行程值与铰接角度值与预设极限值的上限值进行比较；当铰接油缸进行缩动作时，将获取的铰接行程值与铰接角度值与预设极限值的下限值进行比较；
当所述铰接行程值与铰接角度值分别达到预设极限值的上限值或下限值时，由主控PLC生成相应的指令并发送给现场PLC；
现场PLC依据接收到的指令，控制铰接油缸继续进行伸或缩动作，或控制铰接油缸停止动作。
优选的，在现场PLC将行程传感器实时采集的行程数据发送给所述盾构机的主控PLC之前，包括：
预设铰接行程极限值的上限值与下限值，以及预设铰接角度极限值的上限值与下限值；
确定铰接方向；
确定铰接油缸的铰接动作，所述铰接动作为铰接油缸伸动作或缩动作。
优选的，在进行控制铰接油缸伸或缩动作时，还包括：
依据预设压力值增加所述铰接油缸的压力，以达到所述盾构机掘进的压力值。
优选的，所述铰接方向有8个方向，一次只确定1个方向的铰接。
优选的，在所述铰接油缸进行铰接动作之前，还包括：
通过预设解除所述铰接油缸与所述盾构机中的刀盘的联锁。
优选的，一个方向上所述铰接油缸中的任意一个铰接油缸的铰接行程或铰接角度到达预设极限值时，所述方向上的所有所述铰接油缸停止动作。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种盾构机铰接系统及其控制方法，当盾构机在隧道线路中的曲线段施工时，行程传感器检测行程数据，并将该行程数据经由现场PLC发送至盾构机的主控PLC，再由主控PLC进行处理，并依据处理获得的铰接行程值与铰接角度值与预设极限值的比较结果生成相应的指令，然后现场PLC接收该指令，控制铰接油缸继续动作或停止动作。通过本发明的铰接系统以及其控制方法能够实现实时、准确、直观的检测盾构机的铰接状态，从而达到对盾构机铰接精确、实时的控制和保护。
此外，本发明还可以通过预先设置解除所述铰接油缸与所述盾构机中的刀盘的联锁，以及在铰接动作完成之后，增加铰接油缸中处于随动状态的油缸的压力，以达到所述盾构机掘进所需的压力值，从而不影响盾构机的掘进工作。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开的一种盾构机铰接系统采用主动铰接的方式，当盾构机在隧道线路中的曲线段施工时，首先，通过触摸屏预设铰接行程极限值的上限值与下限值，以及铰接角度极限值的上限值与下限值，确定铰接方向，再确定铰接油缸的伸或缩；然后，通过安装在铰接油缸上的行程传感器，采集铰接油缸的行程数据，并发送给现场PLC，再由现场PLC将该行程数据发送至盾构机的主控PLC，由主控PLC对采集到的数据进行处理，将处理得到的铰接油缸的铰接行程值和铰接角度值发送至触摸屏显示。
当铰接油缸为伸的动作时，将铰接行程值与预设铰接行程极限值的上限值进行比较，以及将铰接角度值与预设铰接角度极限值的上限值进行比较；当铰接油缸为缩的动作时，将铰接行程值与预设铰接行程极限值的下限值进行比较，以及将铰接角度值与预设铰接角度极限值的下限值进行比较；由主控PLC依据比较的结果向现场PLC发送相应的指令，由现场PLC依据获取到相应指令控制铰接千斤顶动作，使铰接油缸继续进行伸或缩的动作，或使铰接油缸停止动作。
请参阅附图1，为本发明实施例公开的一种盾构机铰接系统框图，具体包括：电动马达101，铰接泵102，铰接千斤顶103、行程传感器(图中未标示)和现场PLC104。其中，铰接千斤顶103由多个铰接油缸105组成，行程传感器设置于铰接油缸105上。
电动马达101，用于驱动所述铰接系统，将电能转化成机械能，再使用机械能产生动能。在铰接系统中，主要用于带动铰接泵102的启动和停止。在本发明中采用的是一个功率为11kW，电极为4P的电动马达101。
铰接泵102，用于将机械能转化成压力能，为现场PLC104的执行机构液压系统提供动力。本发明中铰接泵102采用的是一个流量为15L/min，工作压力为35MPa的液压泵。
铰接千斤顶103由多个铰接油缸105组成，用于依据现场PLC104控制铰接油缸105进行铰接动作，即伸或缩动作。
行程传感器，用于实时采集铰接油缸105的行程数据，并将该行程数据传输给现场PLC。
现场PLC104，用于接收行程传感器检测到的行程数据，再将该行程数据发送至主控PLC，并接收所述盾构机的主控PLC发送的指令，依据接收到的指令控制铰接千斤顶103动作，从而控制铰接油缸105的伸或缩动作，以及控制铰接油缸停止动作。
需要说明的是，如图2所示，在本发明中铰接千斤顶103由20个铰接油缸105组成。20个铰接铰接油缸105分为8个区设置于铰接千斤顶103上，这8个区分别为上、下、左、右、左上、左下、右上和右下区，并且在左上、左下、右上和右下区的铰接油缸105上设置有行程传感器，以便实时对这四个区域中的铰接油缸105的行程进行采集。在盾构机在曲线道路上进行施工的时候，首先通过触摸屏预设铰接行程极限值的上限值与下限值，以及铰接角度极限值的上限值与下限值，再确定铰接方向，以及确定铰接油缸动作，即从这8个区域内确定一个区域内的铰接油缸动作，然后依据设置的行程传感器进行行程数据的采集。如图2中对应于这四个设置有行程传感器的区域的标示分别为：左上区＝A，左下区＝B，右上区＝C，右下区＝D。
请参阅附图3，为本发明公开的铰接系统中电气工作原理图。在行程传感器106实时采集铰接油缸105的行程数据，将采集到行程数据传输给现场PLC，在由现场PLC将采集到的行程数据发送给盾构机的主控PLC107进行处理，主控PLC107针对采集到的行程数据通过行程角度转换公式计算，获取到铰接行程值和铰接角度值，由主控PLC107将该铰接行程值和铰接角度值发送至盾构机的触摸屏108，并在该触摸屏108上显示该铰接行程值和铰接角度值，由于采用实时采集与处理，所以通过触摸屏108，技术人员可以实时观察到铰接的变化情况。
因此，技术人员根据铰接的变化情况判断铰接的行程趋势，并依据铰接行程值和铰接角度值分别与其预设极限值的比较结果，通过触摸屏108调整铰接油缸105的动作，并通过主控PLC107生成相应的指令发送至现场PLC104，使现场PLC104依据接收到的指令控制铰接千斤顶动作，即控制铰接油缸电磁阀得电或失电，达到控制铰接油缸继续进行伸或缩的动作，或控制铰接油缸停止动作的目的。通过本发明的铰接系统能够实现实时、准确、直观的检测盾构机的铰接状态，从而达到对盾构机铰接行程的精确、实时的控制和保护。
需要说明的是，行程传感器106实时采集到的铰接油缸105的行程数据，经由现场PLC104发送至主控PLC107，并通过计算获取铰接行程值与铰接角度值，然后分别于铰接行程极限值与铰接角度极限值进行比较，当获取的铰接行程值达到预设的铰接行程极限值的上限值或下限值，以及铰接角度值达到预设的铰接角度极限值的上限值或下限值时，主控PLC107发送停止指令至现场PLC104，由现场PLC104控制所有铰接油缸105停止动作。因此，通过本发明的铰接系统能够实现实时、准确、直观的检测盾构机的铰接状态，从而达到对盾构机铰接动作精确、实时的控制和保护。
此外，在本发明中由20个铰接油缸105组成铰接千斤顶103，但是本发明针对组成铰接千斤顶103的铰接油缸105的个数，并不仅限于此，铰接千斤顶103也可以由30个铰接油缸105组成。
此外，需要说明的是在本发明中，由现场的技术人员通过触摸屏108对铰接行程极限值和铰接角度极限值进行预设，由于工作环境的不同，所预设的铰接行程极限值和铰接角度极限值也会有所不同。
上述本发明公开了一种设置有行程传感器的盾构机铰接系统，在此基础上本发明还公开了一种基于该盾构机铰接系统的控制方法，请参阅附图4，为该控制方法的流程图，具体步骤为：
步骤S401，预设铰接行程极限值的上限值与下限值，以及预设铰接角度极限值的上限值与下限值。
步骤S402，确定铰接方向。
步骤S403，确定铰接油缸的铰接动作，即确定铰接油缸进行伸动作或缩动作。
步骤S404，通过铰接系统中的行程传感器实时采集铰接油缸的行程数据。
步骤S405，铰接系统中的现场PLC接收采集到的行程数据，并将其发送至盾构机的主控PLC。
步骤S406，由主控PLC对该行程数据进行处理，获取铰接行程值和铰接角度值，并将所述铰接行程值和铰接角度值在所述盾构机的触摸屏上实时显示。
步骤S407，当铰接油缸进行伸动作时，将获取的铰接行程值与预设的铰接行程极限值的上限值进行比较，以及将获取的铰接角度值与预设的铰接角度极限值的上限值进行比较；当铰接油缸进行缩动作时，将获取的铰接行程值与预设的铰接行程极限值的下限值进行比较，以及将获取的铰接角度值与预设的铰接角度极限值的下限值进行比较。
步骤S408，主控PLC依据比较的结果，生成相应的指令并发送给现场PLC。
步骤S409，现场PLC依据接收到的指令，控制铰接油缸继续进行伸或缩动作，或控制铰接油缸停止动作。
需要说明的是，在执行步骤S407至步骤S409时，分为两种情况：
当铰接油缸进行伸动作时，将获取的铰接行程值与预设的铰接行程极限值的上限值进行比较，以及将获取的铰接角度值与预设的铰接角度极限值的上限值进行比较；如果铰接行程值与铰接角度值达到预设极限值的上限值，则执行步骤S408，由主控PLC生成停止指令发送给现场PLC，然后执行步骤S409，由现场PLC依据接收到的停止指令，控制铰接油缸停止动作。若铰接行程值与铰接角度值未达到预设极限值的上限值时，则铰接油缸继续做伸动作。
当铰接油缸进行缩动作时，将获取的铰接行程值与预设的铰接行程极限值的下限值进行比较，以及将获取的铰接角度值与预设的铰接角度极限值的下限值进行比较；如果铰接行程值与铰接角度值达到预设极限值的下限值，则执行步骤S408，由主控PLC生成停止指令发送给现场PLC，然后执行步骤S409，由现场PLC依据接收到的停止指令，控制铰接油缸停止动作。若铰接行程值与铰接角度值未达到预设极限值的上限值时，则铰接油缸继续做缩动作。
需要说明的是，在步骤S408中，技术人员根据铰接的变化情况判断铰接的行程趋势，并依据铰接行程值和铰接角度值分别与其预设极限值的比较结果，通过触摸屏调整铰接油缸的动作，并通过主控PLC生成相应的指令发送至现场PLC。
在本发明公开的实施例中铰接千斤顶由20个铰接油缸组成，20个铰接铰接油缸105分为8个区设置于铰接千斤顶103上，这8个区分别为上、下、左、右、左上、左下、右上和右下区，并且在左上、左下、右上和右下区的铰接油缸105上设置有行程传感器，以便实时对这四个区域中的铰接油缸105的行程进行采集。如图2中所示，对应于这四个设置有行程传感器的区域的标示分别为：左上区＝A，左下区＝B，右上区＝C，右下区＝D。
本发明公开的盾构机铰接系统可以实现铰接油缸的全伸、全缩以及8个区域(即0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°和315°)的0度到最大2度的铰接。下面依图例进行说明，如图5所示，在处于全伸的动作时，8个区域中的铰接油缸组501，铰接油缸组502，铰接油缸组503，铰接油缸组504，铰接油缸组505，铰接油缸组506，铰接油缸507和铰接油缸508全伸状态。
在处于全缩的动作时，8个区域中的铰接油缸组全部为缩的状态。
在处于上铰接缩的动作时，8个区域中的铰接油缸组501和铰接油缸组508处于停止状态，其他区域中的铰接油缸处于缩的状态。
在处于上铰接伸的动作时，8个区域中的铰接油缸组501和铰接油缸组508处于停止状态，铰接油缸组502和铰接油缸组507处于浮的状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于下铰接缩的动作时，8个区域中的铰接油缸组504和铰接油缸组505处于停止状态，其他区域中的铰接油缸处于缩的状态。
在处于下铰接伸的动作时，8个区域中的铰接油缸组504和铰接油缸组505处于停止状态，铰接油缸组503和铰接油缸组506处于浮的状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于左铰接缩的动作时，8个区域中的铰接油缸组506和铰接油缸组507处于停止状态，其他区域中的铰接油缸处于缩的状态。
在处于左铰接伸的动作时，8个区域中的铰接油缸组506和铰接油缸组507处于停止状态，铰接油缸组505和铰接油缸组508处于浮的状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于右铰接缩的动作时，8个区域中的铰接油缸组502和铰接油缸组503处于停止状态，其他区域中的铰接油缸处于缩的状态。
在处于右铰接伸的动作时，8个区域中的铰接油缸组502和铰接油缸组503处于停止状态，铰接油缸组501和铰接油缸组504处于浮的状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于左上铰接缩的动作时，8个区域中的铰接油缸组507和铰接油缸组508处于停止状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于左上铰接伸的动作时，8个区域中的铰接油缸组507和铰接油缸组508处于停止状态，铰接油缸组501和铰接油缸组506处于浮的状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于左下铰接缩的动作时，8个区域中的铰接油缸组505和铰接油缸组506处于停止状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于左下铰接伸的动作时，8个区域中的铰接油缸组505和铰接油缸组506处于停止状态，铰接油缸组504和铰接油缸组507处于浮的状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于右上铰接缩的动作时，8个区域中的铰接油缸组501和铰接油缸组502处于停止状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于右上铰接伸的动作时，8个区域中的铰接油缸组501和铰接油缸组502处于停止状态，铰接油缸组503和铰接油缸组508处于浮的状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于右下铰接缩的动作时，8个区域中的铰接油缸组503和铰接油缸组504处于停止状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
在处于右上铰接伸的动作时，8个区域中的铰接油缸组503和铰接油缸组504处于停止状态，铰接油缸组502和铰接油缸组505处于浮的状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。
由于盾构机的铰接系统每次只能针对一个方向上的铰接油缸进行控制，下面举例进行说明，在进行一个方向上的铰接油缸的铰接动作控制时，各区域中铰接油缸的动作状态。如图6a所示，为铰接方向的选择界面的示意图，图中，601为选择上铰接方向，602为选择右上铰接方向，603为选择右铰接方向，604为选择右下铰接方向，605为选择下铰接方向，606为选择左下铰接方向，607为选择左铰接方向，而608则为选择左上铰接方向。如图6b所示，为铰接伸缩的选择界面示意图，图中609为停止选择操作，610为选择伸操作，而611则为选择缩操作。
在选择铰接方向之后，由于铰接油缸与刀盘之间的联锁关系，在铰接泵进行运转时，刀盘必须已经转动(可以在进行铰接之前通过预先设置解除铰接油缸与盾构机中的刀盘的联锁)，然后技术人员可以通过触摸屏上的铰接伸缩选择界面进行铰接的伸或缩的选择，最后由现场PLC控制相应铰接油缸电磁阀得电或失电，以达到对铰接油缸伸缩铰接动作的控制。
在选择上铰接缩时，铰接主溢流阀(SV-JAUa)得电，1区域中的铰接电磁阀(SV-JAC1)失电，2区域中的铰接电磁阀(SV-JAC2)得电，3区域中的铰接电磁阀(SV-JAC3)得电，4区域中的铰接电磁阀(SV-JAC4)得电，5区域中的铰接电磁阀(SV-JAC5)得电，6区域中的铰接电磁阀(SV-JAC6)得电，7区域中的铰接电磁阀(SV-JAC7)得电，而8区域中的铰接电磁阀(SV-JAC8)则失电。此时对应图5中的各区域中的铰接油缸的状态为：铰接油缸组501和铰接油缸组708处于停止状态，其他区域的铰接油缸则处于缩的状态。
在选择上铰接伸时，铰接主溢流阀(SV-JAUa)得电，1区域中的铰接电磁阀(SV-JAC1)失电，2区域中的随动电磁阀(SV-JA2)得电，3区域中的铰接电磁阀(SV-JAC3)得电，4区域中的铰接电磁阀(SV-JAC4)得电，5区域中的铰接电磁阀(SV-JAC5)得电，6区域中的铰接电磁阀(SV-JAC6)得电，7区域中的随动电磁阀(SV-JA7)得电，而8区域中的铰接电磁阀(SV-JAC8)则失电。此时对应图5中的各区域中的铰接油缸的状态为：铰接油缸组501和铰接油缸组508处于停止状态，铰接油缸组502和铰接油缸组507处于浮的状态，其他区域的铰接油缸则处于伸的状态。此时，在处于伸状态的铰接油缸中的任意一个铰接油缸的铰接行程或铰接角度达到预设极限值时，该方向(区域)上的所有铰接油缸停止上铰动作。
在上述举例说明的基础上，本发明的方法还包括，在完成铰接动作后，技术人员可以依据预设压力值进行操作，增加铰接油缸的压力，以达到盾构机掘进的压力值。其中主要是增加处于随动状态下的铰接油缸的压力。
需要说明的是，在本发明公开的铰接系统进行铰接动作的过程中，在铰接泵过载或电力中断时，铰接油缸也停止工作。
此外，在一个铰接油缸伸长到极限值或收缩到0值时，所有铰接油缸的伸出与收缩也都将停止。
综上所述：
通过本发明公开的铰接系统及其控制方法，利用传感器对铰接油缸的行程数据进行实时的采集，并通过盾构机中的主控PLC对该行程数据进行处理，然后获取铰接行程值和铰接角度值，并在盾构机的触摸屏上实时显示，能够实现实时、准确、直观的检测盾构机的铰接状态，最后由现场PLC依据处理结果完成对铰接油缸的铰接动作的控制，从而达到对盾构机铰接精确、实时的控制和保护。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。