一、引言

在現(xiàn)代工程建設(shè)領(lǐng)域，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)作為一種關(guān)鍵技術(shù)，正發(fā)揮著愈發(fā)重要的作用。無(wú)論是大型地下箱涵模具的頂進(jìn)施工，還是橋梁、建筑物的頂升與糾偏作業(yè)，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)都憑借其卓越的性能，為工程項(xiàng)目的順利實(shí)施提供了堅(jiān)實(shí)保障。

以大型地下箱涵施工為例，傳統(tǒng)的千斤頂集群頂進(jìn)技術(shù)在面對(duì)大噸位、大跨度、大截面積的箱涵時(shí)，往往顯得力不從心，難以滿足現(xiàn)代工程施工對(duì)高精度、高效率和高安全性的嚴(yán)格要求。而同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，徹底改變了這一局面。它采用液壓缸集群、計(jì)算機(jī)控制和同步累積頂進(jìn)的技術(shù)特點(diǎn)，極大地提高了施工的自動(dòng)化程度，有效縮短了施工周期，顯著增強(qiáng)了工程的安全可靠性，成為了以高新技術(shù)改造傳統(tǒng)施工技術(shù)的重大突破。

在廣州路下穿京九鐵路隧道工程中，施工團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用了 “智能頂進(jìn)同步控制系統(tǒng)”。面對(duì)黏沙地層和營(yíng)業(yè)線安全的雙重壓力，該系統(tǒng)通過(guò) 12 臺(tái) 400 噸油頂和激光位移傳感器，實(shí)現(xiàn)了毫米級(jí)精度控制，最終軸線偏差不超過(guò)一張 A4 紙的厚度，遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此，通過(guò)優(yōu)化工藝和強(qiáng)化管理，項(xiàng)目比原計(jì)劃提前 45 天完成頂進(jìn)任務(wù)，為后續(xù)施工爭(zhēng)取了寶貴時(shí)間 ，有力推動(dòng)了該重點(diǎn)民生工程的順利進(jìn)行。

由此可見(jiàn)，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工程建設(shè)中具有舉足輕重的地位。為了更深入地了解其工作原理和運(yùn)行機(jī)制，有必要對(duì)其體系結(jié)構(gòu)展開(kāi)全面而深入的探討。

二、三級(jí)分層集中控制方式總覽

同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)采用的 3 級(jí)分層集中控制方式，猶如一套精密的指揮體系，為整個(gè)系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。這種控制方式將系統(tǒng)劃分為遠(yuǎn)程控制監(jiān)視層、中轉(zhuǎn)層和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)層三個(gè)層次，每個(gè)層次各司其職，又緊密協(xié)作，共同完成同步頂進(jìn)的控制任務(wù)。

遠(yuǎn)程控制監(jiān)視層作為整個(gè)系統(tǒng)的 “大腦”，承擔(dān)著任務(wù)管理和調(diào)度的核心職責(zé)。主控制器和主控計(jì)算機(jī)在這里發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們?nèi)缤?jīng)驗(yàn)豐富的指揮官，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行全面把控。操作人員可以通過(guò)主控制器和主控計(jì)算機(jī)，便捷地進(jìn)行箱涵模具頂進(jìn)的各項(xiàng)控制操作，無(wú)論是啟動(dòng)、停止，還是速度調(diào)節(jié)、姿態(tài)調(diào)整，都能精準(zhǔn)下達(dá)指令。同時(shí)，主控制器和主控計(jì)算機(jī)還與監(jiān)視計(jì)算機(jī)相連，就像為指揮官配備了一雙敏銳的 “眼睛”，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控箱涵模具頂進(jìn)的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)交互的人機(jī)界面，系統(tǒng)將箱涵模具當(dāng)前的頂進(jìn)狀態(tài)和控制參數(shù)清晰地展示出來(lái)，如頂進(jìn)速度、位移量、油壓等關(guān)鍵信息一目了然，方便操作人員隨時(shí)掌握情況，做出決策 。

中轉(zhuǎn)層則扮演著 “橋梁” 和 “中繼站” 的重要角色，在遠(yuǎn)程控制監(jiān)視層和現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)層之間架起了溝通的橋梁。每臺(tái)中轉(zhuǎn)控制器分別與 5 臺(tái)液壓泵站控制器相連接，同時(shí)與 2 只容柵位移傳感器相連，形成了一個(gè)高效的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。它一方面接收從液壓泵站控制器傳送的液壓缸狀態(tài)信號(hào)、油壓信號(hào)以及容柵傳感器檢測(cè)的箱涵模具測(cè)量點(diǎn)位移等數(shù)據(jù)，就像一位信息收集員，將來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的各種信息匯聚起來(lái)；另一方面，中轉(zhuǎn)控制器又與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，及時(shí)向主控制器發(fā)送液壓缸狀態(tài)、油壓、箱涵模具測(cè)量點(diǎn)位移等信號(hào)，同時(shí)接收主控制器下達(dá)的控制步序號(hào)、位移差值、比例－積分－微分（PID）初值及增益、變頻電機(jī) PWM 調(diào)節(jié)值等控制信號(hào)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析處理后，中轉(zhuǎn)控制器再將這些控制信號(hào)準(zhǔn)確地輸出給對(duì)應(yīng)的液壓泵站控制器，實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)的高效傳遞和協(xié)調(diào)，極大地提高了控制效率和可靠性 。

現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)層是整個(gè)控制系統(tǒng)的 “執(zhí)行者”，包括液壓泵站控制器、液壓泵站、頂進(jìn)液壓缸和油壓傳感器等設(shè)備。這些設(shè)備如同戰(zhàn)場(chǎng)上的士兵，嚴(yán)格按照上級(jí)指令執(zhí)行任務(wù)。液壓泵站控制器負(fù)責(zé)控制液壓泵站的運(yùn)行，它可以與對(duì)應(yīng)的中轉(zhuǎn)控制器實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)液壓泵站相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和上傳，同時(shí)根據(jù)接收到的控制信號(hào)對(duì)液壓泵站進(jìn)行自動(dòng)控制，也可以在必要時(shí)進(jìn)行手動(dòng)控制，如啟動(dòng)液壓泵、控制頂進(jìn)液壓缸的伸縮和流量調(diào)節(jié)等。液壓泵站為頂進(jìn)液壓缸提供動(dòng)力，頂進(jìn)液壓缸則直接作用于箱涵模具，推動(dòng)其前進(jìn)。油壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油壓信號(hào)，并將其反饋給液壓泵站控制器和中轉(zhuǎn)控制器，為系統(tǒng)的控制提供重要依據(jù) 。

這種 3 級(jí)分層集中控制方式，通過(guò)各層次之間的緊密配合和高效協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化控制。它不僅提高了施工的精度和效率，還增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為大型地下箱涵等工程的順利施工提供了有力保障。

三、遠(yuǎn)程控制監(jiān)視層：掌控全局的大腦

（一）組成與功能

遠(yuǎn)程控制監(jiān)視層作為同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)的核心中樞，猶如人類大腦對(duì)身體各項(xiàng)機(jī)能的掌控，其組成與功能至關(guān)重要。這一層主要由 1 臺(tái)主控制器和主控計(jì)算機(jī)構(gòu)成 ，它們共同承擔(dān)起整個(gè)系統(tǒng)的任務(wù)管理和調(diào)度重任，是整個(gè)系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

主控制器就像是一位經(jīng)驗(yàn)豐富、決策果斷的指揮官，具備強(qiáng)大的邏輯運(yùn)算和控制能力。它時(shí)刻關(guān)注著系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)來(lái)自各個(gè)方面的信息進(jìn)行快速分析和處理，并根據(jù)預(yù)設(shè)的程序和算法，精準(zhǔn)地發(fā)出各種控制指令。這些指令如同指揮官下達(dá)的作戰(zhàn)命令，指導(dǎo)著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，確保每個(gè)任務(wù)都能有條不紊地進(jìn)行 。

主控計(jì)算機(jī)則是整個(gè)系統(tǒng)的信息處理中心，它擁有高性能的處理器和大容量的內(nèi)存，能夠快速處理海量的數(shù)據(jù)。主控計(jì)算機(jī)與主控制器緊密協(xié)作，一方面接收主控制器傳來(lái)的各種數(shù)據(jù)和指令，進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理；另一方面，它還負(fù)責(zé)與操作人員進(jìn)行交互，為操作人員提供一個(gè)便捷、直觀的操作界面。操作人員可以通過(guò)主控計(jì)算機(jī)，輕松地對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和控制，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的操作任務(wù) 。

在箱涵模具頂進(jìn)的過(guò)程中，主控制器和主控計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)頂進(jìn)的速度、方向、力度等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行精確控制。它們根據(jù)預(yù)先設(shè)定的頂進(jìn)方案，實(shí)時(shí)調(diào)整頂進(jìn)參數(shù)，確保箱涵模具按照預(yù)定的軌跡和速度順利頂進(jìn)。當(dāng)遇到突發(fā)情況時(shí)，如土壤阻力突然增大、箱涵模具出現(xiàn)偏移等，主控制器和主控計(jì)算機(jī)能夠迅速做出反應(yīng)，及時(shí)調(diào)整控制策略，采取相應(yīng)的措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，保證頂進(jìn)過(guò)程的安全和穩(wěn)定 。

（二）人機(jī)交互與數(shù)據(jù)處理

主控制器和主控計(jì)算機(jī)與監(jiān)視計(jì)算機(jī)的連接，構(gòu)建起了一個(gè)高效的人機(jī)交互與數(shù)據(jù)處理平臺(tái)。通過(guò)以太網(wǎng)等通信方式，它們之間實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速傳輸和共享，為操作人員提供了全方位的監(jiān)控和管理手段 。

監(jiān)視計(jì)算機(jī)就像是一雙敏銳的眼睛，實(shí)時(shí)關(guān)注著箱涵模具頂進(jìn)的運(yùn)行狀態(tài)。它通過(guò)與主控制器和主控計(jì)算機(jī)的連接，獲取到箱涵模具當(dāng)前的頂進(jìn)狀態(tài)和控制參數(shù)等關(guān)鍵信息，并將這些信息以直觀、清晰的方式展示在操作人員面前。監(jiān)視計(jì)算機(jī)通常配備有高分辨率的顯示屏和人性化的操作界面，操作人員可以通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等輸入設(shè)備，輕松地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行操作和控制 。

在人機(jī)界面上，各種數(shù)據(jù)和信息以圖表、曲線、數(shù)字等形式呈現(xiàn)，一目了然。操作人員可以實(shí)時(shí)查看箱涵模具的頂進(jìn)速度、位移量、油壓等參數(shù)的變化情況，還可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和分析，了解頂進(jìn)過(guò)程的全貌。通過(guò)人機(jī)界面，操作人員還可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各種設(shè)置和調(diào)整，如修改頂進(jìn)參數(shù)、啟動(dòng)或停止某個(gè)設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的靈活控制 。

系統(tǒng)還具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)功能。主控制器和主控計(jì)算機(jī)將箱涵模具頂進(jìn)過(guò)程中的所有數(shù)據(jù)都進(jìn)行了詳細(xì)記錄，并存儲(chǔ)在大容量的硬盤(pán)或其他存儲(chǔ)設(shè)備中。這些數(shù)據(jù)不僅為后續(xù)的工程分析和總結(jié)提供了重要依據(jù)，還可以用于故障診斷和追溯，幫助技術(shù)人員快速定位和解決問(wèn)題 。

在某大型地下箱涵頂進(jìn)工程中，通過(guò)遠(yuǎn)程控制監(jiān)視層的人機(jī)交互界面，操作人員能夠?qū)崟r(shí)掌握箱涵模具的頂進(jìn)情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)頂進(jìn)速度出現(xiàn)異常波動(dòng)時(shí)，操作人員立即通過(guò)人機(jī)界面查看相關(guān)數(shù)據(jù)，并與預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析。根據(jù)分析結(jié)果，操作人員迅速在人機(jī)界面上調(diào)整了頂進(jìn)參數(shù)，下達(dá)了新的控制指令。主控制器和主控計(jì)算機(jī)接收到指令后，及時(shí)對(duì)液壓泵站和頂進(jìn)液壓缸進(jìn)行控制，使箱涵模具的頂進(jìn)速度恢復(fù)正常，確保了工程的順利進(jìn)行 。

四、中轉(zhuǎn)層：承上啟下的關(guān)鍵樞紐

（一）硬件構(gòu)成

中轉(zhuǎn)層在同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)中占據(jù)著承上啟下的關(guān)鍵位置，其硬件構(gòu)成是實(shí)現(xiàn)高效數(shù)據(jù)傳輸與控制信號(hào)協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)。這一層主要由 2 臺(tái)中轉(zhuǎn)控制器組成，它們就像兩個(gè)繁忙的交通樞紐，將來(lái)自不同方向的信息進(jìn)行匯聚、整理和轉(zhuǎn)發(fā) 。

每臺(tái)中轉(zhuǎn)控制器分別與 5 臺(tái)液壓泵站控制器相連接，這種連接方式構(gòu)建了一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道。液壓泵站控制器負(fù)責(zé)控制液壓泵站的運(yùn)行，它們實(shí)時(shí)采集液壓泵站的各種數(shù)據(jù)，如液壓缸的工作狀態(tài)、油壓等信息。中轉(zhuǎn)控制器通過(guò)與液壓泵站控制器的連接，能夠及時(shí)獲取這些數(shù)據(jù)，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理提供了豐富的信息來(lái)源 。

中轉(zhuǎn)控制器還分別與 2 只容柵位移傳感器相連。容柵位移傳感器作為一種高精度的測(cè)量設(shè)備，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)箱涵模具的位移信號(hào)。中轉(zhuǎn)控制器通過(guò)與容柵位移傳感器的連接，獲取箱涵模具測(cè)量點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對(duì)于精確控制箱涵模具的頂進(jìn)位置和姿態(tài)至關(guān)重要 。

在某大型地下箱涵頂進(jìn)工程中，中轉(zhuǎn)層的硬件設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，為整個(gè)同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)的正常工作提供了有力支持。2 臺(tái)中轉(zhuǎn)控制器準(zhǔn)確地接收來(lái)自 10 臺(tái)液壓泵站控制器和 4 只容柵位移傳感器的數(shù)據(jù)，確保了數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和處理，使得工程能夠順利進(jìn)行 。

（二）數(shù)據(jù)通信與協(xié)調(diào)作用

中轉(zhuǎn)控制器在同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)中，猶如一位經(jīng)驗(yàn)豐富的協(xié)調(diào)員，在數(shù)據(jù)通信與協(xié)調(diào)方面發(fā)揮著不可或缺的關(guān)鍵作用 。

中轉(zhuǎn)控制器承擔(dān)著數(shù)據(jù)接收的重任。它接收從液壓泵站控制器傳送的液壓缸狀態(tài)信號(hào)、油壓信號(hào)以及容柵傳感器檢測(cè)的箱涵模具測(cè)量點(diǎn)位移等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)反映了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，是系統(tǒng)進(jìn)行精確控制的重要依據(jù)。中轉(zhuǎn)控制器就像一個(gè)信息收集站，將這些來(lái)自不同設(shè)備的數(shù)據(jù)匯聚起來(lái)，為后續(xù)的分析和處理做好準(zhǔn)備 。

中轉(zhuǎn)控制器與主控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，將接收到的數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送給主控制器。這些數(shù)據(jù)包括液壓缸狀態(tài)、油壓、箱涵模具測(cè)量點(diǎn)位移、當(dāng)前步序號(hào)反饋、脈寬調(diào)制（PWM）值以及報(bào)警等信號(hào)。主控制器根據(jù)這些數(shù)據(jù)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估和決策，下達(dá)相應(yīng)的控制指令 。

中轉(zhuǎn)控制器還從主控制器接收控制步序號(hào)、位移差值、比例－積分－微分（PID）初值及增益、變頻電機(jī) PWM 調(diào)節(jié)值等控制信號(hào)。在接收到這些控制信號(hào)后，中轉(zhuǎn)控制器通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的深入分析處理，將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的液壓泵站控制器能夠識(shí)別的控制信號(hào)，并準(zhǔn)確地輸出給液壓泵站控制器。通過(guò)這樣的過(guò)程，中轉(zhuǎn)控制器實(shí)現(xiàn)了控制信號(hào)的高效傳遞和協(xié)調(diào)，確保了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能夠按照主控制器的指令準(zhǔn)確運(yùn)行 。

在箱涵模具頂進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)箱涵模具出現(xiàn)偏移時(shí)，容柵位移傳感器檢測(cè)到位移偏差數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給中轉(zhuǎn)控制器。中轉(zhuǎn)控制器迅速將這一數(shù)據(jù)連同其他相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送給主控制器。主控制器根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出需要調(diào)整的控制參數(shù)，如位移差值、PID 增益等，并將這些控制信號(hào)發(fā)送給中轉(zhuǎn)控制器。中轉(zhuǎn)控制器經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析處理，將控制信號(hào)輸出給對(duì)應(yīng)的液壓泵站控制器，液壓泵站控制器根據(jù)控制信號(hào)調(diào)整液壓泵站的運(yùn)行，控制頂進(jìn)液壓缸的伸縮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)箱涵模具姿態(tài)的調(diào)整，使其恢復(fù)到正確的頂進(jìn)軌跡 。

中轉(zhuǎn)控制器通過(guò)高效的數(shù)據(jù)通信與協(xié)調(diào)作用，將眾多的測(cè)量信號(hào)和控制信號(hào)進(jìn)行了良好的整合與協(xié)調(diào)，極大地提高了同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)的控制效率和可靠性。它是保證整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、實(shí)現(xiàn)精確控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為大型地下箱涵等工程的順利施工提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障 。

五、現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)層：系統(tǒng)指令的執(zhí)行者

（一）設(shè)備組成

現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)層作為同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)的終端環(huán)節(jié)，是將控制指令轉(zhuǎn)化為實(shí)際動(dòng)作的關(guān)鍵所在。這一層主要由液壓泵站控制器、液壓泵站、頂進(jìn)液壓缸和油壓傳感器等設(shè)備組成，它們相互協(xié)作，共同完成箱涵模具的頂進(jìn)任務(wù) 。

液壓泵站控制器是現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)層的核心控制設(shè)備之一，它如同一位精準(zhǔn)的指揮官，負(fù)責(zé)對(duì)液壓泵站進(jìn)行精確控制。在某大型地下箱涵頂進(jìn)工程中，共使用了 10 臺(tái)液壓泵站控制器，每臺(tái)液壓泵站控制器分別對(duì)應(yīng)控制 1 臺(tái)液壓泵站。這些控制器具備強(qiáng)大的運(yùn)算和控制能力，能夠根據(jù)接收到的控制信號(hào)，迅速做出響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓泵站的各種操作控制 。

液壓泵站則是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源泉，為頂進(jìn)液壓缸提供穩(wěn)定的高壓油，使其能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的推力，推動(dòng)箱涵模具前進(jìn)。每臺(tái)液壓泵站上都安裝有 1 臺(tái)液壓泵站控制器和 1 只油壓傳感器，形成了一個(gè)緊密協(xié)作的工作單元。在實(shí)際工作中，液壓泵站通過(guò)內(nèi)部的液壓泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，產(chǎn)生高壓油，然后通過(guò)管道將高壓油輸送到頂進(jìn)液壓缸中 。

頂進(jìn)液壓缸是直接作用于箱涵模具的執(zhí)行部件，它就像一個(gè)大力士，憑借強(qiáng)大的推力推動(dòng)箱涵模具按照預(yù)定的軌跡頂進(jìn)。在箱涵頂進(jìn)過(guò)程中，頂進(jìn)液壓缸的伸縮動(dòng)作直接決定了箱涵模具的頂進(jìn)位移和速度。通過(guò)控制頂進(jìn)液壓缸的工作狀態(tài)，如伸縮速度、推力大小等，可以精確控制箱涵模具的頂進(jìn)過(guò)程 。

油壓傳感器作為系統(tǒng)的 “壓力監(jiān)測(cè)員”，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)中的油壓信號(hào)，并將這些信號(hào)反饋給液壓泵站控制器和中轉(zhuǎn)控制器。油壓傳感器利用壓阻效應(yīng)，將油壓的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后通過(guò)信號(hào)傳輸線路將這些電信號(hào)傳輸給相關(guān)設(shè)備。在某工程中，當(dāng)油壓傳感器檢測(cè)到油壓異常升高時(shí)，會(huì)立即將信號(hào)反饋給液壓泵站控制器，控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的程序和算法，采取相應(yīng)的措施，如調(diào)整液壓泵的轉(zhuǎn)速、控制閥門的開(kāi)度等，以保證液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行 。

（二）控制方式與數(shù)據(jù)交互

液壓泵站控制器具備手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式，為系統(tǒng)的操作提供了靈活性和可靠性 。

在手動(dòng)控制模式下，操作人員可以通過(guò)控制器上的操作按鈕，直接對(duì)液壓泵站進(jìn)行控制。例如，操作人員可以手動(dòng)啟動(dòng)或停止液壓泵，控制頂進(jìn)液壓缸的伸縮動(dòng)作，調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的流量等。這種控制方式在設(shè)備調(diào)試、維護(hù)以及一些特殊情況下非常實(shí)用，操作人員可以根據(jù)實(shí)際情況，靈活地對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作 。

在自動(dòng)控制模式下，液壓泵站控制器則根據(jù)中轉(zhuǎn)控制器發(fā)送的控制信號(hào)，自動(dòng)對(duì)液壓泵站進(jìn)行控制。中轉(zhuǎn)控制器與液壓泵站控制器之間通過(guò)數(shù)據(jù)通信線路實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。中轉(zhuǎn)控制器接收從液壓泵站控制器傳送的液壓缸狀態(tài)信號(hào)、油壓信號(hào)等數(shù)據(jù)，同時(shí)向液壓泵站控制器發(fā)送控制步序號(hào)、位移差值、比例－積分－微分（PID）初值及增益、變頻電機(jī) PWM 調(diào)節(jié)值等控制信號(hào) 。

液壓泵站控制器接收到這些控制信號(hào)后，會(huì)對(duì)其進(jìn)行分析和處理，然后根據(jù)控制信號(hào)的要求，對(duì)液壓泵站的各個(gè)部件進(jìn)行精確控制。例如，當(dāng)中轉(zhuǎn)控制器發(fā)送來(lái)調(diào)整頂進(jìn)速度的控制信號(hào)時(shí)，液壓泵站控制器會(huì)根據(jù)信號(hào)中的要求，調(diào)整變頻電機(jī)的 PWM 調(diào)節(jié)值，從而改變液壓泵的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)輸出流量的控制，進(jìn)而調(diào)整頂進(jìn)液壓缸的推進(jìn)速度，達(dá)到控制箱涵模具頂進(jìn)速度的目的 。

在某大型地下箱涵頂進(jìn)工程中，當(dāng)箱涵模具需要按照預(yù)定的速度和軌跡頂進(jìn)時(shí)，液壓泵站控制器在自動(dòng)控制模式下，能夠準(zhǔn)確地接收中轉(zhuǎn)控制器發(fā)送的控制信號(hào)，并根據(jù)這些信號(hào)對(duì)液壓泵站進(jìn)行精確控制。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓缸的狀態(tài)和油壓信號(hào)，液壓泵站控制器能夠及時(shí)調(diào)整控制策略，確保箱涵模具的頂進(jìn)過(guò)程平穩(wěn)、精確，滿足工程施工的要求 。

通過(guò)手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式以及與中轉(zhuǎn)控制器的高效數(shù)據(jù)交互，液壓泵站控制器保證了現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)層的穩(wěn)定運(yùn)行，為同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)的精確控制提供了有力支持 。

六、同步頂進(jìn)控制的實(shí)現(xiàn)機(jī)制

（一）參數(shù)修正與速度控制

同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)宛如一臺(tái)精密的儀器，能夠依據(jù)容柵傳感器檢測(cè)的箱涵模具位移信號(hào)和油壓傳感器的油壓（推力）信號(hào)，實(shí)時(shí)對(duì)頂進(jìn)參數(shù)進(jìn)行修正，確保整個(gè)頂進(jìn)過(guò)程的精準(zhǔn)與穩(wěn)定。

容柵傳感器作為位移檢測(cè)的關(guān)鍵設(shè)備，其工作原理基于容柵的電容變化。當(dāng)箱涵模具發(fā)生位移時(shí)，容柵傳感器內(nèi)部的電容隨之改變，通過(guò)對(duì)這種電容變化的精確測(cè)量和轉(zhuǎn)換，就可以得到箱涵模具的實(shí)時(shí)位移數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被迅速傳輸至控制系統(tǒng)，為頂進(jìn)參數(shù)的調(diào)整提供了重要依據(jù) 。

油壓傳感器則專注于監(jiān)測(cè)液壓系統(tǒng)中的油壓信號(hào)，它利用壓阻效應(yīng)，將油壓的變化轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。當(dāng)液壓系統(tǒng)的油壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，油壓傳感器能夠敏銳地捕捉到這些變化，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)。油壓信號(hào)反映了頂進(jìn)過(guò)程中所受到的阻力大小，對(duì)于判斷頂進(jìn)狀態(tài)和調(diào)整頂進(jìn)參數(shù)具有重要意義 。

控制系統(tǒng)在接收到位移信號(hào)和油壓信號(hào)后，會(huì)進(jìn)行一系列復(fù)雜而精準(zhǔn)的分析和處理。它會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的控制算法，如比例－積分－微分（PID）控制算法，對(duì)頂進(jìn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。PID 控制算法通過(guò)對(duì)偏差的比例、積分和微分運(yùn)算，能夠快速、準(zhǔn)確地調(diào)整控制量，使系統(tǒng)的輸出更加穩(wěn)定和精確 。

在某大型地下箱涵頂進(jìn)工程中，當(dāng)箱涵模具在頂進(jìn)過(guò)程中遇到土壤阻力突然增大的情況時(shí)，油壓傳感器檢測(cè)到油壓迅速上升，并將這一信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的 PID 控制算法，對(duì)頂進(jìn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。它首先增加了頂進(jìn)液壓缸的推力，以克服增大的土壤阻力；同時(shí)，根據(jù)容柵傳感器檢測(cè)到的位移信號(hào)，適當(dāng)降低了頂進(jìn)速度，確保箱涵模具能夠平穩(wěn)地繼續(xù)頂進(jìn)，避免因過(guò)大的推力和速度導(dǎo)致箱涵模具姿態(tài)失控 。

在速度控制方面，系統(tǒng)通過(guò)變頻電機(jī)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)輸出流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)頂進(jìn)液壓缸推進(jìn)速度的精確控制。變頻電機(jī)是一種高效的調(diào)速設(shè)備，它通過(guò)改變電源的頻率來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)中，變頻電機(jī)與液壓泵相連，當(dāng)控制系統(tǒng)根據(jù)頂進(jìn)參數(shù)的需求調(diào)整變頻電機(jī)的頻率時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨之改變，進(jìn)而帶動(dòng)液壓泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。液壓泵轉(zhuǎn)速的改變直接影響了液壓系統(tǒng)的輸出流量，而液壓系統(tǒng)的輸出流量又決定了頂進(jìn)液壓缸的推進(jìn)速度 。

通過(guò)這種方式，系統(tǒng)能夠根據(jù)不同的施工工況和頂進(jìn)要求，靈活、精確地調(diào)整頂進(jìn)液壓缸的推進(jìn)速度，實(shí)現(xiàn)箱涵模具的同步推進(jìn)和負(fù)載均衡。在箱涵模具開(kāi)始頂進(jìn)時(shí)，為了確保其平穩(wěn)啟動(dòng)，系統(tǒng)會(huì)控制變頻電機(jī)以較低的頻率運(yùn)行，使液壓系統(tǒng)輸出較小的流量，從而使頂進(jìn)液壓缸以較慢的速度推進(jìn)箱涵模具；當(dāng)箱涵模具進(jìn)入正常頂進(jìn)階段后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)的頂進(jìn)速度和實(shí)際的頂進(jìn)情況，適當(dāng)提高變頻電機(jī)的頻率，增加液壓系統(tǒng)的輸出流量，使頂進(jìn)液壓缸以設(shè)定的速度穩(wěn)定推進(jìn)箱涵模具 。

在某大型地下箱涵頂進(jìn)工程中，施工團(tuán)隊(duì)根據(jù)工程要求，設(shè)定了箱涵模具的頂進(jìn)速度為每分鐘 5 厘米。在頂進(jìn)過(guò)程中，控制系統(tǒng)通過(guò)容柵傳感器和油壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)箱涵模具的位移和油壓信號(hào)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)頂進(jìn)速度出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，控制系統(tǒng)立即對(duì)變頻電機(jī)的頻率進(jìn)行調(diào)整。如果頂進(jìn)速度過(guò)快，控制系統(tǒng)會(huì)降低變頻電機(jī)的頻率，減少液壓系統(tǒng)的輸出流量，使頂進(jìn)液壓缸的推進(jìn)速度減慢；如果頂進(jìn)速度過(guò)慢，控制系統(tǒng)則會(huì)提高變頻電機(jī)的頻率，增加液壓系統(tǒng)的輸出流量，使頂進(jìn)液壓缸的推進(jìn)速度加快。通過(guò)這種實(shí)時(shí)的調(diào)整和控制，箱涵模具始終保持在設(shè)定的頂進(jìn)速度附近，實(shí)現(xiàn)了同步推進(jìn)和負(fù)載均衡，確保了工程的順利進(jìn)行 。

（二）糾偏與姿態(tài)調(diào)整

在箱涵模具的頂進(jìn)過(guò)程中，由于各種復(fù)雜因素的影響，如土壤質(zhì)地不均勻、頂進(jìn)力分布不均衡等，箱涵模具可能會(huì)出現(xiàn)偏移、傾斜等姿態(tài)異常情況。為了確保箱涵模具能夠按照預(yù)定的軌跡順利頂進(jìn)，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)具備了強(qiáng)大的糾偏與姿態(tài)調(diào)整功能 。

系統(tǒng)通過(guò)控制兩側(cè)液壓缸的頂進(jìn)量來(lái)實(shí)現(xiàn)糾偏操作。當(dāng)容柵傳感器檢測(cè)到箱涵模具出現(xiàn)偏移時(shí)，它會(huì)迅速將這一位移偏差信號(hào)傳輸給控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)接收到信號(hào)后，會(huì)立即對(duì)偏差數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，計(jì)算出需要調(diào)整的頂進(jìn)量差值 。

以箱涵模具向左側(cè)偏移為例，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)計(jì)算結(jié)果，控制右側(cè)液壓缸增加頂進(jìn)量，而左側(cè)液壓缸則適當(dāng)減少頂進(jìn)量。通過(guò)這種方式，在兩側(cè)液壓缸不同頂進(jìn)量的作用下，箱涵模具會(huì)受到一個(gè)向右的扭轉(zhuǎn)力，從而逐漸糾正偏移，恢復(fù)到正確的頂進(jìn)軌跡 。

在實(shí)際操作中，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)偏差的大小和方向，精確地控制兩側(cè)液壓缸的頂進(jìn)量。如果偏差較小，控制系統(tǒng)會(huì)微調(diào)兩側(cè)液壓缸的頂進(jìn)量，使箱涵模具緩慢地回歸正軌；如果偏差較大，控制系統(tǒng)則會(huì)加大兩側(cè)液壓缸頂進(jìn)量的差值，快速糾正箱涵模具的偏移，確保其頂進(jìn)姿態(tài)的正確性 。

除了控制頂進(jìn)量進(jìn)行糾偏外，系統(tǒng)還會(huì)綜合考慮其他因素，如油壓信號(hào)、頂進(jìn)速度等，對(duì)箱涵模具的頂進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行全面調(diào)整。在某大型地下箱涵頂進(jìn)工程中，當(dāng)箱涵模具出現(xiàn)偏移時(shí)，控制系統(tǒng)不僅根據(jù)容柵傳感器的位移偏差信號(hào)調(diào)整了兩側(cè)液壓缸的頂進(jìn)量，還參考了油壓傳感器檢測(cè)到的油壓信號(hào)。由于土壤質(zhì)地不均勻，導(dǎo)致箱涵模具兩側(cè)的阻力不同，油壓信號(hào)也有所差異。控制系統(tǒng)根據(jù)這些油壓信號(hào)，對(duì)兩側(cè)液壓缸的推力進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整，使兩側(cè)的頂進(jìn)力更加均衡，進(jìn)一步輔助了箱涵模具的糾偏和姿態(tài)調(diào)整 。

為了確保糾偏和姿態(tài)調(diào)整的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，系統(tǒng)還采用了先進(jìn)的控制算法和技術(shù)。如基于模糊控制的糾偏算法，它能夠根據(jù)不同的偏差情況和工況條件，自動(dòng)調(diào)整控制策略，使糾偏過(guò)程更加智能化和高效。模糊控制算法通過(guò)對(duì)偏差、偏差變化率等多個(gè)因素的模糊化處理和推理，能夠快速、準(zhǔn)確地給出控制量，實(shí)現(xiàn)對(duì)箱涵模具頂進(jìn)姿態(tài)的精確控制 。

通過(guò)控制兩側(cè)液壓缸的頂進(jìn)量進(jìn)行糾偏以及綜合考慮多種因素對(duì)頂進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)有效地保證了箱涵模具以正確的姿態(tài)、按照預(yù)定的軌跡順利頂進(jìn)，為大型地下箱涵等工程的高質(zhì)量施工提供了有力保障 。

七、系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用前景

（一）優(yōu)勢(shì)總結(jié)

同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)在現(xiàn)代工程建設(shè)中展現(xiàn)出了諸多顯著優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)使其在各類工程項(xiàng)目中脫穎而出，成為不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。

該系統(tǒng)在精度控制方面表現(xiàn)卓越。通過(guò)容柵傳感器和油壓傳感器的協(xié)同工作，能夠?qū)崟r(shí)獲取箱涵模具的位移信號(hào)和油壓信號(hào)，為系統(tǒng)提供精確的數(shù)據(jù)支持。基于這些高精度的傳感器數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用先進(jìn)的控制算法，如 PID 控制算法，對(duì)頂進(jìn)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，實(shí)現(xiàn)了對(duì)頂進(jìn)速度和位置的精確控制。在廣州路下穿京九鐵路隧道工程中，通過(guò) 12 臺(tái) 400 噸油頂和激光位移傳感器實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)精度控制，最終軸線偏差不超過(guò)一張 A4 紙的厚度，遠(yuǎn)超行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，充分彰顯了其高精度控制的能力 。

同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)具有高度的可靠性。三級(jí)分層集中控制方式的設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)各部分之間分工明確、協(xié)作緊密。遠(yuǎn)程控制監(jiān)視層作為系統(tǒng)的核心大腦，負(fù)責(zé)整體的任務(wù)管理和調(diào)度，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；中轉(zhuǎn)層則像一個(gè)可靠的橋梁，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高效傳輸和協(xié)調(diào)，保證了控制信號(hào)的準(zhǔn)確傳達(dá)；現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)層嚴(yán)格執(zhí)行控制指令，各設(shè)備之間相互配合，共同完成頂進(jìn)任務(wù)。系統(tǒng)還具備完善的故障診斷和報(bào)警功能，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在問(wèn)題，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性 。

自動(dòng)化程度高是該系統(tǒng)的又一突出優(yōu)勢(shì)。整個(gè)頂進(jìn)過(guò)程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，操作人員只需在遠(yuǎn)程控制監(jiān)視層通過(guò)人機(jī)界面下達(dá)指令，系統(tǒng)就能自動(dòng)完成頂進(jìn)參數(shù)的調(diào)整、速度控制、糾偏等一系列操作，大大減少了人工干預(yù)，提高了工作效率，降低了人為因素帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。在大型地下箱涵頂進(jìn)工程中，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的頂進(jìn)方案，自動(dòng)控制液壓泵站和頂進(jìn)液壓缸的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)箱涵模具的同步推進(jìn)和負(fù)載均衡，無(wú)需人工頻繁操作，有效縮短了施工周期 。

（二）應(yīng)用拓展

鑒于同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)的眾多優(yōu)勢(shì)，其在不同工程領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。

在地下箱涵施工領(lǐng)域，該系統(tǒng)已成為首選技術(shù)。無(wú)論是城市地下綜合管廊的建設(shè)，還是鐵路、公路下穿箱涵的施工，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)都能夠憑借其高精度、高可靠性和自動(dòng)化程度，確保施工的順利進(jìn)行，提高工程質(zhì)量。在上海中環(huán)線工程虹橋路段的管幕法箱涵頂進(jìn)施工中，采用液壓同步頂進(jìn)技術(shù)，成功克服了傳統(tǒng)隧道施工技術(shù)的弊端，實(shí)現(xiàn)了箱涵的同步累積頂進(jìn)，為城市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供了有力支持 。

在橋梁工程中，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)也有著重要的應(yīng)用。它可用于橋梁的頂升、平移、糾偏等作業(yè)，確保橋梁在施工和維護(hù)過(guò)程中的安全和穩(wěn)定。在橋梁支座更換工程中，通過(guò)同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)，可以精確控制橋梁的頂升高度，實(shí)現(xiàn)支座的快速、安全更換，減少對(duì)交通的影響 。

對(duì)于大型建筑物的移位和頂升工程，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在古建筑的整體平移保護(hù)工程中，利用該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物的精確控制，確保在移位過(guò)程中建筑物的結(jié)構(gòu)安全和完整性。在現(xiàn)代高層建筑的糾偏扶正工程中，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)建筑物的傾斜情況，實(shí)時(shí)調(diào)整頂進(jìn)參數(shù)，使建筑物恢復(fù)到正常狀態(tài) 。

展望未來(lái)，隨著科技的不斷進(jìn)步和工程需求的日益增長(zhǎng)，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)將不斷發(fā)展創(chuàng)新。一方面，系統(tǒng)將朝著更高精度、更高可靠性和更智能化的方向發(fā)展，進(jìn)一步提升控制性能和自動(dòng)化水平。通過(guò)引入人工智能、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能分析，提前預(yù)測(cè)潛在問(wèn)題并采取相應(yīng)措施，提高施工的安全性和效率 。

另一方面，同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷拓展。隨著城市地下空間的開(kāi)發(fā)利用和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，該系統(tǒng)有望在更多領(lǐng)域得到應(yīng)用，如城市地鐵建設(shè)、地下停車場(chǎng)施工等。它還可能與其他先進(jìn)的施工技術(shù)相結(jié)合，形成更加高效、智能的施工解決方案，為推動(dòng)工程建設(shè)行業(yè)的發(fā)展做出更大貢獻(xiàn) 。

八、結(jié)論

同步頂進(jìn)控制系統(tǒng)以其獨(dú)特的 3 級(jí)分層集中控制方式，構(gòu)建起一個(gè)層次分明、協(xié)同高效的運(yùn)行體系。遠(yuǎn)程控制監(jiān)視層如同智慧的大腦，精準(zhǔn)掌控全局；中轉(zhuǎn)層似穩(wěn)固的橋梁，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與指令的高效傳遞和協(xié)調(diào)；現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)層則如忠誠(chéng)的執(zhí)行者，將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為實(shí)際動(dòng)作，推動(dòng)箱涵模具穩(wěn)步前行。

在參數(shù)修正與速度控制方面，系統(tǒng)借助容柵傳感器和油壓傳感器，實(shí)時(shí)獲取精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，通過(guò)先進(jìn)算法動(dòng)態(tài)調(diào)整頂進(jìn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂進(jìn)速度的精確把控，確保箱涵模具的同步推進(jìn)與負(fù)載均衡。而在糾偏與姿態(tài)調(diào)整上，系統(tǒng)巧妙控制兩側(cè)液壓缸的頂進(jìn)量，綜合考慮多種因素，運(yùn)用先進(jìn)算法，有效糾正箱涵模具的偏移，保障其按預(yù)定軌跡順利頂進(jìn)。

該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)顯著，高精度的控制能力讓施工誤差極小，高度的可靠性為施工安全穩(wěn)定保駕護(hù)航，高自動(dòng)化程度大幅提升工作效率、縮短施工周期。其應(yīng)用前景也極為廣闊，在地下箱涵、橋梁、大型建筑物等工程領(lǐng)域大顯身手，隨著科技的發(fā)展，還將不斷拓展創(chuàng)新，與更多先進(jìn)技術(shù)融合，為工程建設(shè)行業(yè)注入強(qiáng)大動(dòng)力，推動(dòng)行業(yè)邁向更高水平的發(fā)展。