CN105487476B - 类矩形盾构施工的管控***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种类矩形盾构施工的管控***及方法，该***包括：设于隧道内的盾构数据采集设备，用于采集盾构机施工过程中的施工数据；设于隧道内的外挂子***，用于实时监测隧道内的盾构施工数据；设于隧道内的数据交换处理器，所述数据交换处理器通过交换机连接所述数据采集设备和所述外挂子***，用于将所述外挂子***监测的施工数据传输给所述数据采集设备；设于地面的数据管理中心，通过所述交换机与所述数据交换处理器连接，用于接收所述数据交换处理器传输的施工数据并进行显示；以及设于隧道内的盾构控制PLC，用于控制盾构机，所述盾构控制PLC通过总线与所述数据交换处理器连接。有效确保了盾构机原有控制***的安全与可靠。

Description

类矩形盾构施工的管控***及方法

技术领域

本发明涉及盾构施工领域，特指一种类矩形盾构施工的管控***及方法。

背景技术

随着城市地下空间的大规模的开发，盾构法施工技术因其对地上、地下构筑物、周边环境影响小，保证交通通行、减少道路中断、管线搬迁等优势，越来越多地被应用于城市道路、地下共同沟、地铁隧道施工。随着国内地下空间施工市场的扩大，越来越多不同生厂商的盾构机被广泛使用，而盾构机始发后相应的各类风险管理控制的压力增大，极易导致盾构推进过程中的风险。

现有的盾构机施工过程中风险管理***为直接连接隧道内的各个监视设备，直接采集隧道的施工数据，这样的通讯***存在较大的安全风险，极易被黑客攻击而影响盾构施工安全，并且还会影响盾构机控制PLC的处理速度，进而影响盾构施工。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种类矩形盾构施工的管控***及方法，解决现有的风险管理***的通讯方式存在较大的安全风险、极易被攻击而影响盾构施工安全，以及风险管理***还会影响盾构机控制PLC的处理速度进而影响盾构施工的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明一种类矩形盾构施工的管控方法，包括：

于施工的隧道内设置盾构数据采集设备和外挂子***，通过所述外挂子***实时监测隧道内的盾构施工数据；

于隧道内设置数据交换处理器，为所述数据交换处理器连接交换机；

将所述数据交换处理器通过所述交换机连接所述数据采集设备和所述外挂子***，通过所述数据交换处理器将所述外挂子***监测的施工数据传输给所述数据采集设备；

将所述数据交换处理器通过所述交换机连接地面处的数据管理中心，通过所述数据交换处理器将所述外挂子***监测的施工数据传输给所述数据管理中心；以及

将所述数据交换处理器与隧道内的盾构控制PLC通过总线连接，以使得所述数据交换处理器通过总线读取所述盾构控制PLC的数据。

本发明增设了数据交换处理器，有效确保了盾构机原有控制***的安全与可靠，避免了黑客攻击。通过数据交换处理器将盾构控制PLC与数据管理中心和外挂子***隔离，对盾构控制PLC没有任何影响，解决了现有的风险管理***影响盾构控制PLC的问题。数据交换处理器实现对施工数据的读取、传输通讯、以及存储，其处理速度和可靠性大大提高，保证了盾构控制PLC的***安全性，免受外网的攻击。

本发明类矩形盾构施工的管控方法的进一步改进在于，还包括：

将所述数据管理中心通过以太网连接远程终端，以使得所述远程终端通过以太网查看所述数据管理中心的施工数据；

监控施工数据是否超出预警阈值，当施工数据超出预警阈值时，发送短消息至所述远程终端以进行预警提醒。

本发明类矩形盾构施工的管控方法的进一步改进在于，于施工隧道内设置外挂子***，包括：

设置姿态导向***，通过所述姿态导向***读取盾构机的姿态导向数据；

设置盾尾间隙***，通过所述盾尾间隙***读取盾构机的盾尾间隙数据；

设置出土称量***，通过所述出土称量***读取盾构机的出土量数据；

环境监测***，通过所述环境监测***监测隧道内的施工环境数据。

本发明类矩形盾构施工的管控方法的进一步改进在于，将所述数据交换处理器通过所述交换机连接所述数据采集设备和所述外挂子***，包括：

将所述数据交换处理器通过UDP协议与所述外挂子***通信连接；

将所述数据交换处理器通过TCP/IP协议与所述数据采集设备通信连接。

本发明类矩形盾构施工的管控方法的进一步改进在于，还包括通过所述数据交换处理器将所述外挂子***监测的施工数据进行存储。

本发明还提供了一种类矩形盾构施工的管控***，包括：

设于施工的隧道内的盾构数据采集设备，用于采集盾构机施工过程中的施工数据；

设于施工的隧道内的外挂子***，用于实时监测隧道内的盾构施工数据；

设于施工隧道内的数据交换处理器，所述数据交换处理器通过交换机连接所述数据采集设备和所述外挂子***，用于将所述外挂子***监测的施工数据传输给所述数据采集设备；

设于地面的数据管理中心，通过所述交换机与所述数据交换处理器连接，用于接收所述数据交换处理器传输的施工数据并进行显示；以及

设于隧道内的盾构控制PLC，用于控制盾构机，所述盾构控制PLC通过总线与所述数据交换处理器连接。

本发明类矩形盾构施工的管控***的进一步改进在于，还包括远程终端，所述远程终端通过以太网与所述数据管理中心连接，用于通过以太网查看所述数据管理中心的施工数据；

所述数据管理中心设有消息预警模块，所述消息预警模块用于判断施工数据是否超出预警阈值，在判断所述施工数据超出预警阈值时，通过发送短消息至所述远程终端以进行预警提醒。

本发明类矩形盾构施工的管控***的进一步改进在于，所述外挂子***包括姿态导向***、盾尾间隙***、出土称量***、以及环境监测***；

所述姿态导向***用于读取盾构机的姿态导向数据；

所述盾尾间隙***用于读取盾构机的盾尾间隙数据；

所述出土称量***用于读取盾构机的出土量数据；

所述环境监测***用于监测隧道内的施工环境数据。

本发明类矩形盾构施工的管控***的进一步改进在于，所述数据交换处理器通过UDP协议与所述外挂子***通信连接；所述数据交换处理器通过TCP/IP协议与所述盾构数据采集设备通信连接。

本发明类矩形盾构施工的管控***的进一步改进在于，还包括与所述数据交换处理器连接的数据库，用于存储所述外挂子***监测的施工数据。

附图说明

图1为本发明类矩形盾构施工的管控***的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种类矩形盾构施工的管控***及方法，用于解决现有的盾构施工风险管理***存在被黑客远程攻击的危险，严重影响盾构施工的安全且影响原有盾构机控制***的处理速度的问题；解决现有盾构施工风险管理***数据查询速度较慢，需要经常维护的问题；解决远程监控有访问人数限制且未对手持终端开放的问题。本发明的类矩形盾构施工的管控***及方法包括三层架构，隧道内监控、地面监控以及远程监控，隧道内监控包括有盾构机的控制***和盾构机的管控***，盾构机的控制***通过盾构控制PLC实现控制，盾构机的管控***中增设了数据交换处理器，该数据交换处理器与盾构控制PLC通过总线进行通讯连接，通过数据交换处理器将控制***与管控***隔离，避免对控制***运行的影响，保证了盾构控制***的安全性，免受外网的攻击。下面结合附图对本发明类矩形盾构施工的管控***及方法进行说明。

参阅图1，显示了本发明类矩形盾构施工的管控***的结构示意图。下面结合图1，对本发明类矩形盾构施工的管控***进行说明。

如图1所示，本发明类矩形盾构施工的管控***包括盾构数据采集设备11、外挂子***12、数据交换处理器13、交换机14、盾构控制PLC(可编程逻辑控制器，ProgrammableLogic Controller)15、数据管理中心21、以及远程终端23，盾构数据采集设备11设于施工的隧道内，用于采集盾构机施工过程中的施工数据，负责采集和发送工作，该盾构数据采集设备11采集包含盾构机施工及多个外挂子***的施工数据并以形象化的人机界面进行实时显示、储存。外挂子***12设于施工的隧道内，用于实时检测隧道内的盾构施工数据。数据交换处理器13设于施工的隧道内，通过交换机14与数据采集设备11和外挂子***12连接，数据交换处理器13用于将外挂子***12监测的施工数据传输给数据采集设备11。数据管理中心21设于地面，通过交换机14与数据交换处理器13连接，数据管理中心21接收数据交换处理器13传输的施工数据并进行显示。盾构控制PLC15设于隧道内，用于控制盾构机，盾构控制PLC15通过总线与数据交换处理器连接，数据交换处理器使用和盾构控制PLC15相同的总线与其进行通讯，数据交换处理器13还通过交换机14实现盾构数据采集设备11、外挂子***12、以及数据管里中心21内部的数据交换，将盾构机的盾构控制PLC15与数据采集设备11、外挂子***12、以及数据管里中心21做了隔离，数据交换处理器13只从盾构控制PLC15中使用总线的方式读取盾构控制***的数据，对于盾构控制***的运行没有任何影响。远程终端23通过以太网与数据管理中心21连接，远程终端23通过以太网查看数据管理中心21的施工数据。

其中的盾构数据采集设备11、外挂子***12、以及数据交换处理器13属于隧道内的管控***，盾构控制PLC15属于隧道内的控制***，该隧道内的控制***包括有盾构控制PLC15、与盾构控制PLC15连接的交换机16、以及与交换机16连接的触摸屏17。数据管理中心21属于地面监控，数据管理中心21通过工业级以太网路由器22与交换机14连接，工业级以太网路由器22与交换机14之间通过光纤连接，在光纤上还连接有光谱设备。远程终端23属于远程监控。其中的盾构数据采集设备11负责采集工作，采集包含盾构机施工及多个外挂子***的施工数据，以形象化的人机界面进行实时显示、储存。数据管理中心21接收隧道内发送的施工数据，通过人机界面进行实时显示，并连接外网为个人终端提供远程监控数据的调取工作。

远程终端23包括终端计算机231、平板232、以及手机233，该终端计算机231、平板232、以及手机233均可以通过以太网连接数据管理中心21，可实时查看工地监控画面，进行历史数据及曲线调取等操作，随时随地掌握工地的施工现状。在数据管理中心21处设有消息预警模块，消息预警模块用于判断施工数据是否超出预警阈值，判断施工数据超出预警阈值时，消息预警模块通过发送短消息至远程终端23以进行预警提醒。预警阈值选取对于类矩形盾构施工至关重要的参数，比如偏心刀盘扭矩、两螺旋机转速偏差、出土量等参数，将预警阈值设定好，消息预警模块实时将施工的实际参数与预警阈值进行比较，在比较超出预警阈值时，进行短消息预警，确保施工全程的安全。该预警分为三个级别进行管控预警，分为一般、重要、紧急预警，在一般预警范围内时，将预警提醒的短消息发送至工地现场负责人进行处理，在重要预警范围内时，将预警提醒的短消息发送至相关科室负责人进行处理，在紧急预警范围内时，将预警提醒的短消息发送至分管总经理进行处理。对应地，在消息预警模块内存有相关人员的联系方式，该消息预警模块较佳为短信调制解调器，短信调制解调器与数据管理中心串口连接，当发送警报时，***触发，对短信调制解调器发送代码，短信调制解调器通过代码对特定用户发送短消息提醒报警。

外挂子***12包括姿态导向***121、盾尾间隙***122、出土称量***、以及环境监测***123；姿态导向***121用于读取盾构机的姿态导向数据；盾尾间隙***122用于读取盾构机的盾尾间隙数据；出土称量***用于读取盾构机的出土量数据；环境监测***123用于监测隧道内的施工环境数据。较佳地，外挂子***12包括了姿态导向***、盾尾间隙M、盾尾间隙L、出土称量L、出土称量M、环境监测***等部分，其中姿态导向***、盾尾间隙M、盾尾间隙L、出土称量L、出土称量M将测得数据写入数据交换处理器13，约定协议为UDP。盾构数据采集设备11再通过TCP/IP协议读取数据交换处理器13相应数据地址读取姿态导向、盾尾间隙的数据，并将这些数据实时显示在人机界面上，后台将这些数据存储到历史数据库中。环境监测***123将测得的数据存在该***所在的计算机内，盾构数据采集设备11通过事先约定的文件读取格式读取环境监测***存储的数据并将数据显示在人机界面上。

姿态导向***、出土称量等***将测得数据写入数据交换处理器13，约定协议为UDP。盾构数据采集设备11和数据管理中心12再通过TCP/IP协议读取数据交换处理器13相应数据地址，以此读取自动态导向、出土称量等外挂***的数据，并将这些数据实时显示在人机界面上，后台将这些数据存储到历史数据库中。这样不仅可以采集到更加可靠的多方面的数据，也可以节约很多的人力(原自动导向等数据需人工记录)。通用性方面，由于增加的数据交换处理器在对应于不同的盾构控制***时只需要选用相对应的***总线，对于各个外挂子***，其数据交换的形式一旦有了标准，之后在其他工程进行重新设计时可以省去对接口模式的设计，优化设计流程，使其具有通用性，使整个管控***的设计模块化。

较佳地，数据交换处理器13还连接数据库，将外挂子***12监测的施工数据进行存储，以形成历史数据。也可以通过盾构数据采集设备11和数据管理中心21将施工数据存储到历史数据库中。

在类矩形盾构施工的管控***中单独建立一个和盾构机控制***中盾构控制PLC15相同的数据交换处理器13，使用和盾构控制***相同的总线与其进行通讯，同时这个数据交换处理器13连接有交换机14(以太网模块)，用于管控***(指盾构数据采集设备11和外挂子***12)内部的数据交换，这样把盾构机的控制***和管控***的数据交换***做了隔离，数据交换处理器13只从控制***中使用总线的方式读取盾构控制PLC15中的盾构控制***的数据，对于盾构控制***的运行没有任何影响，同时数据交换处理器又作为数据交换的节点开放给其他子***(出土称量、自动导向等)使用。由于增加的数据交换处理器是基于硬件逻辑运算的设备，而数据的存储和读取都由数据交换处理器进行处理或者对外通讯，其处理速度和可靠性大大提高，同时也保证了盾构控制***的安全性，免受外网的攻击。

本发明类矩形盾构施工的管控***的有益效果为：

增加数据交换处理器，确保盾构机原有的控制***的安全与可靠；

远程监控对全部手持终端开放，且访问人数无限制；

有远程预警功能，可对指定人员发送预警短信，提醒相关人员注意，确保施工全过程的安全。

下面对本发明类矩形盾构施工的管控方法进行说明。

如图1所示，本发明类矩形盾构施工的管控方法，包括：于施工的隧道内设置盾构数据采集设备11和外挂子***12，通过外挂子***12实时监测隧道内的盾构施工数据；于隧道内设置数据交换处理器13，为数据交换处理器13连接交换机14；将数据交换处理器13通过交换机14连接数据采集设备11和外挂子***12，通过数据交换处理器13将外挂子***监测的施工数据传输给数据采集设备11；将数据交换处理器13通过交换机14连接地面处的数据管理中心21，通过数据交换处理器13将外挂子***12监测的施工数据传输给数据管理中心21；将数据交换处理器13与隧道内的盾构控制PLC15通过总线连接，以使得数据交换处理器13通过总线读取盾构控制PLC15的数据。

本发明的类矩形盾构施工的管控方法分为隧道内监控、地面监控、以及远程监控，在隧道内监控通过盾构数据采集设备11、外挂子***12、数据交换处理器13、以及盾构控制PLC15来实现，其中的盾构控制PLC15属于隧道内的控制***，盾构数据采集设备11、外挂子***12、以及数据交换处理器13属于隧道内的管控***，这样通过数据交换处理器13将隧道内的管控***与控制***隔离，数据交换处理器13从盾构控制PLC15处通过总线的方式读取盾构控制***的数据，对于盾构控制***的运行没有任何影响，同时数据交换处理器13又作为数据交换的节点开放给其他子***使用，比如外挂子***12。较佳地，该数据交换处理器13采用与盾构控制PLC15相同的结构，主要用于数据交换、数据读取、数据存储以及对外通讯。数据交换处理器13的处理速度和可靠性较高，还保证了盾构控制***的安全性，免受外网的攻击。数据管理中心21属于地面监控，地面数据管理中心21的计算机接收隧道内发送的施工数据，通过人机界面进行实时显示，并连接外网为个人终端提供远程监控数据的调取工作。

本发明类矩形盾构施工的管控方法还包括：将数据管理中心21通过以太网24连接远程终端23，以使得远程终端23通过以太网24查看数据管理中心21的施工数据；数据管理中心21监控施工数据是否超出预警阈值，当施工数据超出预警阈值时，发送短消息至远程终端23以进行预警提醒。远程终端23包括终端计算机231、平板232、以及手机233，该终端计算机231、平板232、以及手机233均可以通过以太网连接数据管理中心21，可实时查看工地监控画面，进行历史数据及曲线调取等操作，随时随地掌握工地的施工现状。数据管理中心21处设有手机短信预警功能，选取对于类矩形盾构施工至关重要的关键参数(如偏心刀盘扭矩、两螺旋机转速偏差、出土量等)进行短信预警，确保施工全过程的安全。共分3个级别进行管控预警：一般、重要、紧急预警。第一级别一般预警信息短信发送至工地现场负责人，第二级别重要预警信息短信发送至公司相关科室负责人，第三级别紧急预警信息短信发送至公司分管副总经理。短信发送原理：地面数据管理中心计算机串口连接短信调制解调器，当发生警报时，***触发，对短信调制解调器发送代码，如果短信调制解调器收到这串代码就对特定用户发送短信提醒报警发生。

本发明类矩形盾构施工的管控方法中于施工隧道内设置外挂子***，包括：设置姿态导向***121，通过姿态导向***121读取盾构机的姿态导向数据；设置盾尾间隙***122，通过盾尾间隙***122读取盾构机的盾尾间隙数据；设置出土称量***，通过出土称量***读取盾构机的出土量数据；环境监测***123，通过环境监测***123监测隧道内的施工环境数据。将数据交换处理器13通过UDP协议与外挂子***12通信连接；将数据交换处理器13通过TCP/IP协议与盾构数据采集设备11通信连接。数据交换处理器13还将外挂子***监测的施工数据进行存储。

自动导向***、出土称量等***将测得数据写入数据交换处理器，约定协议为UDP。盾构数据采集设备和地面数据管理中心再通过TCP/IP协议读取数据交换处理器相应数据地址，以此读取自动态导向、出土称量等外挂***的数据，并将这些数据实时显示在人机界面上，后台将这些数据存储到历史数据库中。这样不仅可以采集到更加可靠的多方面的数据，也可以节约很多的人力(原自动导向等数据需人工记录)。通用性方面，由于增加的数据交换处理器在对应于不同的盾构控制***时只需要选用相对应的***总线，对于各个外挂子***，其数据交换的形式一旦有了标准，之后在其他工程进行重新设计时可以省去对接口模式的设计，优化设计流程，使其具有通用性，使整个管控***的设计模块化。

类矩形盾构外挂子***有姿态导向***、盾尾间隙M、盾尾间隙L、出土称量L、出土称量M、环境监测***等部分组成。其中姿态导向***、盾尾间隙M、盾尾间隙L、出土称量L、出土称量M将测得数据写入中继PLC，约定协议为UDP。盾构数据采集设备和数据管理中心再通过TCP/IP协议读取中继PLC相应数据地址读取姿态导向、盾尾间隙的数据，并将这些数据实时显示在人机界面上，后台将这些数据存储到历史数据库中。环境监测***将测得的数据存在该***所在的计算机内，盾构数据采集设备和数据管理中心通过事先约定的文件读取格式读取环境监测***存储的数据并将数据显示在人机界面上。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种类矩形盾构施工的管控方法，其特征在于，包括：

于施工的隧道内设置盾构数据采集设备和外挂子***，通过所述外挂子***实时监测隧道内的盾构施工数据；于施工隧道内设置外挂子***，包括：设置姿态导向***，通过所述姿态导向***读取盾构机的姿态导向数据；

设置盾尾间隙***，通过所述盾尾间隙***读取盾构机的盾尾间隙数据；

设置出土称量***，通过所述出土称量***读取盾构机的出土量数据；

环境监测***，通过所述环境监测***监测隧道内的施工环境数据；

于隧道内设置数据交换处理器，为所述数据交换处理器连接交换机；

将所述数据交换处理器通过所述交换机连接所述数据采集设备和所述外挂子***，通过所述数据交换处理器将所述外挂子***监测的施工数据传输给所述数据采集设备；

将所述数据交换处理器通过所述交换机连接地面处的数据管理中心，通过所述数据交换处理器将所述外挂子***监测的施工数据传输给所述数据管理中心；以及

将所述数据交换处理器与隧道内的盾构控制PLC通过总线连接，以使得所述数据交换处理器通过总线读取所述盾构控制PLC的数据。

2.如权利要求1所述的类矩形盾构施工的管控方法，其特征在于，还包括：

将所述数据管理中心通过以太网连接远程终端，以使得所述远程终端通过以太网查看所述数据管理中心的施工数据；

监控施工数据是否超出预警阈值，当施工数据超出预警阈值时，发送短消息至所述远程终端以进行预警提醒。

3.如权利要求1所述的类矩形盾构施工的管控方法，其特征在于，将所述数据交换处理器通过所述交换机连接所述数据采集设备和所述外挂子***，包括：

将所述数据交换处理器通过UDP协议与所述外挂子***通信连接；

将所述数据交换处理器通过TCP/IP协议与所述数据采集设备通信连接。

4.如权利要求1所述的类矩形盾构施工的管控方法，其特征在于，还包括通过所述数据交换处理器将所述外挂子***监测的施工数据进行存储。

5.一种类矩形盾构施工的管控***，其特征在于，包括：

设于施工的隧道内的盾构数据采集设备，用于采集盾构机施工过程中的施工数据；

设于施工的隧道内的外挂子***，用于实时监测隧道内的盾构施工数据；所述外挂子***包括姿态导向***、盾尾间隙***、出土称量***、以及环境监测***；

所述姿态导向***用于读取盾构机的姿态导向数据；

所述盾尾间隙***用于读取盾构机的盾尾间隙数据；

所述出土称量***用于读取盾构机的出土量数据；

所述环境监测***用于监测隧道内的施工环境数据；

设于施工隧道内的数据交换处理器，所述数据交换处理器通过交换机连接所述数据采集设备和所述外挂子***，用于将所述外挂子***监测的施工数据传输给所述数据采集设备；

设于地面的数据管理中心，通过所述交换机与所述数据交换处理器连接，用于接收所述数据交换处理器传输的施工数据并进行显示；以及

设于隧道内的盾构控制PLC，用于控制盾构机，所述盾构控制PLC通过总线与所述数据交换处理器连接。

6.如权利要求5所述的类矩形盾构施工的管控***，其特征在于，还包括远程终端，所述远程终端通过以太网与所述数据管理中心连接，用于通过以太网查看所述数据管理中心的施工数据；

所述数据管理中心设有消息预警模块，所述消息预警模块用于判断施工数据是否超出预警阈值，在判断所述施工数据超出预警阈值时，通过发送短消息至所述远程终端以进行预警提醒。

7.如权利要求5所述的类矩形盾构施工的管控***，其特征在于，所述数据交换处理器通过UDP协议与所述外挂子***通信连接；所述数据交换处理器通过TCP/IP协议与所述盾构数据采集设备通信连接。

8.如权利要求5所述的类矩形盾构施工的管控***，其特征在于，还包括与所述数据交换处理器连接的数据库，用于存储所述外挂子***监测的施工数据。