本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種巷道盾構(gòu)施工及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

盾構(gòu)機是一種超大型隧道掘進設(shè)備，目前主要應(yīng)用于城市地鐵建設(shè)。數(shù)據(jù)采集是指從傳感器和其他待測設(shè)備的模擬和數(shù)字被測單元中自動采集信息的過程。為了讓地面施工人員乃至遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場的管理人員能夠準(zhǔn)確、及時地查看隧道內(nèi)盾構(gòu)機的工作狀態(tài)、掘進參數(shù)和運行記錄，保障盾構(gòu)施工更加穩(wěn)定、高效、安全地進行，必須配備功能齊全的監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使盾構(gòu)機施工管理實現(xiàn)自動化、智能化。

申請公布號為cn102562085a，申請日為20101223的本發(fā)明公開了一種基于scada系統(tǒng)的盾構(gòu)機遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括plc程控器，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，路由器，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采集plc程控器中盾構(gòu)機各項實時數(shù)據(jù)并控制、實時監(jiān)控，通過一對對稱數(shù)字用戶線路(sdsl)雙向傳輸?shù)降孛鎤eb發(fā)布服務(wù)器并實施監(jiān)控，同時通過路由器向局域網(wǎng)發(fā)布，通過路由端口開放后向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，達到遠(yuǎn)程監(jiān)控和實時觀測到盾構(gòu)機的運行狀況。本方案實現(xiàn)了web發(fā)布，為遠(yuǎn)程診斷設(shè)備故障、分析運行參數(shù)帶來可能，對項目部施工質(zhì)量的集中監(jiān)控提供平臺。

申請公布號為cn105006131a，申請日為20150730的發(fā)明公開了一種基于手機的盾構(gòu)機無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括盾構(gòu)上位機、交換機、無線路由器、手機和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器。本方案使手機在隧道內(nèi)利用wifi信號采集盾構(gòu)上位機中的數(shù)據(jù)，當(dāng)手機帶到隧道外時可通過移動網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器，將無線路由器即時數(shù)據(jù)傳輸和手機應(yīng)用于盾構(gòu)機中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸。

然而上述方案仍存在以下問題:1.盾構(gòu)在施工過程中會引起地表沉降，而沉降發(fā)生的主要原因是地層損失，地層損失的主要影響因素包括推進過程中的排土量、注漿壓力和注漿量等；2.由于傳感器輸出的電信號通常很微弱，并伴有噪聲，需要對其進行必要的調(diào)理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種巷道盾構(gòu)施工及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。所述巷道盾構(gòu)施工及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有采集監(jiān)測地層損失的功能，且具有抗干擾能力強、自動化水平高特點。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種巷道盾構(gòu)施工及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括pc、plc、r485總線、傳感器，所述傳感器通過r485總線連接plc，所述plc與pc之間通過p485ug串口拓展卡相連，所述傳感器包括測速儀、旋轉(zhuǎn)編碼器、電子皮帶秤、質(zhì)量流量計、壓力傳感器，所述測速儀、旋轉(zhuǎn)編碼器連接高頻計數(shù)模塊，所述plc與壓力傳感器設(shè)有信號隔離器，所述傳感器通過pcmcia接口連接信號調(diào)理模塊、信號采集卡至pc，所述測速儀安裝于螺旋輸送機出土口處，所述電子皮帶秤安裝于皮帶輸送機上，所述質(zhì)量流量計安裝于注漿泵的管道上，所述壓力傳感器安裝于注漿泵的兩路出口。

優(yōu)選的，所述信號調(diào)理模塊選用cm3501信號調(diào)理模塊，壓力傳感器選用zfby3801壓力傳感器。

優(yōu)選的，所述高頻計數(shù)模塊選用dam3070d高頻計數(shù)模塊，有2路獨立的32位計數(shù)器，頻率測量范圍達100khz。

優(yōu)選的，所述信號調(diào)理模塊外接一個直流電源。

優(yōu)選的，所述信號采集卡為2路12位模擬輸出，集12位a/d轉(zhuǎn)換器、12位d/a位轉(zhuǎn)換器、16路單端接地的模擬輸入通道、8位或24位并行輸入輸出線及兩路24位定時器與計數(shù)器為一體，支持dma方式和雙緩沖區(qū)模式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本系統(tǒng)實現(xiàn)對出土量和注漿量的測量，有效減小和控制底層損失，提高了盾構(gòu)施工質(zhì)量，下位機包括測速儀、旋轉(zhuǎn)編碼器、電子皮帶秤、質(zhì)量流量計、壓力傳感器，主要完成數(shù)據(jù)采集工作，高頻計數(shù)模塊是用于測速儀和旋轉(zhuǎn)編碼器的增量信號，plc與pc之間通過p485ug串口拓展卡相連，且在壓力傳感器和新增之間加裝一個信號隔離器，實現(xiàn)一路信號輸入兩路信號輸出，完成高頻采集，傳感器和pc間添加cm3501信號調(diào)理模塊、信號采集卡，向傳感器提供恒流供電，增益放大器可對小信號進行放大，提高輸出信號值，有效濾除干擾信號。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明傳感器、p485ug串口拓展卡、信號調(diào)理模塊與信號采集卡連接示意圖。

圖中：pc1、plc2、r548總線3、高頻計數(shù)模塊4、測速儀5、旋轉(zhuǎn)編碼器6、電子皮帶秤7、質(zhì)量流量計8、信號隔離器9、壓力傳感器10、傳感器11、p485ug串口拓展卡12、信號調(diào)理模塊13、信號采集卡14。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1～2，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：

一種巷道盾構(gòu)施工及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括pc1、plc2、r485總線3、傳感器11，所述傳感器11通過r485總線3連接plc2，所述plc2與pc1之間通過p485ug串口拓展卡12相連，所述傳感器11包括測速儀5、旋轉(zhuǎn)編碼器6、電子皮帶秤7、質(zhì)量流量計8、壓力傳感器10，所述測速儀5、旋轉(zhuǎn)編碼器6連接高頻計數(shù)模塊4，所述plc2與壓力傳感器10設(shè)有信號隔離器9，所述傳感器11通過pcmcia接口連接信號調(diào)理模塊13、信號采集卡14至pc1，所述測速儀5安裝于螺旋輸送機出土口處，所述電子皮帶秤7安裝于皮帶輸送機上，所述質(zhì)量流量計8安裝于注漿泵的管道上，所述壓力傳感器10安裝于注漿泵的兩路出口；所述信號調(diào)理模塊13選用cm3501信號調(diào)理模塊，壓力傳感器10選用zfby3801壓力傳感器；所述高頻計數(shù)模塊4選用dam3070d高頻計數(shù)模塊，有2路獨立的32位計數(shù)器，頻率測量范圍達100khz；所述信號調(diào)理模塊13外接一個直流電源；所述信號采集卡14為2路12位模擬輸出，集12位a/d轉(zhuǎn)換器、12位d/a位轉(zhuǎn)換器、16路單端接地的模擬輸入通道、8位或24位并行輸入輸出線及兩路24位定時器與計數(shù)器為一體，支持dma方式和雙緩沖區(qū)模式。

本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為上位機和下位機兩部分，下位機包括測速儀5、旋轉(zhuǎn)編碼器6、電子皮帶秤7、質(zhì)量流量計8、壓力傳感器10五個傳感器11檢測從站，主要完成數(shù)據(jù)采集工作，旋轉(zhuǎn)編碼器6用于測量針輪裝置的轉(zhuǎn)速，dam3070d高頻計數(shù)模塊4是用于測速儀5和旋轉(zhuǎn)編碼器6的增量信號；上位機是放在操作室的工控pc1，是數(shù)據(jù)采集主站，主要負(fù)責(zé)讀取下位機采集的數(shù)據(jù)并進行相應(yīng)的處理和數(shù)據(jù)存儲；傳感器11分布在多處，傳感器11檢測裝置采集各個參數(shù)，通過rs485總線3實時傳輸給主站pc1，并與pc1進行串口通信，將收到的數(shù)據(jù)在pc1上顯示并利用后臺處理軟件進行處理，該系統(tǒng)采用分布式。

在本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，上位機與下位機的通信以主從方式進行，rs485總線1構(gòu)成了主從式的多機串行總線通訊系統(tǒng)，pc1按照通訊協(xié)議向下位機發(fā)送命令，下位機接收到命令后進行各種操作；pc1與各下位機之間的通訊方式采用半雙工方式，每一個下位機被賦予唯一的從站地址，pc1采用輪循的方式在一個固定周期內(nèi)先后訪問5個從站，由pc1輪流向各個從站發(fā)送命令，在其控制下完成與各個下位機模塊的數(shù)據(jù)交換，即上位機向下位機發(fā)送命令，下位機收到指令后作出相應(yīng)的回應(yīng)，每一次通信都是由上位機作為主動方則一直作為被動的服務(wù)器。

rs485總線1通信構(gòu)造簡單、技術(shù)成熟、造價低廉，便于維護，傳輸速度最大為10mbps，最大距離為1200m，是基于modbus協(xié)議的rs485串行總線的通信網(wǎng)絡(luò)，另外，plc2通過串口通信的方式將采集到的數(shù)據(jù)傳給上位機pc1，plc2與pc1之間通過p485ug串口拓展卡12相連。

系統(tǒng)實現(xiàn)對出土量和注漿量的測量，合理的注漿量可以有效減小地層損失率精確測量、控制注漿量對提高施工質(zhì)量、控制地層損失有重要意義，測量出土量主要是在螺旋輸送機出土處安裝測速儀5測量出土口速度，再將速度與出土口的橫截面積進行積分來測量排土體積，另外在皮帶輸送機上安裝模塊式電子皮帶7秤測量土體重量，利用針輪裝置測出土量，即讓土體帶動針輪轉(zhuǎn)動，通過測針輪的轉(zhuǎn)速反推出出土速度，再與出土口橫截面積進行積分運算得出出土體積；測量注漿量主要是通過在注漿泵的兩個管道上都安裝質(zhì)量流量計8和基于注漿壓力與行程的基礎(chǔ)上得到的，因此主要的數(shù)據(jù)需求量包括注漿出口壓力以及注漿泵的行程，壓力值測量采用4-20ma的泥漿壓力傳感器10，采用可編程控制器plc2完成采集工作。

壓力傳感器10已與盾構(gòu)機電氣控制系統(tǒng)的相連該負(fù)責(zé)整臺盾構(gòu)機各傳感器11數(shù)據(jù)采集、邏輯運算和執(zhí)行器控制，采集頻率較低，而高頻采集是實現(xiàn)注漿泵有效行程測量精度的重要保證，因此本系統(tǒng)在壓力傳感器10和plc2之間加裝一個信號隔離器9，實現(xiàn)一路信號輸入兩路信號輸出。

測速儀5與旋轉(zhuǎn)編碼器6均是增量輸出，不支持modbus協(xié)議，因此采用dam3070d高頻計數(shù)模塊4采集測速儀5與旋轉(zhuǎn)編碼器6的增量信號，輸出modbus協(xié)議格式的數(shù)據(jù)傳給上位主站pc1，dam3070d高頻計數(shù)模塊4有2路獨立的32位計數(shù)器，頻率測量范圍最大達到100khz。

由于傳感器11輸出的電信號通常很微弱，并伴有噪聲，因此需要信號調(diào)理模塊13對其進行必要的調(diào)理，傳感器11、信號調(diào)理模塊13、信號采集卡14、pc1之間通過pcmcia接口進行數(shù)據(jù)交換，信號調(diào)理裝置的功能一般有放大、隔離、多路復(fù)用、濾波、激勵和線性化等；信號調(diào)理模塊13主要實現(xiàn)對信號傳感器11采集的原始模擬信號的放大、濾波、隔離、轉(zhuǎn)換等功能，以達到信號采集裝置的采集要求，信號調(diào)理模塊13已內(nèi)裝調(diào)理電路，只需外接一個直流電源即可；考慮到成本和采購方便，本系統(tǒng)選用cm3501信號調(diào)理模塊13，主要功能包括向傳感器11提供恒流供電，增益放大器可對小信號進行放大，提高輸出信號值，低通濾波電路對輸入信號進行階抗混濾波，有效濾除干擾信號。

為便于與軟件集成，本系統(tǒng)還選用多功能數(shù)據(jù)采集6024e信號采集卡14作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備，該板卡可提供數(shù)字觸發(fā)、2路12位模擬輸出、2個24位20mhz計數(shù)器/定時器和8條數(shù)字線，集12位a/d轉(zhuǎn)換器、12位d/a位轉(zhuǎn)換器、16路單端接地的模擬輸入通道、8位或24位并行輸入輸出線(5v、ttl)及兩路24位定時器與計數(shù)器為一體；6024e信號采集卡14支持dma方式和雙緩沖區(qū)模式，保證了實時信號不間斷采集與存儲。在雙極性時，輸入電壓范圍選擇有100mv、1v、10v、20v四種，最高采樣率為200kbit/s，主要完成數(shù)據(jù)采集功能。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。