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(jī)是一種超大型隧道掘進(jìn)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(cè)設(shè)備的模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集信息的過(guò)程。為了讓地面施工人員乃至遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場(chǎng)的管理人員能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地查看隧道內(nèi)盾構(gòu)機(jī)的工作狀態(tài)、掘進(jìn)參數(shù)和運(yùn)行記錄，保障盾構(gòu)施工更加穩(wěn)定、高效、安全地進(jìn)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(jī)施工管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。

申請(qǐng)公布號(hào)為cn102562085a，申請(qǐng)日為20101223的本發(fā)明公開了一種基于scada系統(tǒng)的盾構(gòu)機(jī)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(jī)各項(xiàng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并控制、實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)一對(duì)對(duì)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(shí)施監(jiān)控，同時(shí)通過(guò)路由器向局域網(wǎng)發(fā)布，通過(guò)路由端口開放后向網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控和實(shí)時(shí)觀測(cè)到盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行狀況。本方案實(shí)現(xiàn)了web發(fā)布，為遠(yuǎn)程診斷設(shè)備故障、分析運(yùn)行參數(shù)帶來(lái)可能，對(duì)項(xiàng)目部施工質(zhì)量的集中監(jiān)控提供平臺(tái)。

申請(qǐng)公布號(hào)為cn105006131a，申請(qǐng)日為20150730的發(fā)明公開了一種基于手機(jī)的盾構(gòu)機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括盾構(gòu)上位機(jī)、交換機(jī)、無(wú)線路由器、手機(jī)和遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器。本方案使手機(jī)在隧道內(nèi)利用wifi信號(hào)采集盾構(gòu)上位機(jī)中的數(shù)據(jù)，當(dāng)手機(jī)帶到隧道外時(shí)可通過(guò)移動(dòng)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(wú)線路由器即時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和手機(jī)應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

然而上述方案仍存在以下問(wèn)題:1.盾構(gòu)在施工過(guò)程中會(huì)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(jìn)過(guò)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(hào)通常很微弱，并伴有噪聲，需要對(duì)其進(jìn)行必要的調(diào)理。

技術(shù)實(shí)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(wèn)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(cè)地層損失的功能，且具有抗干擾能力強(qiáng)、自動(dòng)化水平高特點(diǎn)。

為實(shí)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(guò)r485總線連接plc，所述plc與pc之間通過(guò)p485ug串口拓展卡相連，所述傳感器包括測(cè)速儀、旋轉(zhuǎn)編碼器、電子皮帶秤、質(zhì)量流量計(jì)、壓力傳感器，所述測(cè)速儀、旋轉(zhuǎn)編碼器連接高頻計(jì)數(shù)模塊，所述plc與壓力傳感器設(shè)有信號(hào)隔離器，所述傳感器通過(guò)pcmcia接口連接信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集卡至pc，所述測(cè)速儀安裝于螺旋輸送機(jī)出土口處，所述電子皮帶秤安裝于皮帶輸送機(jī)上，所述質(zhì)量流量計(jì)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(hào)調(diào)理模塊選用cm3501信號(hào)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(jì)數(shù)模塊選用dam3070d高頻計(jì)數(shù)模塊，有2路獨(dú)立的32位計(jì)數(shù)器，頻率測(cè)量范圍達(dá)100khz。

優(yōu)選的，所述信號(hào)調(diào)理模塊外接一個(gè)直流電源。

優(yōu)選的，所述信號(hào)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(shí)器與計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)出土量和注漿量的測(cè)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(jī)包括測(cè)速儀、旋轉(zhuǎn)編碼器、電子皮帶秤、質(zhì)量流量計(jì)、壓力傳感器，主要完成數(shù)據(jù)采集工作，高頻計(jì)數(shù)模塊是用于測(cè)速儀和旋轉(zhuǎn)編碼器的增量信號(hào)，plc與pc之間通過(guò)p485ug串口拓展卡相連，且在壓力傳感器和新增之間加裝一個(gè)信號(hào)隔離器，實(shí)現(xiàn)一路信號(hào)輸入兩路信號(hào)輸出，完成高頻采集，傳感器和pc間添加cm3501信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)采集卡，向傳感器提供恒流供電，增益放大器可對(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大，提高輸出信號(hào)值，有效濾除干擾信號(hào)。

附圖說(shuō)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(hào)調(diào)理模塊與信號(hào)采集卡連接示意圖。

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

具體實(shí)施方式

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

請(qǐng)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(guò)r485總線3連接plc2，所述plc2與pc1之間通過(guò)p485ug串口拓展卡12相連，所述傳感器11包括測(cè)速儀5、旋轉(zhuǎn)編碼器6、電子皮帶秤7、質(zhì)量流量計(jì)8、壓力傳感器10，所述測(cè)速儀5、旋轉(zhuǎn)編碼器6連接高頻計(jì)數(shù)模塊4，所述plc2與壓力傳感器10設(shè)有信號(hào)隔離器9，所述傳感器11通過(guò)pcmcia接口連接信號(hào)調(diào)理模塊13、信號(hào)采集卡14至pc1，所述測(cè)速儀5安裝于螺旋輸送機(jī)出土口處，所述電子皮帶秤7安裝于皮帶輸送機(jī)上，所述質(zhì)量流量計(jì)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(hào)調(diào)理模塊13選用cm3501信號(hào)調(diào)理模塊，壓力傳感器10選用zfby3801壓力傳感器；所述高頻計(jì)數(shù)模塊4選用dam3070d高頻計(jì)數(shù)模塊，有2路獨(dú)立的32位計(jì)數(shù)器，頻率測(cè)量范圍達(dá)100khz；所述信號(hào)調(diào)理模塊13外接一個(gè)直流電源；所述信號(hào)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(shí)器與計(jì)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(jī)和下位機(jī)兩部分，下位機(jī)包括測(cè)速儀5、旋轉(zhuǎn)編碼器6、電子皮帶秤7、質(zhì)量流量計(jì)8、壓力傳感器10五個(gè)傳感器11檢測(cè)從站，主要完成數(shù)據(jù)采集工作，旋轉(zhuǎn)編碼器6用于測(cè)量針輪裝置的轉(zhuǎn)速，dam3070d高頻計(jì)數(shù)模塊4是用于測(cè)速儀5和旋轉(zhuǎn)編碼器6的增量信號(hào)；上位機(jī)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(jī)采集的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；傳感器11分布在多處，傳感器11檢測(cè)裝置采集各個(gè)參數(shù)，通過(guò)rs485總線3實(shí)時(shí)傳輸給主站pc1，并與pc1進(jìn)行串口通信，將收到的數(shù)據(jù)在pc1上顯示并利用后臺(tái)處理軟件進(jìn)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(jī)與下位機(jī)的通信以主從方式進(jìn)行，rs485總線1構(gòu)成了主從式的多機(jī)串行總線通訊系統(tǒng)，pc1按照通訊協(xié)議向下位機(jī)發(fā)送命令，下位機(jī)接收到命令后進(jìn)行各種操作；pc1與各下位機(jī)之間的通訊方式采用半雙工方式，每一個(gè)下位機(jī)被賦予唯一的從站地址，pc1采用輪循的方式在一個(gè)固定周期內(nèi)先后訪問(wèn)5個(gè)從站，由pc1輪流向各個(gè)從站發(fā)送命令，在其控制下完成與各個(gè)下位機(jī)模塊的數(shù)據(jù)交換，即上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送命令，下位機(jī)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(jī)作為主動(dòng)方則一直作為被動(dòng)的服務(wù)器。

rs485總線1通信構(gòu)造簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、造價(jià)低廉，便于維護(hù)，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(guò)串口通信的方式將采集到的數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)pc1，plc2與pc1之間通過(guò)p485ug串口拓展卡12相連。

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)出土量和注漿量的測(cè)量，合理的注漿量可以有效減小地層損失率精確測(cè)量、控制注漿量對(duì)提高施工質(zhì)量、控制地層損失有重要意義，測(cè)量出土量主要是在螺旋輸送機(jī)出土處安裝測(cè)速儀5測(cè)量出土口速度，再將速度與出土口的橫截面積進(jìn)行積分來(lái)測(cè)量排土體積，另外在皮帶輸送機(jī)上安裝模塊式電子皮帶7秤測(cè)量土體重量，利用針輪裝置測(cè)出土量，即讓土體帶動(dòng)針輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)測(cè)針輪的轉(zhuǎn)速反推出出土速度，再與出土口橫截面積進(jìn)行積分運(yùn)算得出出土體積；測(cè)量注漿量主要是通過(guò)在注漿泵的兩個(gè)管道上都安裝質(zhì)量流量計(jì)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(cè)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(jī)電氣控制系統(tǒng)的相連該負(fù)責(zé)整臺(tái)盾構(gòu)機(jī)各傳感器11數(shù)據(jù)采集、邏輯運(yùn)算和執(zhí)行器控制，采集頻率較低，而高頻采集是實(shí)現(xiàn)注漿泵有效行程測(cè)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(gè)信號(hào)隔離器9，實(shí)現(xiàn)一路信號(hào)輸入兩路信號(hào)輸出。

測(cè)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(jì)數(shù)模塊4采集測(cè)速儀5與旋轉(zhuǎn)編碼器6的增量信號(hào)，輸出modbus協(xié)議格式的數(shù)據(jù)傳給上位主站pc1，dam3070d高頻計(jì)數(shù)模塊4有2路獨(dú)立的32位計(jì)數(shù)器，頻率測(cè)量范圍最大達(dá)到100khz。

由于傳感器11輸出的電信號(hào)通常很微弱，并伴有噪聲，因此需要信號(hào)調(diào)理模塊13對(duì)其進(jìn)行必要的調(diào)理，傳感器11、信號(hào)調(diào)理模塊13、信號(hào)采集卡14、pc1之間通過(guò)pcmcia接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，信號(hào)調(diào)理裝置的功能一般有放大、隔離、多路復(fù)用、濾波、激勵(lì)和線性化等；信號(hào)調(diào)理模塊13主要實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)傳感器11采集的原始模擬信號(hào)的放大、濾波、隔離、轉(zhuǎn)換等功能，以達(dá)到信號(hào)采集裝置的采集要求，信號(hào)調(diào)理模塊13已內(nèi)裝調(diào)理電路，只需外接一個(gè)直流電源即可；考慮到成本和采購(gòu)方便，本系統(tǒng)選用cm3501信號(hào)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(duì)小信號(hào)進(jìn)行放大，提高輸出信號(hào)值，低通濾波電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行階抗混濾波，有效濾除干擾信號(hào)。

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(hào)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(gè)24位20mhz計(jì)數(shù)器/定時(shí)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(shí)器與計(jì)數(shù)器為一體；6024e信號(hào)采集卡14支持dma方式和雙緩沖區(qū)模式，保證了實(shí)時(shí)信號(hào)不間斷采集與存儲(chǔ)。在雙極性時(shí)，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(shí)施例，對(duì)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(duì)這些實(shí)施例進(jìn)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。