一种盾构机远程数据采集传输装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种盾构机远程数据采集传输装置及方法，用于解决现有盾构机数据采集不安全、成本高、步骤繁多、不智能等问题；装置包括主控制单元、通讯模块和监测模块，监测模块包括主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块和管片运输车监测模块。本发明专利技术采集数据采用嵌入式技术和模块化设计、集成化程度高，体积小，价格低，拆装方便；采用标准的数据接口，支持有线、无线等多种方式完成数据传输任务；采用嵌入式软件，通过加密算法完成数据通讯，只开放特定端口和所需数据只读权限，保障数据和盾构机安全。

A remote data acquisition and transmission device and method for shield machine

The invention provides a shield machine remote data acquisition and transmission device and method, which is used to solve the problems of existing shield machine data acquisition, such as unsafe, high cost, various steps, and non-intelligent, etc. The device comprises a main control unit, a communication module and a monitoring module, and the monitoring module includes a host monitoring module, a cutter head monitoring module and a bubble. Foam monitoring module, bentonite monitoring module, Grouting Monitoring module, screw conveyor monitoring module, belt machine monitoring module, segment assembly machine monitoring module, segment crane monitoring module, segment car monitoring module and segment transport vehicle monitoring module. The method adopts embedded technology and modular design, high integration degree, small volume, low price, convenient disassembly and assembly; adopts standard data interface, supports wired, wireless and other ways to complete data transmission tasks; adopts embedded software, completes data communication through encryption algorithm, and only opens a specific end. The right and the required data read only to ensure data and shield safety.

【技术实现步骤摘要】
一种盾构机远程数据采集传输装置及方法
本专利技术涉及隧道装备数据采集传输的
，尤其涉及一种盾构机远程数据采集传输装置及方法。
技术介绍
盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机。随着国家基础建设的发展，隧道工程也逐步增多，盾构法施工较传统施工工艺有更大优势，在行业内得到了越来越广泛的应用。但是，目前隧道内工况较为复杂，网络环境较差，如何保证盾构机掘进过程所产生的数据能够安全、稳定的传输至公网是几个亟待解决的问题。目前，行业内普遍采用的数据采集传输方法是在主控室工控机上写数据采集传输程序，将数据传输至公网，但这样做潜在的风险首先是将工控机暴露在公网之中，随时有可能被黑客攻击，无法保证数据甚至PLC和整个盾构机的安全、稳定，其次工控软件和数据采集软件在一台工控机上工作，影响工控机工作效率，存在软件安全隐患，再次现有安装在工控机上的数据采集软件需要依赖有线网络或者单独购买无线硬件，增加了数据采集的成本，增加的步骤同时也增加了出问题的概率。
技术实现思路
针对现有盾构机数据采集不安全、成本高、步骤繁多、不智能等问题，不能满足现有盾构机远程数据采集传输需求的技术问题，本专利技术提出一种盾构机远程数据采集传输装置及方法，能够准确、实时、全面的获取盾构机工作过程中所有数据的采集，所采集数据可被用作实时展示、大数据分析、智能控制算法研究。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种盾构机远程数据采集传输装置，包括主控制单元、通讯模块和监测模块，监测模块包括主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块和管片运输车监测模块，通讯模块、主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块和管片运输车监测模块均与主控制单元相连接，通讯模块与数据处理中心相连接。所述主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块、管片运输车监测模块采集的模拟量通过模数转换模块与主控制单元相连接，主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块、管片运输车监测模块采集的数字量直接与主控制单元相连接。所述主控制单元为MCU模块，MCU模块包括ARM处理器、稳压供电电路、复位电路、外设接口和通讯接口，ARM处理器分别与稳压供电电路、复位电路、外设接口和通讯接口相连接，外设接口为监测模块的传感器提供数据采集接口，通讯接口与通讯模块相连接。所述通讯接口包括WIFI通讯接口、以太网接口、3G网络接口和4G网络接口，WIFI通讯接口、以太网接口、3G网络接口和4G网络接口均与ARM处理器相连接；所述通讯模块包括与通讯接口相匹配的WIFI通讯模块、3G通讯模块、4G通讯模块和以太网通讯接口。所述模数转换模块包括若干路24位精密数模转换处理芯片和外围电路，外围电路为数模转换处理芯片提供稳定电压。所述主控制单元与若干个子控制单元相连接，主控制单元与若干个子控制单元协同工作，子控制单元为MCU模块，MCU模块通过通讯模块与路由器相连接，路由器通过公共网络与远程的数据处理中心相连接，主控制单元和若干个子控制单元均与主控室上位机系统相连接。所述主控制单元按照统一标准格式对采集的数据进行打包传输，数据包以Creg+特定字符开头、以CregEnd+特定字符结尾、以特殊符号结束。所述主控制单元搭载的系统内核为linux-3.2.0，数据包传输的关键密码加密方法采用RSA加密算法。所述主机监测模块包括主机推进速度传感器、推进压力传感器和当前姿态传感器，主机推进速度传感器用于监测当前主机的工作速度，推进压力传感器用于监测当前主机推进压力，当前姿态传感器用于监测当前主机当前的位置偏转量；刀盘监测模块包括刀盘转速传感器、刀盘扭矩传感器、刀盘功率传感器，刀盘转速传感器用于监测当前刀盘旋转速度，刀盘扭矩传感器用于监测当前刀盘扭矩，刀盘功率传感器用于监测刀盘当前功率。所述泡沫监测模块包括：若干路泡沫启停控制、泡沫原液流量传感器、泡沫原液启停控制、泡沫混合液流量传感器、泡沫原液启停控制、水流量传感器，若干路泡沫启停控制和泡沫原液启停控制通过控制泡沫泵实现，泡沫泵由电机I带动，通过主控室上位机系统将控制信号下发给MCU模块，再由MCU模块控制电机I，实现对泡沫泵的启停动作，从而控制泡沫原液与水的比例；所述膨润土监测模块包括若干路膨润土启停控制和膨润土流量传感器，膨润土启停控制通过控制膨润土泵实现，膨润土泵由电机II带动，通过主控室上位机系统将控制信号下发给MCU模块，再由MCU模块控制电机II，实现对膨润土的启停动作；所述注浆监测模块包括若干路注浆启停控制、多路注浆流量传感器，注浆启停控制通过控制注浆泵实现，注浆泵由电机III带动，通过主控室上位机系统将控制信号下发给MCU模块，再由MCU模块控制电机III，实现对注浆的启停动作；所述螺旋输送机监测模块包括螺旋输送机启停控制、传输方向控制、螺旋输送机转速传感器、扭矩传感器、压力传感器，螺旋输送机启停控制和传输方向控制通过调节螺旋输送机实现，螺旋输送机由电机IV驱动，通过主控室上位机系统将控制信号下发给MCU模块，再由MCU模块控制电机IV，实现对螺旋输送机启停的控制，通过电机IV的正反转实现螺旋输送机传输方向控制；所述皮带机监测模块：皮带机启停控制、传输方向控制、皮带机速度传感器，皮带机启停控制和传输方向控制通过调节皮带机实现，皮带机由电机V驱动，通过主控室上位机系统将控制信号下发给MCU模块，再由MCU模块控制电机V，实现对皮带机启停的控制，通过电机V的正反转实现皮带机传输方向控制。所述管片拼装机监测模块包括管片拼装机平移控制、旋转控制、红蓝缸伸缩控制、伸缩速度传感器、管片拼装机抓举头控制、伸缩速度传感器，管片拼装机平移控制、旋转控制、红蓝缸伸缩控制、管片拼装机抓举头控制通过控制管片拼装机实现，管片拼装机通过主控室上位机系统将控制信号下发给MCU模块，MCU模块控制管片拼装机平移、旋转和红蓝缸伸缩，实现管片的各个方向纬度的调整，通过调节抓举头实现对管片的抓取释放；或由现场无线遥控器现场控制，自由切换控制权；所述管片吊机监测模块包括管片吊机平移控制、伸缩控制、管片吊机伸缩速度传感器，管片吊机平移控制、伸缩控制通过控制管片吊机实现，管片吊机通过主控室上位机系统将控制信号下发给MCU模块，MCU模块通过控制管片吊机平移、旋转实现管片的各个方向纬度的调整，通过抓举头实现对管片的抓取释放；所述管片小车监测模块包括管片小车平移控制、上下控制、管片小车平移速度传感器、上下速度传感器，管片小车平移控制、上下控制通过控制管片小车实现，管片小车通过主控室上位机系统将控制信号下发给MCU模块，MCU模块通过控制管片小车平移和上下调节实现管片的各个方向纬度的调整，将管片推送到管片拼装机处；所述管片运输车监测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，包括主控制单元、通讯模块和监测模块，监测模块包括主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块和管片运输车监测模块，通讯模块、主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块和管片运输车监测模块均与主控制单元相连接，通讯模块与数据处理中心相连接。

【技术特征摘要】
1.一种盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，包括主控制单元、通讯模块和监测模块，监测模块包括主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块和管片运输车监测模块，通讯模块、主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块和管片运输车监测模块均与主控制单元相连接，通讯模块与数据处理中心相连接。2.根据权利要求1所述的盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，所述主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块、管片运输车监测模块采集的模拟量通过模数转换模块与主控制单元相连接，主机监测模块、刀盘监测模块、泡沫监测模块、膨润土监测模块、注浆监测模块、螺旋输送机监测模块、皮带机监测模块、管片拼装机监测模块、管片吊机监测模块、管片小车监测模块、管片运输车监测模块采集的数字量直接与主控制单元相连接。3.根据权利要求1所述的盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，所述主控制单元为MCU模块，MCU模块包括ARM处理器、稳压供电电路、复位电路、外设接口和通讯接口，ARM处理器分别与稳压供电电路、复位电路、外设接口和通讯接口相连接，外设接口为监测模块的传感器提供数据采集接口，通讯接口与通讯模块相连接。4.根据权利要求3所述的盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，所述通讯接口包括WIFI通讯接口、以太网接口、3G网络接口和4G网络接口，WIFI通讯接口、以太网接口、3G网络接口和4G网络接口均与ARM处理器相连接；所述通讯模块包括与通讯接口相匹配的WIFI通讯模块、3G通讯模块、4G通讯模块和以太网通讯接口。5.根据权利要求2所述的盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，所述模数转换模块包括若干路24位精密数模转换处理芯片和外围电路，外围电路为数模转换处理芯片提供稳定电压。6.根据权利要求1所述的盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，所述主控制单元与若干个子控制单元相连接，主控制单元与若干个子控制单元协同工作，子控制单元为MCU模块，MCU模块通过通讯模块与路由器相连接，路由器通过公共网络与远程的数据处理中心相连接，主控制单元和若干个子控制单元均与主控室上位机系统相连接。7.根据权利要求1所述的盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，所述主控制单元按照统一标准格式对采集的数据进行打包传输，数据包以Creg+特定字符开头、以CregEnd+特定字符结尾、以特殊符号结束。8.根据权利要求7所述的盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，所述主控制单元搭载的系统内核为linux-3.2.0，数据包传输的关键密码加密方法采用RSA加密算法。9.根据权利要求1所述的盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，所述主机监测模块包括主机推进速度传感器、推进压力传感器和当前姿态传感器，主机推进速度传感器用于监测当前主机的工作速度，推进压力传感器用于监测当前主机推进压力，当前姿态传感器用于监测当前主机当前的位置偏转量；刀盘监测模块包括刀盘转速传感器、刀盘扭矩传感器、刀盘功率传感器，刀盘转速传感器用于监测当前刀盘旋转速度，刀盘扭矩传感器用于监测当前刀盘扭矩，刀盘功率传感器用于监测刀盘当前功率。10.根据权利要求1所述的盾构机远程数据采集传输装置，其特征在于，所述泡沫监测模块包括：若干路泡沫启停控制、泡沫原液流量传感器、泡沫原液启停控制、泡沫混合液流量传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐剑安，焦妮，张杨杨，秦志远，刘恒超，王会朴，朱永超，荆留杰，徐受天，于太彰，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41