一种可全方位信息采集的隧道掘进信息采集平台制造技术

本实用新型专利技术提供了一种可全方位信息采集的隧道掘进信息采集平台；包括：现场设备级、现场监控级和远程管理级，所述现场设备级与所述现场监控级通信连接，所述现场监控级与所述远程管理级通信连接；本实用新型专利技术所涉及的隧道掘进信息集成平台，可有效解决隧道掘进机技术领域中基础自动化控制网络与过程和管理控制系统之间的无缝集成问题，满足不同厂家的设备或系统方便地接入同一种开放式互联网络，进而满足隧道掘进机掘进过程中产生的各类数据的实时存取、实时管理以及外网用户远程访问的需求，实现内网与外网的高效互访和数据集成，实现隧道掘进机掘进过程中产生的各类数据的实时采集、高效存取和有效管理，进而确保隧道掘进机的高效安全掘进作业。进机的高效安全掘进作业。进机的高效安全掘进作业。

【技术实现步骤摘要】
一种可全方位信息采集的隧道掘进信息采集平台


[0001]本技术涉及隧道掘进机
；尤其涉及一种可全方位信息采集的隧道掘进信息采集平台。

技术介绍

[0002]随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。控制系统的结构从最初的CCS(计算机集中控制系统)，到第二代的DCS(分散控制系统)，发展到现在流行的FCS(现场总线控制系统)。现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络，是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。本质上属于一种计算机局域网络系统的现场总线控制系统(fieldbus control system,FCS)使用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用。这是继电式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统(DCS)后的新一代控制系统。目前，国际上已知的现场总线类型有40余种，比较典型的现场总线有：FF，PROFIBUS，LonWorks， CAN，HART，CC
‑
LINK等。其中，PRFIBUS的数据传输率较快，SIEMENS自动化设备级通信解决方案——PROFIBUS总线，已被广泛采用，企业的管理人员和技术人员对该总线的调试以及维护有一定了解，在电气传动领域，不管是支流还是交流的传动装置，大多支持PROFIBUS通信。
[0003]工业以太网是将以太网应用于工业控制和管理的局域网技术。传统的控制系统在信息层大都采用以太网，而在控制层和设备层则采用不同的现场总线或其他专用网络。但目前以太网已经渗透到了控制层和设备层，开始成为现场控制网络的一员。现场总线标准的特点是通讯协议比较简单，通讯速率比较低。可随着仪器仪表智能化的提高，传输的数据越来越复杂，甚至传输的是数据文件和Web网页，因而网络传输的高速性以及形式的多样性在控制系统中变得更为重要。但以太网和TCP/IP原本不是面向控制领域的，在体系结构、协议规则、物理介质、数据、软件、适用环境等诸多方面与成熟的自动化解决方案(如PLC、DCS、FCS)相比有很大差异。并且传统以太网采用采用总线式拓扑结构和CSMA/CD在实时性要求较高的场合下，重要数据的传输过程会产生传输延滞，这个现象被称为以太网的不确定性。这是影响以太网长期无法直接进入过程控制领域的重要原因之一。真正意义上的工业以太网能很好地解决实时性问题，可有效解决传统以太网在隧道掘进过程中的应用局限问题。针对上述问题，如何通过工业以太网技术和现场总线控制系统的相互融合，有效解决隧道掘进机
中基础自动化控制网络与过程和管理控制系统之间的无缝集成问题是隧道掘进机
急需解决的技术问题。当前工业以太网技术和现场总线控制系统的优势互补及相互融合已成为自动控制领域的一个发展方向，因此，基于工业以太网技术和现场总线控制系统，提出一种可全方位信息采集的隧道掘进信息采集平台势在必行。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供了一种可全方位信息采集的隧道掘进信息采集平台。本技术所涉及的信息集成平台，可有效解决隧道掘进机
中基础自动化控制网络与过程和管理控制系统之间的无缝集成问题；本技术可满足不同厂家的设备或系统方便地接入同一种开放式互联网络，进而满足隧道掘进机掘进过程中产生的各类数据的实时存取、实时管理以及外网用户远程访问的需求，实现内网与外网的高效互访和数据集成，最终实现与隧道掘进机掘进作业相关的各个子系统的信息集成和控制。
[0005]本技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本技术涉及一种可全方位信息采集的隧道掘进信息采集平台，包括：现场设备级、现场监控级和远程管理级，所述现场设备级与所述现场监控级通信连接，所述现场监控级与所述远程管理级通信连接；
[0007]其中，
[0008]所述现场设备级，用于全面实时感知与隧道掘进机掘进作业相关的各类型信息，并根据现场监控级的控制命令执行掘进过程中的各向动作；其中，所述各类型信息，包括：隧道围岩状态信息、隧道地质预报信息、精细勘探信息、精准衬砌信息、实时掘进效果信息指标、实时掘进参数信息和各设备的状态信息；
[0009]所述现场监控级，用于接收现场设备级发送的与隧道掘进机作业相关的各类型信息并发送至远程管理级，监控隧道掘进机掘进作业过程、隧道掘进机子系统及其他相关系统运行状态、精细勘探信息、精准衬砌信息和地质预报信息；
[0010]所述远程管理级，用于实时存储和管理现场设备级的数据、供远程用户实时监控现场掘进作业数据、与第三方数据库进行实时数据交互、远程调度管理现场隧道掘进机掘进作业。
[0011]优选地，所述隧道围岩状态信息，包括：岩石单轴饱和抗压强度、单位岩体体积的节理数、围岩等级；
[0012]所述隧道地质预报信息，包括：以水平超长钻孔技术为核心的超前地质探测系统探测得到的数据；
[0013]所述精细勘探信息，包括：由水平超长钻孔的隧洞地质勘探技术进行精细地质情况勘探获取的地应力、岩体强度、岩体节理数、地质构造、渗透压力分布信息、围岩等级；
[0014]所述精准衬砌信息，包括：由精准衬砌智能作业系统提供的局部塌方风险的智能评估信息、塌方智能支护决策信息、隧道底部积渣清理信息；
[0015]所述实时掘进参数信息，包括：单刀推力、单刀扭矩、刀盘转速、推进速度、贯入度、总推进力、掘进导向；
[0016]所述各设备的状态信息，包括：设备工况数据信息、设备状态信息、设备报警信息和设备故障信息。
[0017]优选地，所述实时掘进效果信息指标：由如下公式计算得出：
[0018][0019]其中，为平均误差值，由第一误差平均值和所述第二误差平均值进行数字平均运算，第一误差平均值根据预设采集频率采集N次当前周期内掘进方向规划数据与掘进机掘进导向系统掘进方向的实际测量数据的N个相对误差的平均值计算得到，其中，N 为大于
1的正整数；第二误差平均值根据所述误差集合中的所述各个参数对应的N个相对误差计算所述各个参数的。
[0020]优选地，所述现场监控级，包括：主站PLC控制器及主站(从)PLC控制器模块、2 类主站模块，其中，主站PLC控制器及主站(从)PLC控制器模块采用主站+主站(从) 双机热备设计，2类主站模块包含监控站、操作站、操作员接口和编程器。
[0021]优选地，所述远程管理级，包括：远程监控及信息管理模块、远程用户模块和其他远程数据库模块，其中，远程监控及信息管理模块，用于存取来自现场设备级的实时数据并实现现场作业数据的高效管理；远程用户模块为远程用户提供现场作业数据实时访问、浏览和分析功能，也为其他远程数据库与现场作业数据库模块之间的数据集成及访问提供支持，其他远程数据库模块给现场作业本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可全方位信息采集的隧道掘进信息集成平台，其特征在于，包括：现场设备级、现场监控级和远程管理级，所述现场设备级与所述现场监控级通信连接，所述现场监控级与所述远程管理级通信连接；其中，所述现场设备级，用于全面实时感知与隧道掘进机掘进作业相关的各类型信息，并根据现场监控级的控制命令执行掘进过程中的各向动作；其中，所述各类型信息，包括：隧道围岩状态信息、隧道地质预报信息、精细勘探信息、精准衬砌信息、实时掘进效果信息指标、实时掘进参数信息和各设备的状态信息；所述现场监控级，用于接收现场设备级发送的与隧道掘进机作业相关的各类型信息并发送至远程管理级，监控隧道掘进机掘进作业过程、隧道掘进机子系统及其他相关系统运行状态、精细勘探信息、精准衬砌信息和地质预报信息；所述远程管理级，用于实时存储和管理现场设备级的数据、供远程用户实时监控现场掘进作业数据、与第三方数据库进行实时数据交互、远程调度管理现场隧道掘进机掘进作业。2.根据权利要求1所述的可全方位信息采集的隧道掘进信息集成平台，其特征在于，所述隧道围岩状态信息，包括：岩石单轴饱和抗压强度、单位岩体体积的节理数、围岩等级；所述隧道地质预报信息，包括：以水平超长钻孔技术为核心的超前地质探测系统探测得到的数据；所述精细勘探信息，包括：由水平超长钻孔的隧洞地质勘探技术进行精细地质情况勘探获取的地应力、岩体强度、岩体节理、地质构造、渗透压力分布信息、围岩等级；所述精准衬砌信息，包括：由精准衬砌智能作业系统提供的局部塌方风险的智能评估信息、塌方智能支护决策信息、隧道底部积渣清理信息；所述实时掘进参数信息，包括：单刀推力、单刀扭矩、刀盘转速、推进速度、贯入度、总推进力、掘进导向；所述各设备的状态信息，包括：设备工况数据信息、设备状态信息、设备报警信息和设备故障信息。3.根据权利要求1所述的可全方位信息采集的隧道掘进信息集成平台，其特征在于，所述实时掘进效果信息指标：由如下公式计算得出：其中，为平均误差值，由第一误差平均值和第二误差平均值进行数字平均运算，第一误差平均值根据预设采集频率采集N次当前周期内掘进方向规划数据与掘进机掘进导向系统掘进方向的实际测量数据的N个相对误差的平均值计算得到，其中，N为大于1的正整数；第二误差平均值根据误差集合中的各个参数对应的N个相对误差计算各个参数的。4.根据权利要求1所述的可全方位信息采集的隧道掘进信息集成平台，其特征在于，所述现...

【专利技术属性】
技术研发人员：李超毅，张庆龙，秦鹏翔，李庆斌，李邵军，张庆松，韩志杰，刘晓丽，徐千军，
申请(专利权)人：华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司，
类型：新型
国别省市：