土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置以及操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置，包括主机模块，所述主机模块包括电源模块、传感信号采集模块、信号处理模块和外设接口模块；电源模块包括220V电源模块和与220V电源模块连接的DC5V电源模块，信号处理模块包括与DC5V电源模块连接的CPU模块，与CPU模块分别连接的A/D转换模块和外设接口模块。本发明专利技术可提升泡沫系统发泡质量和运行能耗比，降低能耗，节约能源资源，经济效益和社会效益巨大。会效益巨大。会效益巨大。

【技术实现步骤摘要】
土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置以及操作方法


[0001]本专利技术涉及土压平衡盾构掘进过程中信号检测及传动设备自动控制
，具体涉及土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置以及操作方法。

技术介绍

[0002]现代交通运输业的快速发展，给人们的出行带来了很大的便利。土压平衡盾构在地下隧道施工建设过程中起着关键放入作用，极大地提高了施工安全性和施工效率，尤其是在城市轨道交通建设过程中土压平衡盾构在施工过程中发挥着巨大的作用。
[0003]由于土压平衡盾构施工的作业环境工况复杂，泡沫系统是土压平衡盾构正常作业的关键设备，泡沫系统工艺是盾构法隧道施工过程中的一道关键工序，泡沫是一种调节介质，由发泡剂与水的混合液和压缩空气相混合，经泡沫发生器发泡成30～400um微细乳状泡沫，注入到刀盘切削面和渣土舱，有序改良渣土并通过螺旋输送机顺利排出，保持刀盘切削面稳定，经泡沫调节后的土壤具有良好的流动性和塑性以及防水渗透性，同时大大降低了刀盘扭矩，减少了刀具的磨损。因此，泡沫系统正常、高效运转为土压平衡盾构安全、经济施工作业提供了可靠保障。
[0004]鉴于土压平衡盾构设备空间限制，泡沫系统管路布置路线、结构复杂，现有泡沫系统是一般布置4路（根据刀盘直径变化会有所调整），泡沫系统的操作方式有三种，分别是手动模式、半自动模式和自动模式，由于泡沫系统形成泡沫的过程受到压缩空气温度、工业水温度等因素的影响，泡沫系统温度的变化对土压平衡盾构施工过程泡沫系统发泡率有一定影响，无法通过压缩空气温度变化检测提升泡沫系统质量。
[0005]泡沫系统的手动模式、半自动模式和自动模式因土压平衡盾构施工环境地质变化而对应调整。泡沫发泡过程参数柔性控制，发出的泡沫致密细腻，有张力，有粘力，存在时间长，能充分融入渣土，起到了改善渣土，保护刀具的作用，反之，则出现渣土改善效果不理想，无法保护刀具的作用。
[0006]目前存在的问题是泡沫系统整体智能化程度低，土压平衡盾构掘进过程工艺控制能耗比不明显，造成能耗浪费较大，在全球节能减排的大背景下尤其不合时宜。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置和该控制装置的操作方法，可提升泡沫系统发泡质量和运行能耗比，降低能耗，节约能源资源，净化大气空气环境。
[0008]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置，包括主机模块，所述主机模块包括电源模块、传感信号采集模块、信号处理模块和外设接口模块；所述电源模块包括220V电源模块和与220V电源模块连接的DC5V电源模块，所述信号处理模块包括与DC5V电源模块
连接的CPU模块，与CPU模块分别连接的A/D转换模块和外设接口模块。
[0009]优选的，所述传感信号采集模块包括与DC5V电源模块连接的泡沫压力传感器和温度传感器，以及与泡沫压力传感器和温度传感器相连的接口模块。
[0010]优选的，所述接口模块为可扩展接口类型，包括采集线束和传输线束。
[0011]优选的，所述外设接口模块包括与CPU模块分别相连的存储数据模块、传动设备通讯模块和PLC现场总线通讯模块。
[0012]一种土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置的操作方法，包括以下步骤：（1）泡沫压力传感器和温度传感器进行信号采集，通过采集线束和传输线束传输到信号处理模块，再通过PLC现场总线通讯模块提取土压平衡盾构机器参数，并进行本地存储；（2）传感信号采集模块采集到的信号到信号处理模块的A/D转换模块进行信号去噪、异常数据剔除、多组加权平均处理；（3）CPU模块对信号处理模块的A/D转换模块输出信号进行处理，将处理结果推送至本地存储或与PLC现场总线通讯模块相连的扩展模块进行二次数据处理。
[0013]本专利技术的有益效果是：本专利技术可实现土压平衡盾构设备在掘进状态、停机状态、拼装状态的泡沫系统结合算法模型与泡沫系统的控制参数自适应匹配，与土压平衡盾构设备运行参数相关联，依据土压平衡盾构工艺操作状态，有效结合工艺状态对应系统泡沫输送管路长度，关联泡沫系统各路压缩空气衰减系数，使泡沫系统运行状态满足工艺状态使用和节能的智能控制装置，本专利技术装置系统响应快、便于调试、成本低，能够有效解决当前泡沫系统简单的分级变频控制或无变频控制的技术尴尬境地，建立泡沫系统发泡质量与土压平衡盾构掘进参数的关联模型，提升泡沫系统发泡质量和运行能耗比，降低能耗，节约能源资源，经济效益和社会效益巨大。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的结构框图；图2为本专利技术操作方法流程图；图3为本专利技术采集信息软件处理算法流程图。
[0015]图中：1
‑
1泡沫压力传感器，1
‑
2温度传感器，2采集线束，3传输线束，4 CPU模块，5 PLC现场总线通讯模块。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。
[0017]实施例1如图1所示，土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置，包括主机模块，主机模块包括电源模块、传感信号采集模块、信号处理模块和外设接口模块。
[0018]电源模块包括220V电源模块和与220V电源模块连接的DC5V电源模块。
[0019]传感信号采集模块包括与DC5V电源模块连接的泡沫压力传感器1
‑
1和温度传感器
1
‑
2，以及与泡沫压力传感器1
‑
1和温度传感器1
‑
2相连的接口模块。接口模块为可扩展接口类型，包括采集线束2和传输线束3。
[0020]信号处理模块包括与DC5V电源模块连接的CPU模块4，与CPU模块4分别连接的A/D转换模块和外设接口模块。
[0021]外设接口模块包括与CPU模块分别相连的存储数据模块、传动设备通讯模块和PLC现场总线通讯模块5。
[0022]CPU型号：TI公司的TMS320DSC2X，内置ARM和DSP结构的芯片，内置A/D转换功能。
[0023]泡沫压力传感器：麦克自动化公司，MPM480型压阻式压力变送器，规格指标量程：
‑
0.1MPa0MPa～0.01MPa100MPa 过压：1.5倍满量程压力或110MPa(取最小值)。
[0024]温度传感器：麦克自动化公司，一体化超小型模块，通用性强。二线制4～20mADC输出。传输距离远，抗干扰能力强。冷端、温漂、非线性自动补偿。测量精度高，长期稳定性好。
[0025]PLC型号为西门子S7
‑
300PLC。
[0026]存储模块：AT45DB Flash存储模块。
[0027]传动设备通讯模块：RJ45。
[0028]温度传感器与泡沫压力传感器的安装位置：均安装在压缩空气系统出口位置。
[0029]传感信号采集模块的信号通过信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置，其特征在于，包括主机模块，所述主机模块包括电源模块、传感信号采集模块、信号处理模块和外设接口模块；所述电源模块包括220V电源模块和与220V电源模块连接的DC5V电源模块，所述信号处理模块包括与DC5V电源模块连接的CPU模块，与CPU模块分别连接的A/D转换模块和外设接口模块。2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置，其特征在于，所述传感信号采集模块包括与DC5V电源模块连接的泡沫压力传感器和温度传感器，以及与泡沫压力传感器和温度传感器相连的接口模块。3.根据权利要求2所述的土压平衡盾构泡沫系统多模式融合智能控制装置，其特征在于，所述接口模块为可扩展接口类型，包括采集线束和传输线束。4.根据权利要求1所述的土压平衡盾构泡沫...

【专利技术属性】
技术研发人员：张合沛，赵毅，陈桥，赵旭，周孟佳，贾苗，张辽，王玉祥，夏站辉，李叔敖，谭毓安，张斌，郁凯旋，周振建，张亚林，徐克洋，颜金泽，梅晓海，丁海玲，刘振辉，何蒙蒙，
申请(专利权)人：盾构及掘进技术国家重点实验室，
类型：发明
国别省市：