CN106325149B - 土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法，基于采集处理系统实现，该系统包含信号处理单元、电源模块、显示单元及接口单元、A/D转换模块、及CPU控制模块；CPU控制模块包含负载模式判断单元、数据优化单元及数据修正单元，负载模式判断单元，初始化皮带输送机空载状态下的张力数据C，并根据负载吨位判断其工作模式；数据优化单元，根据传感器数据获取张力最优值D；数据修正单元，对张力数据C与张力最优值D进行比较并进行PID调节处理。本发明通过张力传感器分组同步数据采集，利用模糊控制算法及PID调节进行数据处理，根据皮带输送机实时工作载荷调整其转速，控制精准，便于施工现场进行操作，达到节能降耗的目的。

Description

土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理 方法

技术领域

本发明属于盾构信号检测及智能控制技术领域，特别涉及一种土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法。

背景技术

随着现代社会的不断发展与进步，特别是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。谈到现代交通运输业的快速发展，就不得不提到在地下隧道施工建设过程中起着关键作用的盾构，利用盾构技术，极大地提高了施工安全性和施工效率，尤其对于一些地质比较复杂的地区，盾构在施工过程中发挥着巨大的作用。由于现有土压平衡盾构的皮带输送机均采用传统的主控室和现场两种控制模式，主控室和现场主要是控制启动、停止及人为转速调节等；但，在现场实际掘进过程中存在皮带输送机经常性高速运转，主控室和现场人为控制精度不到位的情况经常发生，且有较严重的能耗损失，在全球节能减排的大背景下尤其不合时宜。

因此，提供一种能够在地下复杂工况环境下，提高土压平衡盾构皮带输送机的智能控制水平，便于施工现场进行操作，同时达到节能降耗的目的控制系统，已经是一个值得研究的问题。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明提供一种土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法，能够有效地对土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机的张力、工作状态信息进行采集处理，剔除杂波信号，得到真实反应皮带输送机状态的信号，从而能够进行分析评定，并利用PID调节、模糊控制算法进行数据处理，通过现场总线与土压平衡盾构主控室PLC数据通讯，根据皮带输送机实时工作载荷调整其转速，控制精准，减少现场人为控制精度不到位的情况，便于施工现场进行操作，达到节能降耗的目的。

按照本发明所提供的设计方案， 一种土压平衡盾构皮带输送机数据采集处理系统，包含信号采集单元、信号处理单元、电源模块、显示单元及接口单元，信号处理单元包含A/D转换模块、及与盾构主控制室PLC相信号连接的CPU控制模块；接口单元包含分别与CPU控制模块相连接的通讯接口模块、操作按钮控制模块、数据存储模块；CPU控制模块包含负载模式判断单元、数据优化单元及数据修正单元，其中，负载模式判断单元，初始化皮带输送机空载状态下的张力数据C，并根据皮带输送机负载吨位判断其工作模式为负载模式或空载模式；数据优化单元，根据接收到的传感器数据获取张力最优值D；数据修正单元，对张力数据C与张力最优值D进行比较并进行PID调节处理。

上述的，信号采集单元为设置在皮带输送机被测构件上的N个张力传感器，其中，N为大于1的整数；显示单元为与CPU控制模块相信号连接的液晶显示屏。

优选的，数据优化单元，分别对间隔n秒接收到的传感器分组数据求解平均值，并与实际张力值进行比对获取张力最优值D，其中，传感器分组数据中每组传感器数据为同一时间接收到的N个张力传感器数据，n为正数。

上述的，所述数据修正单元中进行比较并进行PID调节处理锯具体包含内容如下：根据张力数据C与张力最优值D，若D小于C，则根据模糊控制算法对历史参数或张力数据C进行PID调节处理并存储，否则，对张力最优值D按照模糊控制算法进行PID调节处理并存储。

一种土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法，基于上述的土压平衡盾构皮带输送机数据采集处理系统，具体包含如下步骤：

步骤1、初始化，计算皮带输送机空载状态下的张力参数C；

步骤2、根据皮带输送机负载吨位判断其工作模式是否为空载状态，若是，则跳转到步骤5执行，否则，执行步骤3；

步骤3、设置在皮带输送机被测构件上的N个张力传感器对皮带输送机张力信号分别间隔n秒进行同步采集，张力信号通过模数转换、数字滤波，同时间点的N个张力传感器数据分为一组，按组存储，求出每组平均值，对比分析求得张力最优值D，其中，N为大于1的整数，n为正数；

步骤4、比较判断初始状态的张力参数C与张力最优值D的大小，若D大于C，则根据模糊控制算法进行PID调节处理并存储相关参数；否则，利用存储的历史参数D或初始状态的张力参数C*P根据模糊控制算法进行PID调节处理并存储，其中，P为设定阈值；

步骤5、结束数据处理，将处理结果实时显示，并通过通讯总线传输至土压平衡盾构主控室进行智能控制。

上述的数据采集处理方法，步骤4中的P设定范围：1＜P＜2。

本发明的有益效果：

本发明通过设置在皮带输送机被测构件上的N个张力传感器对皮带输送机张力信号分别间隔n秒进行同步采集，张力信号通过模数转换、数字滤波，同时间点的N个张力传感器数据分为一组，按组存储，求出每组平均值，对比分析求得张力最优值D，并通过模糊控制算法进行PID调节处理，能够有效地对土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机的张力、工作状态信息进行采集处理，剔除杂波信号，真实反映出皮带输送机的状态，对这些信号进行分析评定，利用PID调节、模糊算法控制等算法进行处理和状态显示，并通过现场总线端口与土压平衡盾构主控室PLC数据通讯，根据皮带输送机实时的工作载荷调整其转速的智能控制系统，实时的工作载荷、通过变频器控制其转速调节，相互之间形成闭环控制，响应快、便于调试、成本低，且与土压平衡盾构控制系统兼容性好，能够提高皮带输送机的自动控制水平，从而降低能耗，达到节能减排和提高施工效率的双重目的，经济效益和社会效益巨大。

附图说明：

图1为本发明的系统原理图；

图2为本发明的信号采集单元示意图；

图3为本发明的方法流程示意图。

具体实施方式：

图中标号，标号1代表信号采集单元，标号2代表信号采集电缆，标号3代表信号传输线束，标号4代表CPU控制模块，标号5代表现场通讯总线电缆。

下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明，并通过优选的实施例详细说明本发明的实施方式，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例一，参见图1所示，一种土压平衡盾构皮带输送机数据采集处理系统，包含信号采集单元、信号处理单元、电源模块、显示单元及接口单元，信号处理单元包含A/D转换模块、及与盾构主控制室PLC相信号连接的CPU控制模块；接口单元包含分别与CPU控制模块相连接的通讯接口模块、操作按钮控制模块、数据存储模块；CPU控制模块包含负载模式判断单元、数据优化单元及数据修正单元，其中，负载模式判断单元，初始化皮带输送机空载状态下的张力数据C，并根据皮带输送机负载吨位判断其工作模式为负载模式或空载模式；数据优化单元，根据接收到的传感器数据获取张力最优值D；数据修正单元，对张力数据C与张力最优值D进行比较并进行PID调节处理。

实施例二，参见图1~2所示，与实施例 一基本相同，不同之处在于：信号采集单元为设置在皮带输送机被测构件上的N个张力传感器，其中，N为大于1的整数；显示单元为与CPU控制模块相信号连接的液晶显示屏。

优选的，数据优化单元，分别对间隔n秒接收到的传感器分组数据求解平均值，并与实际张力值进行比对获取张力最优值D，其中，传感器分组数据中每组传感器数据为同一时间接收到的N个张力传感器数据，n为正数。

上述的，所述数据修正单元中进行比较并进行PID调节处理锯具体包含内容如下：根据张力数据C与张力最优值D，若D小于C，则根据模糊控制算法对历史参数或张力数据C进行PID调节处理并存储，否则，对张力最优值D按照模糊控制算法进行PID调节处理并存储 。

实施例三，参见图3所示，一种土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法，基于实施例一所述的土压平衡盾构皮带输送机数据采集处理系统，具体包含如下步骤：

步骤1、初始化，计算皮带输送机空载状态下的张力参数C；

步骤2、根据皮带输送机负载吨位判断其工作模式是否为空载状态，若是，则跳转到步骤5执行，否则，执行步骤3；

步骤3、设置在皮带输送机被测构件上的N个张力传感器对皮带输送机张力信号分别间隔n秒进行同步采集，张力信号通过模数转换、数字滤波，同时间点的N个张力传感器数据分为一组，按组存储，求出每组平均值，对比分析求得张力最优值D，其中，N为大于1的整数，n为正数；

步骤4、比较判断初始状态的张力参数C与张力最优值D的大小，若D大于C，则根据模糊控制算法进行PID调节处理并存储相关参数；否则，利用存储的历史参数D或初始状态的张力参数C*P根据模糊控制算法进行PID调节处理并存储，其中，P为设定阈值；

步骤5、结束数据处理，将处理结果实时显示，并通过通讯总线传输至土压平衡盾构主控室进行智能控制。

步骤4中的P设定范围：1＜P＜2。根据实际现场需求情况，N设定为5个张力传感器，P可设定为：1+0.25，间隔1s连续性同步采集数据6组，按组存储，求出每组平均值，进行对比分析，排除误差，删除偶然性误差，寻求与真实值最接近的最优值，通过最优值与初始状态张力参数进行比对，通过模糊控制算法进行PID调节处理并存储，将处理结果实时显示并通过通讯总线传输至土压平衡盾构主控室进行智能控制，根据皮带输送机实时的工作载荷调整其转速的智能控制系统，实时的工作载荷、通过变频器控制其转速调节，相互之间形成闭环控制，响应快、便于调试、成本低，且与土压平衡盾构控制系统兼容性好，能够提高皮带输送机的自动控制水平，从而降低能耗，达到节能减排和提高施工效率的双重目的，经济效益和社会效益巨大。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域技术人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或者类似的变化都应涵盖在本发明权利要求的范围内。

Claims (4)

1.一种土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法，其特征在于：基于土压平衡盾构皮带输送机数据采集处理系统实现，该土压平衡盾构皮带输送机数据采集处理系统包含信号采集单元、信号处理单元、电源模块、显示单元及接口单元；信号处理单元包含A/D转换模块、及与盾构主控制室PLC相信号连接的CPU控制模块；接口单元包含分别与CPU控制模块相连接的通讯接口模块、操作按钮控制模块、数据存储模块；CPU控制模块包含负载模式判断单元、数据优化单元及数据修正单元，其中，负载模式判断单元，初始化皮带输送机空载状态下的张力参数C，并根据皮带输送机负载吨位判断其工作模式为负载模式或空载模式；数据优化单元，根据接收到的传感器数据获取张力最优值D；数据修正单元，对张力参数C与张力最优值D进行比较并进行PID调节处理；其实现过程具体包含如下步骤：

步骤1、初始化，计算皮带输送机空载状态下的张力参数C；

步骤2、根据皮带输送机负载吨位判断其工作模式是否为空载状态，若是，则跳转到步骤5执行，否则，执行步骤3；

步骤3、设置在皮带输送机被测构件上的N个张力传感器对皮带输送机张力信号分别间隔n秒进行同步采集，张力信号通过模数转换、数字滤波，同时间点的N个张力传感器数据分为一组，按组存储，求出每组平均值，对比分析求得张力最优值D，其中，N为大于1的整数，n为正数；

步骤4、比较判断初始状态的张力参数C与张力最优值D的大小，若D大于C，则根据模糊控制算法进行PID调节处理并存储相关参数；否则，利用存储的历史参数或初始状态的张力参数C*P根据模糊控制算法进行PID调节处理并存储，其中，P为设定阈值；

步骤5、结束数据处理，将处理结果实时显示，并通过通讯总线传输至土压平衡盾构主控室进行智能控制。

2.根据权利要求1所述的土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法，其特征在于：所述步骤4中的P设定范围：1＜P＜2。

3.根据权利要求1所述的土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法，其特征在于：信号采集单元为设置在皮带输送机被测构件上的N个张力传感器，其中，N为大于1的整数；显示单元为与CPU控制模块相信号连接的液晶显示屏。

4.根据权利要求3所述的土压平衡盾构掘进过程中皮带输送机智能控制数据采集处理方法，其特征在于：数据优化单元，分别对间隔n秒接收到的传感器分组数据求解平均值，并与实际张力值进行比对获取张力最优值D，其中，传感器分组数据中每组传感器数据为同一时间接收到的N个张力传感器数据，n为正数。