CN107329453A - 一种基于多传感器的盾构工况采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多传感器的盾构工况采集系统，包括数据采集单元和工况控制单元，数据采集单元包括转速传感器、压力传感器一、流量传感器、速度传感器、单片机以及蓝牙发射模块；转速传感器、压力传感器一、流量传感器、速度传感器均电性连接于单片机的I/O引脚上，且蓝牙发射模块也电性连接于单片机上；工况控制单元包括蓝牙适配器和控制器；蓝牙适配器电性连接于控制器上，且控制器与盾构机操作平台电性连接。本发明的系统通过单片机对多个传感器进行数据采集，采集数据实时化且更加精准，单片机对刀盘转速、泥浆管流量以及盾构机推进速度的智能化调整，不会耽误盾构机的施工进度，还可以对盾构机进行保护，非常有效。

Description

一种基于多传感器的盾构工况采集系统

技术领域

本发明涉及盾构技术领域，具体为一种基于多传感器的盾构工况采集系统。

背景技术

在我国，习惯上将用于软土地层的机械称为盾构机，盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响地面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

盾构机的基本工作原理就是一个圆柱体的钢组件沿隧洞轴线边向前推进边对土壤进行挖掘，该圆柱体组件的壳体即护盾，它对挖掘出的还未衬砌的隧洞段起着临时支撑的作用，承受周围土层的压力，有时还承受地下水压以及将地下水挡在外面，挖掘、排土、衬砌等作业在护盾的掩护下进行。

目前盾构机在工作过程中的盾构工况下，盾构机操作平台上可以对刀盘转速、泥浆管流量、盾构机移动速度进行控制调整，当盾构机向前掘进，同时泥浆管也不停的向外出土，刀盘、推动油缸与泥浆管一起运动，实现掘进；当刀盘转速过高且推动油缸带动盾构机推进速度过快时，土仓内压力过大，但是由于泥浆管向外出土的流量有限，不能及时的将土仓内的泥浆排放出去，所以需要将刀盘转速和盾构机推进速度调整至零，使得此时仅有泥浆管在向外出土，防止土仓压力过大对盾构机造成损坏。

在上述盾构机的盾构工况下，存在以下几点较为明显的缺陷：1、需要实时监控刀盘转速、土仓压力、泥浆管流量和盾构机移动速度，从而实现对盾构工况进行实时调控，但是现有技术中，盾构机操作平台上显示的刀盘转速、移动速度均是额定输出速度，由于盾构机在地面下受到摩擦阻力的作用，刀盘的实际转速以及盾构机的实际移动速度均无法达到额定的速度；2、当土仓内压力过大时，无法智能的对土仓内压力进行释放，只能通过先将刀盘和推动油缸关闭来停止掘进，从而使得土仓压力从泥浆管内流出释放，但是关闭刀盘和推动油缸会耽误盾构机施工进度，而且操作不当还会对盾构机造成损坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多传感器的盾构工况采集系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于多传感器的盾构工况采集系统，包括数据采集单元和工况控制单元，所述数据采集单元包括转速传感器、压力传感器一、流量传感器、速度传感器、单片机以及蓝牙发射模块；

转速传感器、压力传感器一、流量传感器、速度传感器均电性连接于单片机的I/O引脚上，且蓝牙发射模块也电性连接于单片机上；

所述工况控制单元包括蓝牙适配器和控制器；

所述蓝牙适配器电性连接于控制器上，且控制器与盾构机操作平台电性连接。

优选的，所述数据采集单元还包括有压力传感器二、温湿度传感器。

优选的，所述控制器上设置有流量控制按钮、转速控制按钮以及速度控制按钮。

优选的，所述控制器为手持移动终端。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过转速传感器测得刀盘的实际转速，通过压力传感器一测得土仓压力，通过速度传感器实时测得盾构机的实际推进速度，通过流量传感器实时测得泥浆管的出土流量，并且将测得的刀盘实际转速、土仓压力、盾构机实际推进速度以及泥浆管出土流量数据实时传输至单片机内，通过单片机的作用对盾构工况下的各项数据进行采集和处理计算。

本发明在盾构机处于盾构工况下时进行数据采集，若此时土仓内的压力未超出预设最大值，不会对盾构机造成损坏，则单片机控制的控制器不需要发出控制信号对盾构机操作平台进行控制；若此时土仓内的压力超出预设最大值，则单片机使得控制器对盾构机操作平台发出控制信号，使其增大泥浆管出土流量，当泥浆管出土流量增大到最大值后，若土仓内压力还是超出预设最大值，则单片机使得控制器再次对盾构机操作平台发出控制信号，降低刀盘转速和盾构机推进速度，使盾构机掘进速度变慢，当土仓内压力降低至最大值以下时，再通过控制器对盾构机操作平台进行控制，慢慢增大刀盘转速和盾构机推进速度，使得盾构工况达到一个平衡状态。

本发明的系统通过单片机对多个传感器进行数据采集，采集数据实时化且更加精准，单片机接收数据后进行处理，然后单片机发出电信号给控制器，控制器发出控制信号来实现对盾构机操作平台的控制，从而实现对刀盘转速、泥浆管流量以及盾构机推进速度的智能化调整，使盾构机达到一个平衡状态下的盾构工况，不需要直接将刀盘和盾构机推动油缸进行关闭，即可实现对土仓内压力的释放，不会耽误盾构机的施工进度，还可以对盾构机进行保护，非常有效。

附图说明

图1为本发明的系统流程框图。

图中：1数据采集单元、2工况控制单元、3转速传感器、4压力传感器一、5流量传感器、6速度传感器、7单片机、8蓝牙发射模块、9蓝牙适配器、10控制器、11盾构机操作平台、12压力传感器二、13温湿度传感器、101流量控制按钮、102转速控制按钮、103速度控制按钮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：

一种基于多传感器的盾构工况采集系统，包括数据采集单元1和工况控制单元2，数据采集单元1用来采集实时数据，工况控制单元2用来对盾构工况进行平衡控制。

数据采集单元1包括转速传感器3、压力传感器一4、流量传感器5、速度传感器6、单片机7以及蓝牙发射模块8，转速传感器3设置于刀盘内，转速传感器3选用CS-4SZCB-01型磁电传感器，用来对刀盘的实际转速进行实时检测，压力传感器一4选用CYYZ11通用型压力传感器，压力传感器一4设置于土仓内，用以实时检测土仓内的压力，流量传感器4选用FDT-21系列液体流量传感器，且流量传感器4设置于泥浆管内，对泥浆管内的实时流量进行检测，速度传感器5选用KJT-KG型传感器，KJT-KG一般适合检测低速物体，速度传感器5设置于机身51内，用以对整体盾构机的推进移动速度进行实时检测。

单片机7选用80C51型单片机，转速传感器3、压力传感器一4、流量传感器5、速度传感器6均电性连接于单片机7的I/O引脚上,使单片机7可以将上述多个传感器检测到的数据进行采集、处理和储存，且蓝牙发射模块8也电性连接于单片机7上，蓝牙发射模块8选用HC-05型蓝牙，HC-05型蓝牙的RXD引脚和TXD引脚分别连接于80C51单片机的RXD、TXD接口上，使得单片机7可以通过蓝牙发射模块8将电信号以蓝牙无线信号的方式发射出去，盾构机工作环境均处于地下，地下信号不好，所以采用蓝牙信号来进行检测数值的无线传输，更加稳定。

提前将土仓内的最大压力值录入到单片机7内，当压力传感器一4检测到的压力值大于这个最大压力值时，单片机7通过蓝牙发射模块8发射出蓝牙无线信号，来实现对后续控制器10的控制。

数据采集单元1还包括有压力传感器二12、温湿度传感器13，压力传感器二12、温湿度传感器13设置在盾构机机身外部，用来对外部土层进行检测，压力传感器二12、温湿度传感器13也电性连接于单片机7上，提前将外部土层最大压力值、温湿度范围值提前录入单片机7内，当压力传感器二12、温湿度传感器13检测到的数值不符合提前录入单片机7内的外部土层最大压力值、温湿度范围值时，单片机7发出蓝牙信号使得控制器10调整盾构机操作平台11来关闭盾构机。

工况控制单元2包括蓝牙适配器9和控制器10，控制器10作为一个驱动装置，用来驱动盾构机操作平台11，控制器10选用PLC控制器，将蓝牙适配器9电性连接于控制器10上，蓝牙适配器9用来与蓝牙发射模块8进行配对，使得控制器10可以接收到单片机7发出的电信号，通过单片机7发出的电信号，实现对控制器10的操控，且控制器10与盾构机操作平台11电性连接，控制器10接收到单片机7发出的电信号后，可以直接智能的对盾构机操作平台11进行操作，通过盾构机操作平台11来调整刀盘转速、调整螺旋转速来改变泥浆管出土流量以及改变推理油缸的推力来改变盾构机推进速度。

作为一个优选，可以在控制器10上设置有流量控制按钮101、转速控制按钮102以及速度控制按钮103，使得控制器10在接收到单片机7发出的检测数值电信号后，不光可以通过控制器10的内部程序直接智能的对盾构机操作平台11进行控制，而且可以通过工作人员对控制器10上的流量控制按钮101、转速控制按钮102以及速度控制按钮103来分别对盾构机的螺旋、刀盘以及推力油缸进行控制。

作为另一个优选，控制器10为手持移动终端，可以选用手机、平板电脑等，工作人员可以将控制器10持于手中，当控制器10接收到电信号后，不光控制器10可以直接智能的对盾构机操作平台11进行操作，而且手机、平板电脑也可以触发手机内部的警报，来实现对工作人员的警示，可以实现工人对盾构机操作平台11调整时的监视。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于多传感器的盾构工况采集系统，包括数据采集单元(1)和工况控制单元(2)，其特征在于：所述数据采集单元(1)包括转速传感器(3)、压力传感器一(4)、流量传感器(5)、速度传感器(6)、单片机(7)以及蓝牙发射模块(8)；

转速传感器(3)、压力传感器一(4)、流量传感器(5)、速度传感器(6)均电性连接于单片机(7)的I/O引脚上，且蓝牙发射模块(8)也电性连接于单片机(7)上；

所述工况控制单元(2)包括蓝牙适配器(9)和控制器(10)；

所述蓝牙适配器(9)电性连接于控制器(10)上，且控制器(10)与盾构机操作平台(11)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的盾构工况采集系统，其特征在于：所述数据采集单元(1)还包括有压力传感器二(12)、温湿度传感器(13)。

3.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的盾构工况采集系统，其特征在于：所述控制器(10)上设置有流量控制按钮(101)、转速控制按钮(102)以及速度控制按钮(103)。

4.根据权利要求1所述的一种基于多传感器的盾构工况采集系统，其特征在于：所述控制器(10)为手持移动终端。