CN108055512A - 一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，所述监视及控制装置包括控制系统、视频监视系统、千兆以太环网网络通信系统和4G远程管理模块，所述控制系统与视频监视系统之间通过千兆以太环网网络通信系统通信连接，所述4G远程管理模块分别与控制系统和视频监视系统通信连接。本发明基于“E”网到底、视频流与数据流双网合一、4G远程监控与访问技术，将大大提高连续皮带机运行可靠性和盾构施工的效率。
Description
技术领域
本发明涉及输送机监控领域，具体涉及一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置。
背景技术
隧道盾构施工法已经普遍应用于隧道、地下工程项目，盾构后配套连续皮带机的使用也已经成为最方便、有效的出渣方法。连续皮带机的控制与监视系统的稳定性与可靠性直接影响盾构施工的效率，目前连续皮带机控制系统与监视系统各成一个独立系统，需要在皮带机沿线布置两套通信网络，大大增加了整个系统复杂性，一旦系统出现故障而使用单位缺乏技术力量维护的时候，将极大地影响施工效率。
发明内容
本发明为了解决上述问题，从而提供一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，所述监视及控制装置包括控制系统、视频监视系统、千兆以太环网网络通信系统和4G远程管理模块，所述控制系统与视频监视系统之间通过千兆以太环网网络通信系统通信连接，所述4G远程管理模块分别与控制系统和视频监视系统通信连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述控制系统包括盾构机操作柜、工业平板电脑、连续皮带机机头控制柜、连续皮带机机中控制柜、地面转渣皮带机控制柜和工业计算机。
在本发明的一个优选实施例中，所述视频监视系统包括第一网络摄像机、第二网络摄像机、第三网络摄像机、第四网络摄像机、第五网络摄像机、第六网络摄像机、第七网络摄像机、第八网络摄像机、第九网络摄像机、硬盘录像机和显示器。
在本发明的一个优选实施例中，所述千兆以太环网网络通信系统包括百兆交换机、第一千兆交换机、第二千兆交换机、第三千兆交换机和第四千兆交换机，百兆交换机、第一千兆交换机、第二千兆交换机、第三千兆交换机和第四千兆交换机之间依次通过通讯光纤进行通讯，硬盘录像机分别与显示器和第一千兆交换机连接，所述地面转渣皮带机控制柜与第一千兆交换机连接，所述第二网络摄像机和第三网络摄像机分别与第一千兆交换机连接，所述第一网络摄像机与百兆交换机连接，所述第二千兆交换机分别与第四网络摄像机和第五网络摄像机连接，所述连续皮带机机头控制柜与第二千兆交换机连接，所述第三千兆交换机分别连接第六网络摄像机、第七网络摄像机和连续皮带机机中控制柜，所述第四千兆交换机分别连接第八网络摄像机、第九网络摄像机和盾构机操作柜。
在本发明的一个优选实施例中，所述第一网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带张紧装置处，所述第二网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带搭接处，所述第三网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带出渣口处，所述第四网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机头驱动部，所述第五网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带储带仓处，所述第六网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机中驱动部，所述第七网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机中部，所述第八网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机尾部，所述第九网络摄像机设置在盾构机搭接处，所述百兆交换机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带张紧装置处。
在本发明的一个优选实施例中，盾构机操作柜、连续皮带机机头控制柜、连续皮带机机中控制柜和地面转渣皮带机控制柜都采用西门子S7-1200系列PLC，PLC均配置工业以太网接口，所述控制系统采用主站/分站的控制模式。
在本发明的一个优选实施例中，连续皮带机机头控制柜、连续皮带机机中控制柜和地面转渣皮带机控制柜的PLC均配置ProfiBus主站模块，PLC通过该模块与ABB公司ACS880变频器ProfiBus通讯卡进行ProfiBus通讯。
在本发明的一个优选实施例中，用户可通过手机或电脑连接4G远程管理模块，然后通过控制系统和视频监视系统，实现了对长距离隧道连续皮带机的异地远程监控和访问，并通过云平台实现数据分析和保存。
在本发明的一个优选实施例中，工业平板电脑布置于盾构机操作室，工业计算机布置于地面监控中间，工业平板电脑和工业计算机均安装工业组态软件，对组态软件进行二次开发，实现系统人机交互功能。
在本发明的一个优选实施例中，第一网络摄像机、第二网络摄像机、第三网络摄像机、第四网络摄像机、第五网络摄像机、第六网络摄像机、第七网络摄像机、第八网络摄像机、第九网络摄像机均采用海康威视网络高清摄像机，防护等级为IP65。
本发明的有益效果是：
本发明基于“E”网到底、视频流与数据流双网合一、4G远程监控与访问技术，将大大提高连续皮带机运行可靠性和盾构施工的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的工作原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1和图2，本发明提供的盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其包括控制系统、视频监视系统、千兆以太环网网络通信系统和4G远程管理模块，控制系统是用于对长距离隧道连续皮带机进行控制，视频监视系统是用于对长距离隧道连续皮带机的各个位置进行监控，千兆以太环网网络通信系统分别与控制系统和视频监视系统连接，用于实现控制系统与视频监视系统之间的控制信号的传递和数据的交互，而4G远程管理模块分别与控制系统、视频监视系统连接，控制系统和视频监视系统上的数据可通过4G远程管理模块发送给上传到InterNet网络26，便于工作人员的实时观察。
控制系统具体包括盾构机操作柜22、工业平板电脑4、连续皮带机机头控制柜20、连续皮带机机中控制柜21、地面转渣皮带机控制柜19和工业计算机1，通过这些控制柜对长距离隧道连续皮带机进行控制。
视频监视系统包括第一网络摄像机10、第二网络摄像机11、第三网络摄像机12、第四网络摄像机13、第五网络摄像机14、第六网络摄像机15、第七网络摄像机16、第八网络摄像机17、第九网络摄像机18、硬盘录像机3和显示器2。
其中，第一网络摄像机10设置在长距离隧道连续皮带机的皮带张紧装置处，第二网络摄像机11设置在长距离隧道连续皮带机的皮带搭接处，第三网络摄像机12设置在长距离隧道连续皮带机的皮带出渣口处，第四网络摄像机13设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机头驱动部，第五网络摄像机14设置在长距离隧道连续皮带机的皮带储带仓处，第六网络摄像机15设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机中驱动部，第七网络摄像机16设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机中部，第八网络摄像机17设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机尾部，第九网络摄像机18设置在盾构机搭接处，这样，从而实现了对长距离隧道连续皮带机的监控。
千兆以太环网网络通信系统包括百兆交换机5、第一千兆交换机6、第二千兆交换机7、第三千兆交换机8和第四千兆交换机9。
百兆交换机5、第一千兆交换机6、第二千兆交换机7、第三千兆交换机8和第四千兆交换机9之间依次通过通讯光纤23进行通讯，从而实现控制信号的传递和数据的交互，该数据包括控制数据、传感器数据和视频图像数据。
其中，百兆交换机5与第一网络摄像机10连接，硬盘录像机3分别与显示器2和第一千兆交换机6连接，地面转渣皮带机控制柜19与第一千兆交换机6连接，第二网络摄像机11和第三网络摄像机12分别与第一千兆交换机6连接，第二千兆交换机7分别与第四网络摄像机13和第五网络摄像机14连接，连续皮带机机头控制柜20与第二千兆交换机7连接，第三千兆交换机8分别连接第六网络摄像机15、第七网络摄像机17和连续皮带机机中控制柜21，第四千兆交换机9分别连接第八网络摄像机17、第九网络摄像机18和盾构机操作柜22。
通过上述结构的连接，工作人员可在异地通过移动PC或手机25连接4G远程管理模块，然后实时监控盾构后配套长距离隧道连续皮带机运行情况，在线诊断系统故障，最大程度的保证系统安全、可靠运行，其中工业计算机1布置在地面监控中心，工业触屏电脑4布置在盾构机操作室，正常状态下，均由盾构机操作室工作人员通过工业平板电脑4观察连续皮带机相关网络摄像机图像发出“连续皮带机启/停”指令。在工业平板电脑4故障情况下，故障地面监控中心也可以通过工业计算机1观察连续皮带机相关网络摄像机图像发出“连续皮带机启/停”指令，两者之间通过旋钮切换。
连续皮带机机头控制柜20、连续皮带机机中控制柜21和地面转渣皮带机控制柜19分别连接有变频器100。
变频器100选用ABB公司ACS880系列低压变频器，该变频器输入电压380V，输出电压0-380V，采用直接转矩控制，配DP通信适配器FPBA适配器101。
盾构机操作柜22、连续皮带机机头控制柜20、连续皮带机机中控制柜21和地面转渣皮带机控制柜19的控制器102均采用西门子公司S7-1200系列控制器该控制器为紧凑型控制器，内置以太网接口和14点DI、10点DO。
另外，连续皮带机机头控制柜20、连续皮带机机中控制柜21和地面转渣皮带机控制柜19除了控制器102外，还增加配置CM1243DP主站模块、SM1231模拟量输入模块、SM1232模拟量输出模块各一块。
变频器100与S7-1200PLC控制器102之间采用ProfiBus总线41通信，变频器100输出到PLC控制器102的信号有变频器备妥信号103、变频器运行信号104、变频器故障信号105、变频器电流信号106、变频器转矩信号107；PLC控制器输出到变频器的信号有启动/停止信号108、复位信号109、速度给定信号110。
盾构机操作柜22的控制器102通过硬接线接入单机/集控转换方式111、预警信号115；通过中间继电器130输出盾构机联锁信号131和备用输出信号132，盾构机收到皮带机系统运行信号后，盾构机启动有效，否则禁止启动。
连续皮带机机头控制柜20、连续皮带机机中控制柜21和地面转渣皮带机控制柜19的控制器102通过硬接线接入单机/集控转换方式111、预警信号115、系统故障复位信号116、急停信号117、电机冷却风扇返回信号118、张紧返回信号119、皮带机保护系统120；通过中间继电器130输出预警控制信号121、张紧控制信号122、电机冷却风扇控制信号123、备用输出信号124。
第一网络摄像机10、第二网络摄像机11、第三网络摄像机12、第四网络摄像机13、第五网络摄像机14、第六网络摄像机15、第七网络摄像机16、第八网络摄像机17、第九网络摄像机18均采用海康威视200万像素高清网络摄像机DS-2CD5A12FWD-IZ，通过网线140接入就近的第一千兆交换机6或第二千兆交换机7或第三千兆交换机8或第四千兆交换机9或百兆交换机5。
第一千兆交换机6、第二千兆交换机7、第三千兆交换机8和第四千兆交换机9分别布置于地面转渣皮带机控制柜19、连续皮带机机头控制柜20、连续皮带机机中控制柜21、盾构机操作柜22内。
S7-1200PLC控制器102也是通过网线140接入第一千兆交换机6或第二千兆交换机7或第三千兆交换机8或第四千兆交换机9；百兆交换机5布置于各个网络摄像机附近，不超过100米。
各个千兆交换机或百兆交换机5通过通讯光纤23连接，形成通信控制、监视共用网络，工业计算机1、4工业平板电脑和硬盘录像机3均接入到该网络上，通过网络硬盘录像机3对视频进行存储和调用，录像机通过视频线连接到显示器2。
视频监控画面可单独配置一台显示器2与硬盘录像机3连接，作为单独的视频监视用；也可以把视频监控画面集成到工业计算机1上位机组态软件中：(1)安装注册海康威视控件HKDVR.OCX；(2)在组态软件中建立该控件，名称一般为HKDVR.Control，点击鼠标右键打开控件属性，设置摄像头IP、帐户、密码、端口、画面数等；(3)双击鼠标左键该控件所在打开组态变量关联控件属性变量；(4)编写程序脚本。
工业平板电脑4和工业计算机1通过安装工业组态软件，可对组态软件进行二次开发，实现系统人机交互功能。
另外，工业平板电脑4和工业计算机1除了人机交互功能之外，还作为双向视频显示终端，视频画面和人机交互功能均在组态软件的平台上进行二次开发。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，所述监视及控制装置包括控制系统、视频监视系统、千兆以太环网网络通信系统和4G远程管理模块，所述控制系统与视频监视系统之间通过千兆以太环网网络通信系统通信连接，所述4G远程管理模块分别与控制系统和视频监视系统通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，所述控制系统包括盾构机操作柜、工业平板电脑、连续皮带机机头控制柜、连续皮带机机中控制柜、地面转渣皮带机控制柜和工业计算机。
3.根据权利要求2所述的一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，所述视频监视系统包括第一网络摄像机、第二网络摄像机、第三网络摄像机、第四网络摄像机、第五网络摄像机、第六网络摄像机、第七网络摄像机、第八网络摄像机、第九网络摄像机、硬盘录像机和显示器。
4.根据权利要求3所述的一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，所述千兆以太环网网络通信系统包括百兆交换机、第一千兆交换机、第二千兆交换机、第三千兆交换机和第四千兆交换机，百兆交换机、第一千兆交换机、第二千兆交换机、第三千兆交换机和第四千兆交换机之间依次通过通讯光纤进行通讯，硬盘录像机分别与显示器和第一千兆交换机连接，所述地面转渣皮带机控制柜与第一千兆交换机连接，所述第二网络摄像机和第三网络摄像机分别与第一千兆交换机连接，所述第一网络摄像机与百兆交换机连接，所述第二千兆交换机分别与第四网络摄像机和第五网络摄像机连接，所述连续皮带机机头控制柜与第二千兆交换机连接，所述第三千兆交换机分别连接第六网络摄像机、第七网络摄像机和连续皮带机机中控制柜，所述第四千兆交换机分别连接第八网络摄像机、第九网络摄像机和盾构机操作柜。
5.根据权利要求4所述的一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，所述第一网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带张紧装置处，所述第二网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带搭接处，所述第三网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带出渣口处，所述第四网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机头驱动部，所述第五网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带储带仓处，所述第六网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机中驱动部，所述第七网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机中部，所述第八网络摄像机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带机尾部，所述第九网络摄像机设置在盾构机搭接处，所述百兆交换机设置在长距离隧道连续皮带机的皮带张紧装置处。
6.根据权利要求2所述的种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，盾构机操作柜、连续皮带机机头控制柜、连续皮带机机中控制柜和地面转渣皮带机控制柜都采用西门子S7-1200系列PLC，PLC均配置工业以太网接口，所述控制系统采用主站/分站的控制模式。
7.根据权利要求5所述的种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，连续皮带机机头控制柜、连续皮带机机中控制柜和地面转渣皮带机控制柜的PLC均配置ProfiBus主站模块，PLC通过该模块与ABB公司ACS880变频器ProfiBus通讯卡进行ProfiBus通讯。
8.根据权利要求1所述的一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，用户可通过手机或电脑连接4G远程管理模块，然后通过控制系统和视频监视系统，实现了对长距离隧道连续皮带机的异地远程监控和访问，并通过云平台实现数据分析和保存。
9.根据权利要求2所述的种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，工业平板电脑布置于盾构机操作室，工业计算机布置于地面监控中间，工业平板电脑和工业计算机均安装工业组态软件，对组态软件进行二次开发，实现系统人机交互功能。
10.根据权利要求1所述的一种盾构后配套长距离隧道连续皮带机监视及控制装置，其特征在于，第一网络摄像机、第二网络摄像机、第三网络摄像机、第四网络摄像机、第五网络摄像机、第六网络摄像机、第七网络摄像机、第八网络摄像机、第九网络摄像机均采用海康威视网络高清摄像机，防护等级为IP65。
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