CN110163484A - 基于互联网的盾构设备智能运维管理系统及方法 - Google Patents

基于互联网的盾构设备智能运维管理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于盾构设备监控技术领域，特别涉及一种基于互联网的盾构设备智能运维管理系统及方法，该系统包含：地下上位机，用于读取盾构机各运行状态参数数据并进行数据存储；地面监控服务器，用于获取地下上位机存储运行状态参数数据并通过监控画面直观显示；数据采集客户端，用于通过地面监控服务器将盾构机运行状态参数数据存储和转发；中心服务器，用于接收数据采集客户端转发状态参数数据并进行存储，并根据接收到的请求指令发送相应数据至客户端；用户客户端，用于通过中心服务器调取查看实时盾构机数据和历史数据。本发明可以实现多个用户同时进行盾构参数状态监控和智能分析诊断，实现盾构施工过程中多方监控管理，具有较强工程应用前景。

Description

基于互联网的盾构设备智能运维管理系统及方法
技术领域
本发明属于盾构设备监控技术领域，特别涉及一种基于互联网的盾构设备智能运维管理系统及方法。
背景技术
常规的盾构机监控系统是一种采集盾构机状态信息并显示在主控室上位机界面的参数监控及状态报警系统，可以实时显示盾构机在掘进中的工作状态和相关设备的参数报表，实现在盾构施工过程中的监控管理功能。随着地下空间开发技术的发展，一个大型的地下工程施工企业往往会面临多个工地同时施工及工地分布非常分散等局面。由于人员有限，如何有效管理这些工程和提供全面的技术支持，成为当前急需解决的问题。目前国内外著名的盾构生产商都有自己的地面数据采集系统，但是大多数地面监控系统不支持多个用户，不能通过互联网方式进行实时监控，无法实现多台盾构集中监控的功能，同时也无法实现盾构项目的施工管理与盾构机的在线智能诊断和智能维保功能。
发明内容
为此，本发明提供一种基于互联网的盾构设备智能运维管理系统及方法，可以实现多个用户同时进行盾构参数状态监控和智能分析诊断，实现盾构施工过程中多方监控管理。
按照本发明所提供的设计方案，一种基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，包含：
地下上位机，用于实时读取每个盾构机各运行状态参数数据并进行数据存储；
地面监控服务器，用于获取地下上位机存储的运行状态参数数据并通过监控画面直观显示；
数据采集客户端，用于通过地面监控服务器将盾构机运行状态参数数据进行存储和转发；
中心服务器，用于接收数据采集客户端转发的状态参数数据并进行存储，并根据接收到的请求指令发送相应数据至客户端；
用户客户端，用于通过中心服务器调取查看实时盾构机数据和历史数据；
地下上位机通过网络通信模块与地面监控服务器、中心服务器和数据采集客户端之间进行通信，用户客户端通过互联网与中心服务器进行数据交互。
上述的，所述网络通信模块包含网关、交换机和CAN总线，地下上位机依次通过网关和交换机与CAN总线连接，地面监控服务器和数据采集客户端分别与CAN总线连接，中心服务器通过VPN路由器与CAN总线连接。
优选的，中心服务器与VPN路由器及用户客户端数据交互层面设置有防火墙。
上述的，地下上位机通过盾构机PLC和设置在施工线路各工点上的监控摄像头获取每个盾构机各运行状态参数数据。
优选的，所述监控视频平台采用海康8700视频监控云平台架构实现。
上述的，中心服务器通过搭建软件平台进行数据访问权限控制和运行状态参数警示规则设置。
优选的，所述软件平台包含基础应用层和业务实现层，基础应用层至少设置有用户管理、权限管理、日志检索、报警服务、组织人员架构和地图展示；所述业务实现层至少设置有视频监控、设备监控、综合分析、故障分析、能耗分析和成本核算。
进一步，所述软件平台提供用于支持第三方平台对接的API接口，以满足第三方单位视频取流。
进一步，所述软件平台支持兼容RTMP、HLS和对象类别扩充组件OCX流媒体协议的播放协议。
更进一步，本发明还提供一种基于互联网的盾构设备智能运维管理方法，基于上述的系统实现，实现过程包含如下内容：地下上位机读取盾构机组各运行状态参数数据并进行数据存储；地面监控服务器获取地下上位机存储的运行状态参数数据并通过监控画面进行直观显示；数据采集客户端通过地面监控服务器将盾构机运行状态参数数据进行存储和转发至中心服务器；中心服务器接收数据采集客户端转发的状态参数数据并进行存储，并根据用户客户端请求指令发送相应数据至客户端，以实现用户客户端调取查看实时盾构机数据和历史数据，其中，中心服务器通过搭建软件平台进行用户客户端数据访问权限控制和盾构机组运行状态参数警示规则设置。
本发明的有益效果：
本发明为获取盾构机的参数信息，将整个系统分为5个独立的板块，分别位于系统不同的位置，彼此之间通过TCP或UDP来进行通信；实现对盾构设备的状态监控和故障诊断，通过采集盾构机的状态参数信息，并将采集到的数据信息上传至中心服务器，各个客户端通过访问中心服务器来完成对盾构机组的多方监控和多台盾构集中监控的功能，具有较好的应用前景。
附图说明：
图1为实施例中系统示意图；
图2为实施例中系统架构框架；
图3为实施例中监控集成硬件原理图。
具体实施方式：
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明。
本发明实施例，参见图1所示，提供一种基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，包含：
地下上位机，用于实时读取每个盾构机各运行状态参数数据并进行数据存储；
地面监控服务器，用于获取地下上位机存储的运行状态参数数据并通过监控画面直观显示；
数据采集客户端，用于通过地面监控服务器将盾构机运行状态参数数据进行存储和转发；
中心服务器，用于接收数据采集客户端转发的状态参数数据并进行存储，并根据接收到的请求指令发送相应数据至客户端；
用户客户端，用于通过中心服务器调取查看实时盾构机数据和历史数据；
地下上位机通过网络通信模块与地面监控服务器、中心服务器和数据采集客户端之间进行通信，用户客户端通过互联网与中心服务器进行数据交互。
通过地下上位机采集盾构机状态参数信息，并将采集到的数据信息反馈至中心服务器、数据采集客户端和地面监控服务器。为获取盾构机的参数信息，将整个系统的硬件部分分为5个独立的板块，分别位于系统不同的位置，彼此之间通过TCP或UDP来进行通信。进一步地，本发明另一个实施例中系统的硬件框架如图2所示，1)地下上位机，实时读取盾构机PLC的数据，并对采集到的数据进行存储，再经交换机通过光纤或电话线的介质传输到地面监控服务器上；2)地面监控服务器，从盾构机的上位机上获取数据并在地面监控客户端上以友好直观的数据监控画面展示给项目上的盾构管理人员；3)数据采集软件客户端，通过安装在地面监控服务器上的IIIBoxGather数据采集软件，将从盾构机上采集到的参数信息进行存储、计算与数据转发；4)中心服务器，数据采集软件将各个盾构项目上采集到的数据通过互联网发送到中心服务器进行存储，中心服务器在根据来自不同客户端的请求指令来发送其需求的相应数据；5)WEB浏览器和手机App客户端，用户从中心服务器获取实时数据和历史数据，并通过网页客户端或App的形式来进行调取查看。
进一步，网络通信模块包含网关、交换机和CAN总线，地下上位机依次通过网关和交换机与CAN总线连接，地面监控服务器和数据采集客户端分别与CAN总线连接，中心服务器通过VPN路由器与CAN总线连接。优选的，为进一步保证数据交互过程中的安全性，中心服务器与VPN路由器及用户客户端数据交互层面设置有防火墙，以避免木马等网络漏洞。
上述的，中心服务器通过搭建软件平台进行数据访问权限控制和运行状态参数警示规则设置。
上述的，地下上位机通过盾构机PLC和设置在施工线路各工点上的监控摄像头获取每个盾构机各运行状态参数数据。
优选的，所述监控视频平台采用海康8700视频监控云平台架构实现，将施工线路各个工点的监控视频通过网络统一采集到云平台。如图3所示，每个施工现场将现场监控画面统一发送到云平台，各个工区都可以直接通过访问云平台获取到自己需要监控视频资源。同时云平台可以通过权限控制让各个工区只能获取自己工区的视频资源，机关总部信息中心可以根据自己的需求获取所有视频资源的权限。平台支持第三方平台对接API接口可以满足其它第三方单位视频取流，第三方单位可以直接通过平台接口就可以获取到需要的视频资源，该监控集成系统的硬件结构如图所示。平台设计了3种播放协议，可以兼容RTMP、HLS和IE(OCX)流媒体协议。其中，RTMP协议从属于应用层，被设计用来在适合的传输协议(如TCP)上复用和打包多媒体传输流(如音频、视频和互动内容)。RTMP提供了一套全双工的可靠的多路复用消息服务，类似于TCP协议(RFC0793)，用来在一对结点之间并行传输带时间戳的音频流，视频流，数据流。HLS(HTTP Live Streaming)把整个流分成一个个小的基于HTTP的文件来下载，每次只下载一些。IE(OCX)以网页插件的形式来获取视频流，兼容部分视频获取渠道。这3种主流的播放协议基本上可以满足各平台和客户端对视频监控信息的获取，提高系统平台的兼容性。
优选的，所述软件平台包含基础应用层和业务实现层，基础应用层至少设置有用户管理、权限管理、日志检索、报警服务、组织人员架构和地图展示；所述业务实现层至少设置有视频监控、设备监控、综合分析、故障分析、能耗分析和成本核算。
为实现云平台的数据采集和参数监控，可将系统的组织分为5个层级来进行搭建，层级顺序由下至上，1)设备接入层，设备接入层由各盾构设备和数据采集软件组成，负责盾构机参数和视频信息的数据采集；2)数据服务层。数据服务层首先对采集到的数据进行存储和计算，再根据相应的程序算法来对数据进行处理；3)基础应用层。系统架构之下需要先开发一些平台基础功能，再通过这些基础功能在API/Web Service下结合应用来实现相应的业务功能；4)业务实现层。结合平台已经搭建的基础功能，编程优化算法进一步整合开发平台的高级业务功能；5)业务展示层。通过互联网将各个设备的数据信息显示在浏览器客户端和手机App上面来，实现多端多地的信息监控。
数据采集端对数据信息进行处理可以有效防止数据在传输过程中发生错误或丢失。可先将盾构机相关的PLC地址导入到数据采集软件，实现对PLC相关点位的信息获取。其次，确认并选择点位数据正确的数据类型。最后，结合盾构常规参数设置及施工数据经验来编写程序，针对不同的点位编写程序以实现点位逻辑运算进而来判断点位是否发生故障。在平台配置端对数据进行处理运算可以便捷快速的实现对相关点位数据的逻辑判断。在平台已经搭建出的智能预警版块处，设置有关键参数、盾构姿态、盾尾间隙、进度管理及风险点预警等若干预警选项，在相应的预警选项处，结合施工规范及设备额定参数设置相应的逻辑规则，从而来判断设备的状态情况，进一步实现智能诊断和智能报警的功能。系统平台上已经录入完整相关的监控点位地址，可选择相关的地址编辑成与非或等逻辑关系，然后在触发条件中设置相应的触发数值即可。
更进一步，本发明实施例还提供一种基于互联网的盾构设备智能运维管理方法，基于上述的系统实现，实现过程包含如下内容：地下上位机读取盾构机组各运行状态参数数据并进行数据存储；地面监控服务器获取地下上位机存储的运行状态参数数据并通过监控画面进行直观显示；数据采集客户端通过地面监控服务器将盾构机运行状态参数数据进行存储和转发至中心服务器；中心服务器接收数据采集客户端转发的状态参数数据并进行存储，并根据用户客户端请求指令发送相应数据至客户端，以实现用户客户端调取查看实时盾构机数据和历史数据，其中，中心服务器通过搭建软件平台进行用户客户端数据访问权限控制和盾构机组运行状态参数警示规则设置。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，其特征在于，包含：
地下上位机，用于实时读取每个盾构机各运行状态参数数据并进行数据存储；
地面监控服务器，用于获取地下上位机存储的运行状态参数数据并通过监控画面直观显示；
数据采集客户端，用于通过地面监控服务器将盾构机运行状态参数数据进行存储和转发；
中心服务器，用于接收数据采集客户端转发的状态参数数据并进行存储，并根据接收到的请求指令发送相应数据至客户端；
用户客户端，用于通过中心服务器调取查看实时盾构机数据和历史数据；
地下上位机通过网络通信模块与地面监控服务器、中心服务器和数据采集客户端之间进行通信，用户客户端通过互联网与中心服务器进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，其特征在于，所述网络通信模块包含网关、交换机和CAN总线，地下上位机依次通过网关和交换机与CAN总线连接，地面监控服务器和数据采集客户端分别与CAN总线连接，中心服务器通过VPN路由器与CAN总线连接。
3.根据权利要求2所述的基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，其特征在于，中心服务器与VPN路由器及用户客户端数据交互层面设置有防火墙。
4.根据权利要求1所述的基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，其特征在于，地下上位机通过盾构机PLC和设置在施工线路各工点上的监控视频平台获取每个盾构机各运行状态参数数据。
5.根据权利要求4所述的基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，其特征在于，所述监控视频平台采用海康8700视频监控云平台架构实现。
6.根据权利要求1所述的基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，其特征在于，中心服务器通过搭建软件平台进行数据访问权限控制和运行状态参数警示规则设置。
7.根据权利要求6所述的基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，其特征在于，所述软件平台包含基础应用层和业务实现层，基础应用层至少设置有用户管理、权限管理、日志检索、报警服务、组织人员架构和地图展示；所述业务实现层至少设置有视频监控、设备监控、综合分析、故障分析、能耗分析和成本核算。
8.根据权利要求7所述的基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，其特征在于，所述软件平台提供用于支持第三方平台对接的API接口，以满足第三方单位视频取流。
9.根据权利要求7所述的基于互联网的盾构设备智能运维管理系统，其特征在于，所述软件平台支持兼容RTMP、HLS和对象类别扩充组件OCX流媒体协议的播放协议。
10.一种基于互联网的盾构设备智能运维管理方法，其特征在于，基于权利要求1～9任一项所述的系统实现，实现过程包含如下内容：
地下上位机读取盾构机组各运行状态参数数据并进行数据存储；地面监控服务器获取地下上位机存储的运行状态参数数据并通过监控画面进行直观显示；数据采集客户端通过地面监控服务器将盾构机运行状态参数数据进行存储和转发至中心服务器；中心服务器接收数据采集客户端转发的状态参数数据并进行存储，并根据用户客户端请求指令发送相应数据至客户端，以实现用户客户端调取查看实时盾构机数据和历史数据，其中，中心服务器通过搭建软件平台进行用户客户端数据访问权限控制和盾构机组运行状态参数警示规则设置。
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