CN111594191A - 土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置 - Google Patents
土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111594191A CN111594191A CN202010447624.3A CN202010447624A CN111594191A CN 111594191 A CN111594191 A CN 111594191A CN 202010447624 A CN202010447624 A CN 202010447624A CN 111594191 A CN111594191 A CN 111594191A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- power supply
- compressed air
- signal processing
- pressure balance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 14
- 238000013500 data storage Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims description 3
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 11
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 8
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 3
- 238000011112 process operation Methods 0.000 description 3
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
- E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
- E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
- E21D9/093—Control of the driving shield, e.g. of the hydraulic advancing cylinders
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
本发明公布了一种土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置，包括信号处理模块、输出端与信号处理模块连接的传感信号采集模块、与信号处理模块之间双向连接的外设接口模块、为传感信号采集模块供电的第一电源模块、为信号处理模块供电的第二电源模块；传感信号采集模块包括传感器模块和接口模块，传感器模块包括空气压力传感器和温度传感器，两者均安装在压缩空气系统的出口；信号处理模块包括A/D转换模块和CPU模块；A/D转换模块的信号输入端与接口模块的信号输出端相连接；外设接口模块包括分别与CPU模块双向连接的存储数据模块、传动设备通讯模块、PLC现场总线通讯模块；第一电源模块和第二电源模块均为5V直流电源模块。
Description
技术领域
本发明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领域，具体为一种用于土压平衡盾构掘进过程这种特定工况下压缩空气系统工作过程中多模式状态检测和自适应调整的控制系统。
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土压平衡盾构，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。
由于土压平衡盾构施工的工程环境工况复杂，土压平衡盾构设备上面的泡沫、管片拼装等系统的正常作业主要依赖压缩空气系统，需要压缩空气促使系统传递介质传动或转变。因此，压缩空气系统正常、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。
鉴于土压平衡盾构设备空间限制，压缩空气管路布置路线、结构复杂，现有压缩空气系统是由两个空气压缩机组成，一用一备或同时使用；压缩空气的出口压力缺乏检测，无法构成闭环，达到稳定压缩空气整体压力的目的，另外压缩空气的系统温度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。
目前存在的问题是空气压缩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。
因此，提供一种能够在地下复杂工况施工环境下，既要保障土压平衡盾构可靠、高效作业；同时通过实时检测土压平衡盾构设备的掘进状态、停机状态、拼装状态及局部系统维修状态等，结合算法模型与压缩空气系统的作业功率建立参数自适应匹配关系，与土压平衡盾构设备运行参数相关联的智能控制装置，解决当前压缩空气系统简单的分级变频控制或无变频控制的尴尬境地，提升压缩空气系统运行能耗比，降低能耗，节约能源资源，净化大气空气环境，已经是一个值得研究的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种能够实现土压平衡盾构设备在掘进状态、停机状态、拼装状态及局部系统维修状态的压缩空气的作业功率自适应匹配，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压缩空气输送管路长度，关联压缩空气衰减系数，使压缩空气系统运行状态满足工艺状态使用和节能的智能控制装置。
本发明的技术方案为：一种土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置，包括信号处理模块、输出端与信号处理模块连接的传感信号采集模块、与信号处理模块之间双向连接的外设接口模块、为传感信号采集模块供电的第一电源模块、为信号处理模块供电的第二电源模块；所述传感信号采集模块包括依次连接的传感器模块和接口模块，所述传感器模块包括空气压力传感器和温度传感器，所述空气压力传感器和温度传感器均安装在压缩空气系统的出口；所述信号处理模块包括依次连接的A/D转换模块和CPU模块；所述A/D转换模块的信号输入端与接口模块的信号输出端相连接；所述外设接口模块包括分别与CPU模块双向连接的存储数据模块、传动设备通讯模块、PLC现场总线通讯模块；所述第一电源模块和第二电源模块输入端与220V电源模块连接，所述第一电源模块和第二电源模块均为5V直流电源模块。
土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置的控制方法为：空气压力传感器、温度传感器进行信号采集，通过接口模块传输到CPU模块，同时CPU模块通过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；传感信号采集模块信号传输到信号处理模块的A/D转换模块进行信号去噪、异常数据剔除、多组加权平均等处理；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，将处理结果推送存储数据模块、传动设备通讯模块或与PLC现场总线通讯模块相连的扩展模块进行二次数据处理。
有益效果：本发明提供了一种能够实现土压平衡盾构设备在掘进状态、停机状态、拼装状态及局部系统维修状态的压缩空气的作业功率自适应匹配，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压缩空气输送管路长度，关联压缩空气衰减系数，使压缩空气系统运行状态满足工艺状态使用和节能的智能控制装置，本发明装置系统响应快、便于调试、成本低，能够有效解决当前压缩空气系统简单的分级变频控制或无变频控制的尴尬境地，提升压缩空气系统运行能耗比，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
图1：为本发明的原理框图；
图2：本发明的控制方法流程图；
1-220V电源模块；2-第一电源模块；3-第二电源模块；4-空气压力传感器；5-温度传感器；6-接口模块；7-CPU模块；8-A/D转换模块；9-存储数据模块；10-传动设备模块；11-PLC现场总线通讯模块。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步的说明：
如图1-2所示，土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置，包括信号处理模块、输出端与信号处理模块连接的传感信号采集模块、与信号处理模块之间双向连接的外设接口模块、为传感信号采集模块供电的第一电源模块2、为信号处理模块供电的第二电源模块3；所述传感信号采集模块包括依次连接的传感器模块和接口模块6，所述传感器模块包括空气压力传感器4和温度传感器5，所述空气压力传感器4和温度传感器5均安装在压缩空气系统的出口；所述信号处理模块包括依次连接的A/D转换模块8和CPU模块7；所述A/D转换模块8的信号输入端与接口模块6的信号输出端相连接；所述外设接口模块6包括分别与CPU模块双向连接的存储数据模块9、传动设备通讯模块10、PLC现场总线通讯模块11；所述第一电源模块2和第二电源模块3输入端与220V电源模块1连接，所述第一电源模块2和第二电源模块3均为5V直流电源模块；所述接口模块6包括采集线束、传输线束，所述接口模块6为可扩展接口。
所述的传感信号采集模块的信号通过信号处理模块的A/D转换模块输入到CPU模块模块7进行多组作业周期参数求加权平均值、回归递推、阈值判断等算法进行处理，根据土压平衡盾构施工状态，如掘进状态、停机状态、拼装状态及局部系统维修状态的压缩空气的作业功率自适应匹配，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压缩空气输送管路长度，关联压缩空气衰减系数，使压缩空气系统运行状态满足工艺状态使用和节能的双重目的。操作方法包括如下步骤：
步骤1：空气压力传感器4、温度传感器5进行信号采集，通过采集线束和传输线束传输到CPU模块7，同时CPU模块7通过PLC现场总线通讯模块11提取土压平衡盾构机器参数，并进行本地存储；
步骤2：传感信号采集模块信号到信号处理模块的A/D转换模块8进行信号去噪、异常数据剔除、多组加权平均等处理；
步骤3：CPU模块7对信号处理模块的A/D转换模块8输出信号进行处理，将处理结果推送存储数据模块9、传动设备通讯模块10或与PLC现场总线通讯模块11相连的扩展模块进行二次数据处理。
使用时：检查装置电源状态指示灯是否正常，选择空气压力传感器4和温度传感器5输出信号对应的参数类型，将传感器固定到土压平衡盾构压缩空气系统出口的主管路正上方，原则是既不影响压缩空气系统正常工作和工作人员安全通道，又要能够实时采集压缩空气出口压力和温度参数，然后传感信号采集模块输出信号到信号处理模块的A/D转换模块8，信号处理模块的A/D转换模块8输出信号到CPU模块7，对上述信号进行运算、分析，利用进行多组作业周期参数求加权平均值、回归递推、阈值判断等算法进行处理，根据土压平衡盾构施工状态，如掘进状态、停机状态、拼装状态及局部系统维修状态的压缩空气的作业功率自适应匹配，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压缩空气输送管路长度，关联压缩空气衰减系数，使压缩空气系统运行状态满足工艺状态使用和节能的双重目的的自动控制装置。
上述实施例中，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；
空气压力传感器：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)；
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。
PLC型号：为西门子S7-300PLC；存储模块型号：AT45DB Flash存储模块；传动设备通讯模块型号：RJ45。
以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。
Claims (2)
1.一种土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置，其特征在于：包括信号处理模块、输出端与信号处理模块连接的传感信号采集模块、与信号处理模块之间双向连接的外设接口模块、为传感信号采集模块供电的第一电源模块（2）、为信号处理模块供电的第二电源模块（3）；所述传感信号采集模块包括依次连接的传感器模块和接口模块（6），所述传感器模块包括空气压力传感器（4）和温度传感器（5），所述空气压力传感器（4）和温度传感器（5）均安装在压缩空气系统的出口；所述信号处理模块包括依次连接的A/D转换模块（8）和CPU模块（7）；所述A/D转换模块（8）的信号输入端与接口模块（6）的信号输出端相连接；所述外设接口模块（6）包括分别与CPU模块（7）双向连接的存储数据模块（9）、传动设备通讯模块（10）、PLC现场总线通讯模块（11）；所述第一电源模块（2）和第二电源模块（3）输入端与220V电源模块（1）连接，所述第一电源模块（2）和第二电源模块（3）均为5V直流电源模块。
2.一种如权利要求1所述的土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置的控制方法，其特征在于：
a、空气压力传感器（4）、温度传感器（5）进行信号采集，通过接口模块（6）传输到CPU模块（7），同时CPU模块（7）通过PLC现场总线通讯模块（11）提取土压平衡盾构机器参数，并进行本地存储；
b、传感信号采集模块信号传输到信号处理模块的A/D转换模块（8）进行信号去噪、异常数据剔除、多组加权平均等处理；
c、CPU模块（7）对信号处理模块的A/D转换模块（8）输出信号进行处理，将处理结果推送存储数据模块（9）、传动设备通讯模块（10）或与PLC现场总线通讯模块（11）相连的扩展模块进行二次数据处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010447624.3A CN111594191B (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010447624.3A CN111594191B (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111594191A true CN111594191A (zh) | 2020-08-28 |
| CN111594191B CN111594191B (zh) | 2022-03-15 |
Family
ID=72180950
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010447624.3A Active CN111594191B (zh) | 2020-05-25 | 2020-05-25 | 土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111594191B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01198989A (ja) * | 1988-02-04 | 1989-08-10 | Komatsu Ltd | トンネル掘削機の前方検知装置 |
| CN106325149A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-01-11 | 中铁隧道集团有限公司 | 土压平衡盾构皮带输送机数据采集处理系统及其处理方法 |
| CN107327303A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-11-07 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种泥水盾构机泥水仓压力保持方法与装置 |
| CN107420109A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-12-01 | 中国铁建重工集团有限公司 | 一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统及盾构机 |
| CN107606301A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-01-19 | 中铁隧道局集团有限公司 | 泥水平衡盾构泥水循环管路阀智能自控装置 |
| CN108982208A (zh) * | 2018-09-27 | 2018-12-11 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种压力式盾构刀盘刀具磨损检测装置及其应用方法 |
| CN110500100A (zh) * | 2019-08-31 | 2019-11-26 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种用于盾构机推进荷载自适应调节的电液控制系统 |
-
2020
- 2020-05-25 CN CN202010447624.3A patent/CN111594191B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01198989A (ja) * | 1988-02-04 | 1989-08-10 | Komatsu Ltd | トンネル掘削機の前方検知装置 |
| CN106325149A (zh) * | 2016-08-17 | 2017-01-11 | 中铁隧道集团有限公司 | 土压平衡盾构皮带输送机数据采集处理系统及其处理方法 |
| CN107420109A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-12-01 | 中国铁建重工集团有限公司 | 一种用于泥水平衡盾构机的自动保压系统及盾构机 |
| CN107327303A (zh) * | 2017-08-15 | 2017-11-07 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种泥水盾构机泥水仓压力保持方法与装置 |
| CN107606301A (zh) * | 2017-11-16 | 2018-01-19 | 中铁隧道局集团有限公司 | 泥水平衡盾构泥水循环管路阀智能自控装置 |
| CN108982208A (zh) * | 2018-09-27 | 2018-12-11 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种压力式盾构刀盘刀具磨损检测装置及其应用方法 |
| CN110500100A (zh) * | 2019-08-31 | 2019-11-26 | 盾构及掘进技术国家重点实验室 | 一种用于盾构机推进荷载自适应调节的电液控制系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111594191B (zh) | 2022-03-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103836347B (zh) | 一种用于原油集输管道的泄漏监测装置及监测方法 | |
| CN101561081B (zh) | 应用自主导航机器人对油气管道泄漏的检测定位方法 | |
| CN102269014B (zh) | 基于无线传感器网络的煤矿井下火灾监测系统 | |
| CN102053136B (zh) | 一种高原非煤矿山井下空气环境参数实时监测仪 | |
| CN110895865B (zh) | 管道地质灾害监测预警系统 | |
| CN102635786A (zh) | 一种预埋式输送管线在线实时监测系统 | |
| CN202532190U (zh) | 一种预埋式输送管线在线实时监测系统 | |
| CN101526412A (zh) | 太阳能供电的空间结构建筑风速风压无线检测系统 | |
| CN111594191B (zh) | 土压平衡盾构压缩空气系统多模式融合智能控制装置 | |
| CN209086222U (zh) | 一种基于LoRa的管廊气体监测系统 | |
| CN204178174U (zh) | 一种智能远程测控终端 | |
| CN113240240A (zh) | 一种海上油田群电力系统可靠性评估系统及其方法 | |
| CN115596988B (zh) | 一种lng加气站站控系统 | |
| CN110597115A (zh) | 一种线缆头实时监控装置及其数据处理通信方法 | |
| CN115562100A (zh) | 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 | |
| CN103543437A (zh) | 一种基于Zigbee技术的井下人员定位系统设计 | |
| CN113670536B (zh) | 火电厂用电用水监测和信息化管理方法 | |
| CN110145365A (zh) | 一种矿井采空区火灾监测预警装置 | |
| CN201310756Y (zh) | 基于gprs的函箱敷设天然气管道泄漏报警装置 | |
| CN115522933A (zh) | 土压平衡盾构同步注浆系统多模式融合智能控制装置以及操作方法 | |
| CN111722583A (zh) | 一种智能矿山机电设备远程控制系统 | |
| CN105929745A (zh) | 电缆沟环境监测系统 | |
| Hu | Application of ZigBee wireless sensor network in gas monitoring system | |
| CN210768916U (zh) | 煤矿安全检测系统数字信号检测装置 | |
| CN204631960U (zh) | 一种煤矿井下机电设备巡检仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |