CN114060039A - 一种盾构机远程监控诊断系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种盾构机远程监控诊断系统及方法，包括，现场采集计算机端，现场PLC端，远程监控设备端，远程监控设备端通过网络连接现场采集计算机，下发数据采集指令至现场采集计算机端，控制现场PLC端实时采集数据，以及对接收的数据进行实时监控、故障诊断，从而确定盾构机的工作状态和故障类型。本技术方案相对于传统的监控方式，降低了远程监控系统的复杂程度，使得操作人员可以更加高效的使用。与此同时，更加适应现场实际施工的复杂工况环境，满足使用人员对数据检查、校验、监控等的使用要求。

Description

一种盾构机远程监控诊断系统及方法

技术领域

本发明涉及盾构机领域，具体地说是一种盾构机远程监控诊断系统及方法。

背景技术

目前市场上盾构机远程监控诊断方法存在以下几个缺点：监控系统过于庞大及复杂；操作难度高，效率低；数据接口处理方式复杂；难以适应盾构机施工环境及要求。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本申请将目前广泛应用于其他领域的监控系统的先进技术，应用于盾构机施工现场远程监控系统之中，提出了一种盾构机专用的远程监控诊断系统。本技术方案相对于传统的监控方式，降低了远程监控系统的复杂程度，使得操作人员可以更加高效的使用。与此同时，更加适应现场实际施工的复杂工况环境，满足使用人员对数据检查、校验、监控等的使用要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种盾构机远程监控诊断系统，包括，

现场采集计算机端，分别连接远程监控设备和现场PLC，用于接收远程监控设备的数据采集指令并转换为相应的控制指令输出至现场PLC，以及上传采集的盾构机实时运行数据；

现场PLC端，一个或若干个，分别连接现场的盾构机的各个子设备电路，采集盾构机实时运行数据，并上传给现场采集计算机；

远程监控设备端，通过网络连接现场采集计算机，下发数据采集指令或接收上传的盾构机实时运行数据，对接收的数据进行实时监控、故障诊断，从而确定盾构机的工作状态和故障类型。

所述现场盾构机的各个子设备电路中设有压力传感器、霍尔传感器、电压表、电流表，用于检测各个子设备电路的信号，表征子设备工作状态。

所述远程监控设备端设有：

界面，用于操作人员设置监测数据的故障数据阈值，根据操作指令显示相应的采集数据、曲线绘图、故障诊断结果；

故障诊断后台，为预先设置的程序模块，用于对接收的监测数据进行实时存储、曲线绘图、故障分析。

所述故障诊断后台包括：

数据库模块：用于存储历时监测数据以及故障历时数据和故障状态类型；

数据预处理模块：采用滤波方法对采集的数据信号进行去噪；

特征曲线提取模块：根据降噪后的数据绘制历时趋势曲线；

故障判断模块：根据故障数据阈值判断当前数据信号历时趋势曲线是否故障，并给出故障类型；

故障处理模块：根据故障类型输出指令控制现场的盾构机子设备电路的开通或关断，并将故障诊断结果及告警信息发送至界面端进行显示。

所述故障状态类型包括：一类、二类；

所述一类故障的故障阈值为历时趋势曲线数据的5％数据抖动或预设阈值；对于该类故障则继续监测数据；

所述二类故障的故障阈值为历时趋势曲线数据的10％数据抖动或预设阈值；对于该类故障则输出指令至现场盾构机的子设备电路停止工作，并发出告警信息。

一种盾构机远程监控诊断方法，包括以下步骤：

步骤1、远程监控设备端通过网络输出数据采集指令至现场采集计算机；

步骤2、现场采集计算机端，接收远程监控设备的数据采集指令并转换为相应的控制指令输出至现场PLC；

步骤3、一个或若干个现场PLC端控制现场的盾构机的各个子设备采集盾构机实时运行数据，并上传给现场采集计算机；

步骤4、现场采集计算机转发采集的实时数据至远程监控设备端；

步骤5、远程监控设备端对接收的数据进行实时监控、故障的诊断，从而确定盾构机的工作状态和故障类型。

按照采样周期实时采集盾构机的各个子设备的实时运行数据。

所述远程监控设备端对接收的数据进行实时监控、故障的诊断，从而确定盾构机的工作状态和故障类型，包括：

操作人员通过界面设置监测数据的故障数据阈值，根据操作指令在界面上显示相应的采集数据、曲线绘图、故障诊断结果；

故障诊断后台对接收的监测数据进行实时存储、曲线绘图、故障分析。

所述故障诊断后台的处理步骤包括：

存储历时监测数据以及故障历时数据和故障状态类型；

采用滤波方法对采集的数据信号进行去噪；

根据降噪后的数据绘制历时趋势曲线；

根据故障数据阈值判断当前数据信号历时趋势曲线是否故障，并给出故障类型；

根据故障类型输出指令控制现场的盾构机子设备电路的开通或关断，并将故障诊断结果及告警信息发送至界面端进行显示。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本专利实现了盾构机专用远程监控对现场盾构机施工状态的实时监控，并对监控数据实时记录，与此同时，对施工现场发生的故障进行更系统、整体的分析和实时的处理，并可以对系统进行统筹的调试，同时简化了数据接口的处理方式。从而降低了现场施工人员对故障问题的处理难度，以及实际使用的操作难度，提高了整体的施工效率。使得远程监控系统更加适应实际盾构机的施工环境。

附图说明

图1是本发明实施例中远程监控诊断系统的整体架构；

图2是本发明实施例中远程监控的数据记录界面示意图；

图3是本发明实施例中远程监控的数据曲线示意图；

图4是本发明实施例中数据采样周期设定界面示意图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方法做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本技术方案重点在于盾构机专用远程监控以及远程监控系统对故障诊断、分析和处理。利用成熟的监控软件平台，并采用嵌入式技术，融合了盾构机操作软件、编程调试控制软件等，并结合现场施工环境，研发出了一套操作简单实用、功能强大、记录数据完整并能记录大量数据的盾构机远程监控诊断系统。

一种盾构机远程监控诊断系统，包括现场采集计算机端，现场PLC端，远程监控设备端。现场采集计算机端，分别连接远程监控设备和现场PLC，用于接收远程监控设备的数据采集指令并转换为相应的控制指令输出至现场PLC，以及上传采集的盾构机实时运行数据；现场PLC端，一个或若干个，分别连接现场的盾构机的各个子设备电路，采集盾构机实时运行数据，并上传给现场采集计算机；远程监控设备端，通过网络连接现场采集计算机，下发数据采集指令或接收上传的盾构机实时运行数据，对接收的数据进行实时监控、故障诊断，从而确定盾构机的工作状态和故障类型。

现场盾构机的各个子设备电路中设有压力传感器、霍尔传感器、电压表、电流表，用于检测各个子设备电路的信号，表征子设备工作状态。

所述远程监控设备端设有界面，故障诊断后台；界面，用于操作人员设置监测数据的故障数据阈值，根据操作指令显示相应的采集数据、曲线绘图、故障诊断结果；故障诊断后台，为预先设置的程序模块，用于对接收的监测数据进行实时存储、曲线绘图、故障分析。

所述故障诊断后台包括：数据库模块：用于存储历时监测数据以及故障历时数据和故障状态类型；数据预处理模块：采用滤波方法对采集的数据信号进行去噪；特征曲线提取模块：根据降噪后的数据绘制历时趋势曲线；故障判断模块：根据故障数据阈值判断当前数据信号历时趋势曲线是否故障，并给出故障类型；故障处理模块：根据故障类型输出指令控制现场的盾构机子设备电路的开通或关断，并将故障诊断结果及告警信息发送至界面端进行显示。

所述故障状态类型包括：一类、二类；所述一类故障的故障阈值为历时趋势曲线数据的5％数据抖动；对于该类故障则继续监测数据；所述二类故障的故障阈值为历时趋势曲线数据的10％数据抖动；对于该类故障则输出指令至现场盾构机的子设备电路停止工作，并发出告警信息。

所述现场采集计算机端与现场PLC端采用有线或无线方式连接，可以采用RS232或RS485串口，现场采集计算机端与远程监控设备端利用网络连接。

一种盾构机远程监控诊断方法，包括以下步骤：

步骤1、远程监控设备端通过网络输出数据采集指令至现场采集计算机；

步骤2、现场采集计算机端，接收远程监控设备的数据采集指令并转换为相应的控制指令输出至现场PLC；

步骤3、一个或若干个现场PLC端控制现场的盾构机的各个子设备采集盾构机实时运行数据，并上传给现场采集计算机；

步骤4、现场采集计算机转发采集的实时数据至远程监控设备端；

步骤5、远程监控设备端对接收的数据进行实时监控、故障的诊断，从而确定盾构机的工作状态和故障类型。

步骤51、操作人员通过界面设置监测数据的故障数据阈值，根据操作指令在界面上显示相应的采集数据、曲线绘图、故障诊断结果；

步骤52、故障诊断后台对接收的监测数据进行实时存储、曲线绘图、故障分析。故障诊断后台的处理步骤具体包括：

步骤521、实时采集数据过程中，存储历时监测数据以及故障历时数据和故障状态类型；实时采集盾构机的各个子设备的实时运行数据时可以设定采样周期。

步骤522、采用滤波方法对采集的数据信号进行去噪；

步骤523、根据降噪后的数据绘制历时趋势曲线；

步骤524、根据故障数据阈值判断当前数据信号历时趋势曲线是否故障，并给出故障类型；

步骤525、根据故障类型输出指令控制现场的盾构机子设备电路的开通或关断，并将故障诊断结果及告警信息发送至界面端进行显示。

图1所示为远程监控诊断系统的整体架构理念，对现场PLC上的信息数据采集，并可通过网络信息传递给远程监控站，可实现对现场设备中的各数据实时监控；远程监控诊断方法还可以对现场采集计算机进行操作，从而实现故障诊断、故障排除、故障处理等远程操作，同时指导现场施工人员进行维护。

图2所示为远程监控的数据记录部分，可根据客户要求、实际要求、操作要求等情况，对数据进行有条件的记录。与此同时，可对所记录数据进行报警设置。本技术方案盾构机故障举例：刀盘磨损故障(通过安装在盾构机刀盘磨损管路上的压力传感器数据判断，当压力传感器采集的压力信号小于10BAR时即为刀盘磨损故障)，冷却水温度故障(温度传感器设在冷却水供水管道上，通过温度传感器数据判断冷却水温度是否过高，当采集的压力信号大于35摄氏度即为冷却水温度故障，)，土压故障(通过安装在盾构机土舱外壁的土压传感器数据判断，当压力传感器采集的压力信号小于3BAR时即为土压故障)，主驱动小齿轮润滑油流量低故障(通过安装在盾构机主驱动小齿轮供油管路上的流量传感器数据判断，当主驱动运转时该流量传感器采集的压力信号小于1.5L/MIN保持15秒时即为主驱动小齿轮润滑油流量低故障故障)等故障信号。

图3所示为远程监控的数据曲线部分，可根据设计要求，对数据进行曲线对比。并通过数据曲线进行工作状态及故障原因的诊断、分析，帮助施工人员对设备的检修以及故障处理。

图4所示为数据采样周期设定，远程监控诊断方法的数据采样周期，可根据客户需求，实际要求等进行设定，从而减少不必要的数据被大量采集，提高数据处理效率，同时保证数据的完成性。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种盾构机远程监控诊断系统，其特征在于，包括，

现场采集计算机端，分别连接远程监控设备和现场PLC，用于接收远程监控设备的数据采集指令并转换为相应的控制指令输出至现场PLC，以及上传采集的盾构机实时运行数据；

现场PLC端，一个或若干个，分别连接现场的盾构机的各个子设备电路，采集盾构机实时运行数据，并上传给现场采集计算机；

远程监控设备端，通过网络连接现场采集计算机，下发数据采集指令或接收上传的盾构机实时运行数据，对接收的数据进行实时监控、故障诊断，从而确定盾构机的工作状态和故障类型。

2.根据权利要求1所述的一种盾构机远程监控诊断系统，其特征在于，所述现场盾构机的各个子设备电路中设有压力传感器、霍尔传感器、电压表、电流表，用于检测各个子设备电路的信号，表征子设备工作状态。

3.根据权利要求1所述的一种盾构机远程监控诊断系统，其特征在于，所述远程监控设备端设有：

界面，用于操作人员设置监测数据的故障数据阈值，根据操作指令显示相应的采集数据、曲线绘图、故障诊断结果；

故障诊断后台，为预先设置的程序模块，用于对接收的监测数据进行实时存储、曲线绘图、故障分析。

4.根据权利要求3所述的一种盾构机远程监控诊断系统，其特征在于，所述故障诊断后台包括：

数据库模块：用于存储历时监测数据以及故障历时数据和故障状态类型；

数据预处理模块：采用滤波方法对采集的数据信号进行去噪；

特征曲线提取模块：根据降噪后的数据绘制历时趋势曲线；

故障判断模块：根据故障数据阈值判断当前数据信号历时趋势曲线是否故障，并给出故障类型；

故障处理模块：根据故障类型输出指令控制现场的盾构机子设备电路的开通或关断，并将故障诊断结果及告警信息发送至界面端进行显示。

5.根据权利要求4所述的一种盾构机远程监控诊断系统，其特征在于，所述故障状态类型包括：一类、二类；

所述一类故障的故障阈值为历时趋势曲线数据的5％数据抖动或预设阈值；对于该类故障则继续监测数据；

所述二类故障的故障阈值为历时趋势曲线数据的10％数据抖动或预设阈值；对于该类故障则输出指令至现场盾构机的子设备电路停止工作，并发出告警信息。

6.一种盾构机远程监控诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、远程监控设备端通过网络输出数据采集指令至现场采集计算机；

步骤2、现场采集计算机端，接收远程监控设备的数据采集指令并转换为相应的控制指令输出至现场PLC；

步骤3、一个或若干个现场PLC端控制现场的盾构机的各个子设备采集盾构机实时运行数据，并上传给现场采集计算机；

步骤4、现场采集计算机转发采集的实时数据至远程监控设备端；

步骤5、远程监控设备端对接收的数据进行实时监控、故障的诊断，从而确定盾构机的工作状态和故障类型。

7.根据权利要求6所述的一种盾构机远程监控诊断方法，其特征在于，按照采样周期实时采集盾构机的各个子设备的实时运行数据。

8.根据权利要求6所述的一种盾构机远程监控诊断方法，其特征在于，所述远程监控设备端对接收的数据进行实时监控、故障的诊断，从而确定盾构机的工作状态和故障类型，包括：

操作人员通过界面设置监测数据的故障数据阈值，根据操作指令在界面上显示相应的采集数据、曲线绘图、故障诊断结果；

故障诊断后台对接收的监测数据进行实时存储、曲线绘图、故障分析。

9.根据权利要求8所述的一种盾构机远程监控诊断方法，其特征在于，所述故障诊断后台的处理步骤包括：

存储历时监测数据以及故障历时数据和故障状态类型；

采用滤波方法对采集的数据信号进行去噪；

根据降噪后的数据绘制历时趋势曲线；

根据故障数据阈值判断当前数据信号历时趋势曲线是否故障，并给出故障类型；

根据故障类型输出指令控制现场的盾构机子设备电路的开通或关断，并将故障诊断结果及告警信息发送至界面端进行显示。

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