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摘要：随着工业物联网技术的发展，设备的控制系统的多元化及传感器采集的便利化，越来越多的工业设备需要采集参数并完成参数的网上存储及查看，盾构机就是这些工业设备的其中之一。盾构机是一种使用盾构法的隧道掘进机，其可编程逻辑控制器系统多由西门子、三菱、罗克韦尔组成，想要从不同的控制系统获取数据，需要一款集成了多个可编程逻辑控制器系统接口的采集软件，该软件还需技术成熟、数据稳定、应用广泛。考虑到以上条件，在盾构机的数据采集上选取了美国通用电气公司（GE）生产的采集软件。
关键词：盾构机；盾构远程监控系统；通用电气公司；可编程逻辑控制器；RJ45接口
1、引言
目前，在国内大规模建设地铁的过程中，部分技术人员仍然沿用软土地层或均一地层盾构工程理论和方法指导复合地层中的盾构施工，对复合地层盾构工程具体特性认识不足，施工缺乏科学性，不仅影响了工程的质量、进度，而且容易导致重大工程事故的发生，造成重大经济损失和人员伤亡，极大地限制了盾构技术的发展。尽快地改变这种状态已经变得刻不容缓。在如此大规模的建设形势下，寻找科学、安全、高效的管理模式和方法已经成为必然趋势和要求。因此，在这种形式下盾构远程监控系统）（以下简称：系统）应运而生，其存在是为了解决盾构施工参数只能由施工技术人员查看后上报给管理者的这种被动的管理模式所存在的问题。据统计，全国城市地铁隧道已超过1000台盾构在地下掘进，这些盾构机可以说是来自五湖四海，有来自美国的罗宾斯、德国的海瑞克，也有来自中国内地的铁建重工和中铁装备等。不同厂家生产的盾构机，为了采集传感器上的数据和控制机器运行所使用的可编程逻辑控制器（以下简称：PLC）不尽相同，有使用西门子的，有使用三菱的，也有使用罗克韦尔的。因此，想要采集现场盾构机操作系统上显示的掘进参数，并通过网络上传到服务器后能在后续应用上稳定、高效，我们需要有一款成熟的软件。因此，在经过多方比对后，我们决定使用美国通用电气公司（GE）生产的历史数据库软件Historian及其配套底层采集软件。
2、采集软件的应用
想要使用采集软件采集现场的PLC上的参数，首先需要双方建立通讯连接，因此我们会在现场安装工业控制器（以下简称：黑匣子），并通过RJ45接口与PLC相连接，从而通过配置黑匣子的TCP/IP设置与PLC建立通讯，最后通过网络把数据上传到服务器内。在黑匣子中，为了识别PLC传来的数据，我们安装了底层采集软件，其适配了绝大部分市场上PLC使用的控制系统，如图一所示。
图1底层采集软件适配的控制系统
底层采集软件的采集速率可以达到1秒采集一次，而且也具备参数缩放功能、断点续传功能。既如数据未成功上传至服务器的historian中，则数据会缓存在黑匣子中，直至连接重新恢复，从而保证了数据的完整性。除了底层采集软件外，还可在黑匣子中配套参数编辑及展示软件。该软件可对获得的数据进行再编辑，使数据满足盾构监控系统的使用要求；也可在其上对画面进行组态，展示底层数据；还可在其上对数据的历史曲线进行查询。
3、数据传输
黑匣子从底层plc获取盾构数据后，如何将其完整、实时、准确地进行传输是系统研发的关键。想要把数据从现场传回服务器，一般都需要现场接通以太网或VPN专网，这样才能实现数据到服务器的传输。所以，数据传输的过程主要分为以下3步：
1）黑匣子为双网卡设计，一个网卡用于采集PLC的数据，另一网卡用于与井下光纤接口相连；
2）井下光纤与外部网络相连，打通数据与服务器之间的传输链路；
3）用户通过互联网对服务器进行访问，实现对盾构施工的实时监控和管理。
4、技术成果
服务器获取到数据后，通过后台B/S端开发，把获取到的数据应用到系统中去。系统采用模块化开发的模式，并进行系统框架的构建。系统共分五个模块：登录模块、盾构信息监控模块、工程信息管理模块、系统管理模块、预警-通知模块。系统主要框架如图2所示。
图2系统框架
系统主要完成以下功能：
1）登录模块：提供系统登录、系统注销登录功能；
2）盾构信息监控：主要提供信息监控功能。包含全网图、盾构信息监控、区间信息监测、刀盘数据监测、螺旋数据监测、导向数据监测、数据分析以及报表导出等功能；
3）工程信息管理：管理市、线、区间、左右线等数据信息以及监测报表上传等功能；
4）系统管理：提供用户管理、权限管理、背图管理以及操作记录查询等功能。
其中，系统对现场施工的主要管理功能为功能2和3。管理人员通过使用盾构信息监控功能，实现对各工点的盾构状况的实时掌握，包括盾构掘进参数、掘进里程、掘进埋深、掘进方向等，从而更好的对现场施工实施管控。管理人员通过使用工程信息管理功能，可以检查现场第三方监测单位人员是否上传当天监测数据，从而确定监测人员是否认真完成监测工作。同时，通过该功能管理人员还能较快的获取现场沉降数据、管片质量数据、管片测量数据等，从而快速判断现场施工工况，针对出现的问题做到快速解决。
结束语
最后，在此说明一下：“系统是死的，人是活的”，人如果不能坚持使用系统，系统对管理带来的帮助就不会存在。希望盾构施工管理人员能灵活运用本系统做好对盾构在复合地层中的掘进管理，做到安全、稳定、高效，为祖国的地下隧道工程建设添砖加瓦。
参考文献：
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