一種環(huán)形頂管遠程控制系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及隧道工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種環(huán)形頂管遠程控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道工程建設(shè)中，盾構(gòu)法具有非開挖、機械化程度高、施工速度快、對周圍環(huán)境影響小、有利于勞動保護的優(yōu)勢。目前，世界上最大的盾構(gòu)直徑已達到17.5m，但以現(xiàn)有的技術(shù)和施工工藝，采用盾構(gòu)法建設(shè)超大直徑和異形斷面隧道還存在諸多難題。
[0003]針對目前超大直徑隧道建設(shè)所面臨的問題，可以考慮對現(xiàn)有的頂管法進行改進，采用環(huán)形頂管的施工方法。環(huán)形頂管由內(nèi)外兩層殼體組成，在兩層殼體的環(huán)形區(qū)域內(nèi)，安裝有覆蓋整個環(huán)形斷面的小刀盤及相應(yīng)的推進和輔助系統(tǒng)，后部為管節(jié)，待管節(jié)貫通后再采用常規(guī)方法開挖管節(jié)內(nèi)部的土體。
[0004]環(huán)形頂管工法中，環(huán)形區(qū)域狹窄，人員無法進入，所有的開挖過程屬于隱蔽施工，無法采用常規(guī)的頂管控制技術(shù)，現(xiàn)有技術(shù)中還未有適用于此種工法的、可實現(xiàn)遠程控制的控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種環(huán)形頂管遠程控制系統(tǒng)及控制方法，該控制系統(tǒng)可以實時反饋、調(diào)整環(huán)形頂管的工作狀態(tài)，實現(xiàn)開挖過程的自動化，解決環(huán)形頂管隱蔽施工的難題。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0007]一種環(huán)形頂管遠程控制系統(tǒng)，包括工控機、導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)、無線基站和遠程控制中心，所述環(huán)形頂管的刀盤連接有第一 PLC模塊和注漿子系統(tǒng)，所述第一 PLC模塊分別連接刀盤子系統(tǒng)和泥水輸送子系統(tǒng)，所述工控機分別連接第一 PLC模塊、無線基站、導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)和注漿子系統(tǒng)，所述無線基站與遠程控制中心連接，所述導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)與第一 PLC模塊連接。
[0008]所述遠程控制中心包括依次連接的數(shù)據(jù)存儲單元、控制單元和顯示器，所述數(shù)據(jù)存儲單元、控制單元均與無線基站連接。
[0009]所述導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)包括定位模塊和糾偏模塊，其中，所述定位模塊包括陀螺儀測量定位器、傾斜儀測量定位器和與工控機連接的第二 PLC模塊，所述第二 PLC模塊分別連接陀螺儀測量定位器和傾斜儀測量定位器，所述糾偏模塊包括糾偏油缸和油缸傳感器，所述糾偏油缸和油缸傳感器均與第一 PLC模塊連接。
[0010]所述注漿子系統(tǒng)包括依次連接的注漿壓力傳感器、第三PLC模塊和注漿泵，所述第三PLC模塊與所述工控機連接。
[0011]所述第一 PLC模塊支持多機通訊功能，并設(shè)置有不同的節(jié)點地址，采用RS-485或RS-422與所述工控機進行通訊。
[0012]所述第一 PLC模塊的數(shù)據(jù)處理方式采用多CPU冗余處理方式。
[0013]所述第二 PLC模塊的數(shù)據(jù)處理方式采用多CPU冗余處理方式。
[0014]所述第三PLC模塊的數(shù)據(jù)處理方式采用多CPU冗余處理方式。
[0015]一種環(huán)形頂管遠程控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟:
[0016]I)遠程控制中心接收并存儲操作人員的控制指令，所述控制指令一方面存儲在數(shù)據(jù)存儲單元，另一方面通過無線基站發(fā)送至工控機；
[0017]2)工控機接收控制指令，驅(qū)動注漿子系統(tǒng)，并將控制指令發(fā)送給指定刀盤的第一PLC模塊；
[0018]3)第一 PLC模塊對控制指令進行處理和D/A轉(zhuǎn)化后，分別驅(qū)動刀盤子系統(tǒng)和泥水輸送子系統(tǒng)，環(huán)形頂管啟動；
[0019]4)開挖過程中，工控機通過刀盤子系統(tǒng)、泥水輸送子系統(tǒng)、注漿子系統(tǒng)和導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)采集當(dāng)前環(huán)形頂管的工作數(shù)據(jù)，并通過無線基站反饋給遠程控制中心；
[0020]5)遠程控制中心對反饋數(shù)據(jù)進行保存和處理，實時顯示當(dāng)前的掘進狀態(tài)，并發(fā)出新的控制指令，調(diào)整當(dāng)前環(huán)形頂管的工作狀態(tài)。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022](I)本發(fā)明的數(shù)據(jù)和指令采用無線信號傳輸，可實現(xiàn)環(huán)形頂管的遠程控制；
[0023](2)遠程控制中心可實時顯示當(dāng)前環(huán)形頂管的工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)存儲單元可以存儲工作數(shù)據(jù)，便于日后分析和施工資料積累；
[0024](3)本發(fā)明的遠程控制系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)機制，自動化程度高，可解決環(huán)形頂管施工區(qū)域狹窄，隱蔽施工質(zhì)量難以控制的缺點；
[0025](4)由于環(huán)形頂管的斷面較大，刀盤數(shù)量較多，本發(fā)明的遠程控制系統(tǒng)通過對刀盤的第一 PLC模塊設(shè)置不同的節(jié)點地址，采用RS-485或RS-422進行通訊，可實現(xiàn)對多個刀盤的協(xié)調(diào)控制。
【附圖說明】
[0026]圖1為環(huán)形頂管示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為油缸控制示意圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0030]環(huán)形頂管如圖1所示，包括外層殼體和內(nèi)層殼體，在內(nèi)層殼體和外層殼體所圍成的環(huán)形區(qū)域內(nèi)分布有刀盤，實現(xiàn)對土體的切削。后部管節(jié)中，在結(jié)構(gòu)彎矩較小處設(shè)置有部分中空管道，作為管路和控制電纜的安放通道。在內(nèi)層殼體、外層殼體和管節(jié)與土壤接觸的表面還有注漿孔，通過注漿減小推進時的摩擦。
[0031]如圖2所示，本發(fā)明實施例提供一種環(huán)形頂管遠程控制系統(tǒng)，環(huán)形頂管的刀盤連接有第一 PLC模塊I和注漿子系統(tǒng)4，第一 PLC模塊I分別連接刀盤子系統(tǒng)2和泥水輸送子系統(tǒng)3。所述遠程控制系統(tǒng)包括四個部分:工控機5、導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)6、無線基站7和遠程控制中心8，工控機5設(shè)置在施工現(xiàn)場，分別連接第一 PLC模塊1、注漿子系統(tǒng)4、無線基站7和導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)6，無線基站7與遠程控制中心8連接。
[0032]遠程控制中心8包括依次連接的數(shù)據(jù)存儲單元81、控制單元82和顯示器83，數(shù)據(jù)存儲單元81、控制單元82均與無線基站7連接，控制單元82內(nèi)有數(shù)據(jù)處理模塊、顯示驅(qū)動模塊和I/O模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和I/O模塊分別與數(shù)據(jù)存儲單元81連接，顯示驅(qū)動模塊與顯示器83連接。
[0033]導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)6包括定位模塊和糾偏模塊，其中，定位模塊包括陀螺儀測量定位器61、傾斜儀測量定位器62和與工控機5連接的第二 PLC模塊63，所述糾偏模塊包括糾偏油缸64和油缸傳感器65，所述糾偏油缸64和油缸傳感器65均與第一 PLC模塊連接。
[0034]刀盤子系統(tǒng)2包括電動機21、減速器22、刀盤23和轉(zhuǎn)速傳感器24、頂進油缸25和頂進油缸傳感器26等；泥水輸送子系統(tǒng)3包括進泥閥31、排泥閥32和相應(yīng)閥門傳感器33、34以及開挖面土壓傳感器35等。注漿子系統(tǒng)4包括注漿壓力傳感器41、第三PLC模塊42和注漿泵43。
[0035]刀盤的第一PLC模塊I內(nèi)部集成有數(shù)據(jù)處理模塊、通訊模塊、D/A和A/D轉(zhuǎn)換模塊，并采用多CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)。
[0036]優(yōu)選地，刀盤的第一 PLC模塊I支持多機通訊功能，并設(shè)置有不同的節(jié)點地址，采用RS-485或RS-422與工控機進行通訊，實現(xiàn)工控機對多個刀盤的協(xié)調(diào)控制。
[0037]本發(fā)明實施例還提供一種環(huán)形頂管遠程控制方法，包括以下步驟:
[0038]I)遠程控制中心