盾構機組合仿真設備和仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種盾構機組合仿真設備，包括：盾構模型機，用以對盾構機和盾構機的動作進行實物仿真；傳感模擬器，用以對盾構機的傳感器進行計算機仿真，模擬施工對象和施工環(huán)境給盾構機的反饋信息，以及盾構機自身的狀態(tài)變化信息；系統(tǒng)控制臺，分別與所述盾構模型機和傳感模擬器連接，用以供操作人員進行盾構機的模擬操作，還用以實現(xiàn)操作人員、所述盾構模型機和傳感模擬器三者之間數(shù)據(jù)的交互反饋，本發(fā)明引入了盾構模型機和傳感模擬器，其中盾構模型機用于盾構機結構和動作的實物仿真，傳感模擬器用于盾構機各類傳感器的計算機仿真，模擬施工對象和施工環(huán)境給盾構機的反饋信息。
【專利說明】盾構機組合仿真設備和仿真方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑施工領域，尤其涉及一種盾構機組合仿真設備和仿真方法。
【背景技術】
[0002]目前，國內(nèi)大中城市地鐵建設逐漸進入高潮，地鐵施工特別是地鐵隧道盾構施工日益繁忙。由于地鐵隧道盾構施工的環(huán)境非常復雜，地層地質(zhì)條件千差萬別，地下既有建筑基礎和管線縱橫交錯，施工難度很高，施工安全問題非常突出，對從業(yè)人員的要求非常高。因此，迫切需要培養(yǎng)隧道施工的技術人員，尤其是盾構機的操作人員。盾構機技術教學是實踐性很強的課程，單純依靠書面教材難以進行具體直觀的教學表達，不利于培養(yǎng)學員的動手能力。考慮到盾構機造價昂貴、任務繁忙，以及施工安全，不宜以真實的機器在真實的施工環(huán)境中對學員進行教學、培訓?，F(xiàn)需要一種以實物仿真結合計算機仿真的組合仿真方法和設備，代替真實盾構機和施工環(huán)境用于地下隧道建造技術教學和盾構機操作實訓。。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種以實物仿真結合計算機仿真的組合仿真方法和設備。
[0004]為了解決這一技術問題，本發(fā)明提供了一種盾構機組合仿真設備，包括:
[0005]盾構模型機，用以對盾構機和盾構機的動作進行實物仿真；
[0006]傳感模擬器，用以對盾構機的傳感器進行計算機仿真，模擬施工對象和施工環(huán)境對盾構機動作的反饋信息，以及盾構機自身的狀態(tài)變化信息；
[0007]系統(tǒng)控制臺，分別與所述盾構模型機和傳感模擬器連接，用以供操作人員進行盾構機的模擬操作，還用以實現(xiàn)操作人員、所述盾構模型機和傳感模擬器三者之間數(shù)據(jù)的交互反饋。
[0008]所述系統(tǒng)控制臺至少包括供操作人員實現(xiàn)模擬操作的控制臺觸摸屏和控制臺操作板以及總控處理系統(tǒng)；
[0009]所述總控處理系統(tǒng)包括:
[0010]系統(tǒng)總控模塊，用以根據(jù)所述控制臺觸摸屏和控制臺操作板的輸入信息，生成動作指令；
[0011]數(shù)據(jù)管理模塊:用于存儲和管理盾構機仿真施工的設備性能參數(shù)、施工控制參數(shù)和仿真運算參數(shù)；
[0012]組合仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)總控模塊生成的動作指令、所述數(shù)據(jù)管理模塊存儲的參數(shù)數(shù)據(jù)以及所述傳感模擬器和盾構模型機反饋而來的數(shù)據(jù)生成動作仿真和施工仿真指令；
[0013]以及數(shù)據(jù)通訊模塊，用以實現(xiàn)所述組合仿真模塊與傳感模擬器以及盾構模型機的數(shù)據(jù)傳輸。
[0014]所述控制臺操作板設在一個立式控制箱內(nèi)。[0015]所述傳感模擬器包括:
[0016]模擬器數(shù)據(jù)通訊模塊，與所述系統(tǒng)控制臺連接，用以實現(xiàn)與所述系統(tǒng)控制臺之間的數(shù)據(jù)傳輸；
[0017]模擬器數(shù)據(jù)庫模塊，用以保存仿真算法參數(shù)和仿真運算結果；
[0018]幾何量仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真指令以及所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)仿真施工中幾何量的仿真，并將仿真結果反饋至所述系統(tǒng)控制臺和模擬器數(shù)據(jù)庫模塊；
[0019]物理量仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真指令以及所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)仿真施工中物理量的仿真，并將仿真結果反饋至所述系統(tǒng)控制臺和模擬器數(shù)據(jù)庫模塊；
[0020]開關量仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真指令以及所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)仿真施工中開關量的仿真，并將仿真結果反饋至所述系統(tǒng)控制臺和模擬器數(shù)據(jù)庫模塊；
[0021]仿真參數(shù)設置模塊，用以供操作人員輸入和修改所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的仿真參數(shù)。
[0022]所述傳感模擬器還包括教學管理模塊，用以對教學情況進行記錄和分析，將記錄與分析結果存儲于所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中，并供相關人員查看。
[0023]所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊還用以保存系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行記錄和教學作業(yè)記錄;
[0024]所述傳感模擬器還包括數(shù)據(jù)庫管理模塊，用以供相關人員對所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行記錄和教學作業(yè)記錄進行查閱、修改和刪除。
[0025]所述盾構模型機通過一個模型機控制系統(tǒng)與所述系統(tǒng)控制臺連接，所述模型機控制系統(tǒng)包括:
[0026]模型機數(shù)據(jù)通訊模塊，與所述系統(tǒng)控制臺連接，用以實現(xiàn)與所述傳感模擬器以及系統(tǒng)控制臺之間的數(shù)據(jù)傳輸；
[0027]掘進控制模塊；用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機的掘進動作指令；
[0028]注液控制模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機中的模擬注漿裝置和模擬注水裝置的注液動作指令；
[0029]小車控制模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機中的運輸小車的運輸動作指令；
[0030]管片拼裝模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機中的管片拼裝機的拼裝動作指令；
[0031]以及液電驅(qū)動模塊，用以根據(jù)所述掘進控制模塊、注液控制模塊、小車控制模塊和管片拼裝模塊生成的掘進動作指令、注液動作指令、運輸動作指令、拼裝動作指令驅(qū)動所述盾構模型機實施動作。
[0032]所述模型機控制系統(tǒng)還包括安全控制模塊，用以檢測所述掘進控制模塊、注液控制模塊、小車控制模塊和管片拼裝模塊生成的掘進動作指令、注液動作指令、運輸動作指令、拼裝動作指令，若無誤，根據(jù)無誤的動作指令驅(qū)動所述盾構模型機實施動作，若有誤，向所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出警報信息，并根據(jù)有誤的指令判斷是否適于實施指令；若適于實施，則依舊根據(jù)動作指令驅(qū)動所述盾構模型機實施動作，若不適于實施，則終止驅(qū)動。
[0033]所述盾構模型機包括液電動力裝置和機械結構裝置，所述液電動力裝置分別與所述系統(tǒng)控制臺和機械結構裝置連接。
[0034]所述機械結構裝置包括沿水平方向依次布置模擬真實盾構機出洞的洞門、發(fā)射架和平臺。
[0035]所述發(fā)射架上沿水平方向依次設有盾殼和管片，所述盾殼由切口環(huán)、支撐環(huán)和盾尾組成，所述切口環(huán)的后端與所述支撐環(huán)的前端連接，所述支撐環(huán)的后端與所述盾尾的前端連接，所述盾殼上設有供觀察盾殼內(nèi)部機構的盾殼觀察窗，所述平臺上設有反力架、臺車和運輸小車。
[0036]所述機械結構裝置還包括大刀盤、螺旋輸送機、管片拼裝機、雙梁、支撐桿、皮帶輸送機和單梁，所述切口環(huán)內(nèi)的空間通過一個胸板分隔成前、后兩部分，前部分空間中靠近所述洞門的位置設有所述大刀盤，前部分空間中所述大刀盤與胸板之間的空間為土倉，所述螺旋輸送機的前端安裝在所述切口環(huán)內(nèi)，所述支撐環(huán)內(nèi)部裝有經(jīng)簡化改進的所述管片拼裝機，所述盾尾的后端與所述管片連接，所述雙梁的前端與所述支撐環(huán)連接，所述雙梁的后端與所述臺車相連，所述管片通過一個支撐桿與所述反力架連接，所述臺車上安裝有一個皮帶輸送機，所述臺車頂部安裝有單梁，所述單梁和雙梁上均裝有用于管片吊運的起重機。
[0037]所述機械結構裝置還包括一個液壓推進和復位裝置，所述液壓推進和復位裝置包括若干個液壓推進油缸和位于所述臺車上且與所述液壓推進油缸連接的液壓泵站，所述液壓推進油缸一端與所述支撐環(huán)連接，另一端與所述管片連接，所述若干液壓頂推油缸包括無動力模型油缸與至少兩個真實油缸。
[0038]所述機械結構裝置還包括一個模擬注漿裝置，所述模擬注漿裝置包括模擬注漿管、注漿泵、泥漿箱，所述泥漿箱和所述注漿泵連接，且均設于所述臺車上，所述模擬注漿管以LED光帶制作，所述模擬注漿管的一端與所述注漿泵和泥漿箱連接，另一端依次穿過所述管片、盾尾、支撐環(huán)，連通至設于所述支撐環(huán)外側表面的注漿套。
[0039]所述機械結構裝置還包括一套模擬注水裝置，所述模擬注水裝置包括模擬注水管、注水泵和水箱，所述注水泵和所述水箱設于所述臺車上，所述模擬注水管以LED光帶制作，所述模擬主水管的一端與所述注水泵和水箱連接，另一端依次穿過所述管片、盾尾、支撐環(huán)、切口環(huán)，連通至所述土倉和刀盤。
[0040]所述液電動力裝置至少包括與所述刀盤連接的電動機和變頻器，與所述螺旋輸送機連接的電動機和變頻器，與所述運輸小車連接的電動機。
[0041]所述液電動力裝置還包括與所述若干液壓頂推油缸連接的油缸驅(qū)動裝置。
[0042]本發(fā)明還提供了一種盾構機組合仿真方法，包括如下步驟:
[0043]S01:操作人員通過仿真系統(tǒng)人機界面發(fā)出操作指令；
[0044]S02:系統(tǒng)控制單元接收指令，解析后將動作指令分別發(fā)給實物仿真單元和計算機仿真單元；
[0045]S03:所述實物仿真單元接收所述系統(tǒng)控制單元的動作指令后，據(jù)此驅(qū)動實物模型，使得所述實物模型運行指令所要求的動作；所述實物模型中的傳感器、行程開關還將檢測到的信息反饋給所述系統(tǒng)控制單元；[0046]所述計算機仿真單元對所述系統(tǒng)控制單元的動作指令進行物理量、開關量和幾何量的仿真運算，并將運算結果反饋給系統(tǒng)控制單元；
[0047]此外，所述計算機仿真單元還根據(jù)所述系統(tǒng)控制單元的動作指令所要求動作的時序關系，以及用戶預設的事件規(guī)則，進行事件邏輯運算，并將運算得到的開關量反饋給系統(tǒng)控制單兀；
[0048]S04:所述系統(tǒng)控制單元接收所述實物仿真單元、計算機仿真單元反饋的信息，完成一輪閉環(huán)運算，修正下一步動作的控制參數(shù)，以及將要發(fā)出的下一步動作指令；
[0049]同時，所述系統(tǒng)控制單元將計算機仿真單元反饋的信息傳輸?shù)剿鰧嵨锓抡鎲卧鰧嵨锓抡鎲卧獡?jù)此進行運行；
[0050]所述系統(tǒng)控制單元還將實物仿真單元反饋的信息轉發(fā)給計算機仿真單元，使得所述計算機仿真單元修正仿真的誤差。
[0051]S05:系統(tǒng)控制單元將實物仿真單元、計算機仿真單元反饋的信息，以及閉環(huán)運算的結果，通過人機界面反饋給操作人員。
[0052]S06:重復步驟S01至S05，進行其他動作的操作仿真。
[0053]本發(fā)明引入了盾構模型機和傳感模擬器，其中盾構模型機用于盾構機結構和動作的實物仿真，傳感模擬器用于對盾構機各類傳感器的計算機仿真，模擬施工對象和施工環(huán)境給盾構機的反饋信息，具體來說傳感模擬器可以對施工對象、施工環(huán)境以及施工環(huán)境和施工對象在盾構機作用下發(fā)生的變化的傳感數(shù)據(jù)進行仿真，還可以對盾構機受到施工對象、施工環(huán)境反作用而引起自身狀態(tài)變化的傳感數(shù)據(jù)進行仿真。同時，盾構模型機和傳感模擬器之間還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳輸，使得仿真的結果互相影響，從而將盾構模型機和傳感模擬器有機結合在一起，進一步提高仿真的效果。在此基礎上，本發(fā)明還利用一個系統(tǒng)控制臺實現(xiàn)了人機交互，使得操作人員可以在與現(xiàn)實盾構相仿的環(huán)境下實施操作訓練。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0054]圖1是本發(fā)明一實施例中盾構機組合仿真設備的結構示意圖；
[0055]圖2是本發(fā)明一實施例中系統(tǒng)控制臺的結構示意圖；
[0056]圖3是本發(fā)明一實施例中模擬機控制系統(tǒng)的結構示意圖；
[0057]圖4是本發(fā)明一實施例中傳感模擬器的結構示意圖；
[0058]圖5是本發(fā)明一實施例中機械結構裝置的結構示意圖；
[0059]圖6是本發(fā)明一實施例中盾殼的俯視結構不意圖；
[0060]在圖5、6中，1一洞門；2—大刀盤；3—切口環(huán)；4一土倉；5—胸板；6—支撐環(huán)；7—液壓頂推油缸；8—盾尾；9一激光祀標；10—管片拼裝機；11 一螺旋機；12—管片；13—雙梁；14一支撐桿；15—單梁；16—皮帶輸送機；17—臺車；18—測量吊架；19一測量坐標基準點；20—測量高程基準點；21—反力架；22—運輸小車；23—發(fā)射架；24—模擬注漿管；25—模擬注水管；26—泥衆(zhòng)箱；27—水箱；28—注衆(zhòng)泵；29—注水泵；30 —電動葫蘆；31—電動葫蘆軌道梁；32—井口 ；33—注漿套；34—盾殼觀察窗。
【具體實施方式】
[0061]以下將結合圖1至圖6對本發(fā)明提供的盾構機組合仿真設備和方法進行詳細的描述，其為本發(fā)明可選的實施例，可以認為本領域的技術人員在不改變本發(fā)明精神和內(nèi)容的范圍內(nèi)能夠?qū)ζ溥M行修改和潤色。
[0062]抽象來說，盾構機仿真的主要內(nèi)容為結構仿真、動作仿真，以及施工仿真。
[0063]結構仿真、動作仿真可以采用實物仿真的方法，以實物模型模仿盾構機的結構和動作。施工仿真是對施工對象、施工環(huán)境在盾構機作用下發(fā)生變化的仿真，以及盾構機受到施工對象、施工環(huán)境反作用而引起自身狀態(tài)變化的仿真。真實盾構機在施工中，是通過各類傳感器來檢測和接受這些變化信息的，而實物模型難以布置在真實環(huán)境或近似環(huán)境中進行掘進施工，因此接收不到類似的變化信息。于是需要通過計算機仿真來模擬相應的傳感器，向盾構機仿真模型發(fā)送類似的變化信息，這樣才能實現(xiàn)完整的盾構機仿真。因此，對盾構機的仿真采用實物仿真為主、計算機仿真為輔的組合方法進行。
[0064]具體到本實施例中，請參考圖1，本實施例提供了一種盾構機組合仿真設備，包括:
[0065]盾構模型機，用以對盾構機和盾構機的動作進行實物仿真；進一步的，其可用于根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺傳輸而來的操作指令，運行盾構機動作和功能，并將其傳感器、行程開關的檢測信息反饋給所述系統(tǒng)控制臺，并通過所述系統(tǒng)控制臺，與所述傳感模擬器進行間接數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)與真實盾構機相似的閉環(huán)控制。在本實施例中，系統(tǒng)控制臺與盾構模型機連接，采用ControllerLink通訊方式。系統(tǒng)控制臺與傳感模擬器連接，采用RS232串口通訊方式。
[0066]傳感模擬器，用以對盾構機的傳感器進行計算機仿真，即模擬生成盾構機的傳感器數(shù)據(jù)，從而模擬出施工對象和施工環(huán)境對盾構機動作的反饋信息，以及盾構機自身的狀態(tài)變化信息；進一步的，其可用于根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺傳輸而來的操作指令和所述盾構模型機反饋信息，進行盾構機、施工對象、施工環(huán)境的仿真運算，模擬真實盾構機的各類傳感器將仿真運算結果反饋給所述系統(tǒng)控制臺，還通過所述系統(tǒng)控制臺轉送給所述盾構模型機。
[0067]系統(tǒng)控制臺，分別與所述盾構模型機和傳感模擬器連接，用以供操作人員進行盾構機的模擬操作，還用以實現(xiàn)操作人員、所述盾構模型機和傳感模擬器三者之間數(shù)據(jù)的交互反饋；進一步的，其可用于供操作人員根據(jù)從所述盾構模型機和所述傳感模擬器采集到的數(shù)據(jù)進行操作，并將操作指令傳輸給所述盾構模型機和所述傳感模擬器，并采集所述盾構模型機反饋的傳感檢測信息，以及所述傳感模擬器反饋的模擬運算信息，還能夠?qū)崿F(xiàn)所述盾構模型機與所述傳感模擬器之間的間接數(shù)據(jù)交換，從而形成多回路閉環(huán)控制。
[0068]可以看出，本發(fā)明為了實現(xiàn)盾構機的仿真，使用了一種組合仿真的理念，一方面采用了實物仿真，其設備為所述的盾構模型機，另一方面則采用計算機仿真，其設備是所述的傳感模擬器，本發(fā)明中，實物仿真與計算機仿真組合使用，以達到最佳的盾構模擬效果。該套組合方式是以實物仿真為主，計算機仿真為輔，即由傳感模擬器為盾構模型機提供各類傳感器的模擬信息，從而實現(xiàn)完整的盾構機仿真方案。
[0069]所述系統(tǒng)控制臺至少包括供操作人員實現(xiàn)模擬操作的控制臺觸摸屏和控制臺操作板以及總控處理系統(tǒng)；
[0070]所述總控處理系統(tǒng)包括:
[0071]系統(tǒng)總控模塊，用以根據(jù)所述控制臺觸摸屏和控制臺操作板的輸入信息，生成動作指令；其與控制臺操作板、控制臺觸摸屏、組合仿真模塊連接，還可用于根據(jù)控制臺操作板和控制臺觸摸屏的輸入，實施系統(tǒng)啟停、動作控制、流程控制、安全控制等功能。所述系統(tǒng)總控模塊發(fā)出相應的指令給組合仿真模塊，驅(qū)動盾構模型機和傳感模擬器，同時將有關信息發(fā)給控制臺操作板和控制臺觸摸屏，供操作人員觀看使用。
[0072]數(shù)據(jù)管理模塊:用于存儲和管理盾構機仿真施工的設備性能參數(shù)、施工控制參數(shù)和仿真運算參數(shù)。所述數(shù)據(jù)管理模塊與控制臺觸摸屏、組合仿真模塊連接，用于管理系統(tǒng)的設備性能參數(shù)、施工控制參數(shù)和仿真運算參數(shù)等數(shù)據(jù)，供組合仿真模塊使用，還用于保存系統(tǒng)運行日志等數(shù)據(jù)。操作者可以通過控制臺觸摸屏設置和修改系統(tǒng)的設備性能參數(shù)、施工控制參數(shù)和仿真運算參數(shù)等數(shù)據(jù)。
[0073]在本實施例中，所述設備性能參數(shù)主要是指:
[0074]盾構截面直徑:也就是盾殼截面的直徑，決定了掘進隧道斷面的大小。
[0075]隧道管片長度:一節(jié)管片的長度。
[0076]刀盤分級速度:刀盤轉速分5級，每級速度數(shù)值。
[0077]刀盤最大扭矩:是刀盤扭矩的上限，超過了就是過載。
[0078]螺旋機轉速范圍:螺旋機的最大、最小轉動速度，可以無級變速。
[0079]出土閘門開關時間:出土閘門從全關到全開的時間。
[0080]推進缸最大行程:推進油缸能伸出的最大長度。
[0081]上推進油缸凹進長度:上部推進油缸安裝位置比其他油缸要凹進一些。
[0082]拼裝機最大升降高度:拼裝機升高、降低的界限。
[0083]拼裝機最大伸縮長度:拼裝機伸出、縮進的界限。
[0084]拼裝機旋轉速度:拼裝機左轉、右轉的速度。
[0085]拼裝機升降速度:拼裝機上升、下降的速度。
[0086]拼裝機伸縮速度:拼裝機伸出、縮進的速度。
[0087]注漿箱容量:注漿箱容積大小。
[0088]泥水箱容量:注泥、注水箱容積大小。
[0089]所述施工控制參數(shù)主要是指:
[0090]土壓力設定值:盾構機掘進時正面土壓力的控制值。
[0091]土壓力上限、下限:土壓力不能超過的上、下界限。
[0092]螺旋機轉速:螺旋機的轉動速度。
[0093]出土閘門開度:出土閘門打開的程度，以百分比表示。
[0094]推進油缸速度:推進油缸伸出的快慢。
[0095]注泥注水注漿流量:注泥、注水、注漿的快慢。
[0096]水平軸線偏差上限:盾構機掘進時水平軸線偏差的界限。
[0097]機身傾斜角差上限:盾構機掘進時機身傾斜角度偏差的界限。
[0098]機身側滾角差上限:盾構機掘進時機身側滾角度偏差的界限。
[0099]所述仿真運行參數(shù)主要是指:
[0100]對象三維坐標:XYZ三維坐標。
[0101]對象三維朝向:ΧΥΖ三維坐標。
[0102]對象位移形式:平移、滾動、轉動等。[0103]對象位移量:位移的距離。
[0104]對象位移速度:位移的快慢。
[0105]仿真加速系數(shù):實際對象變化很慢時，計算機仿真需要加快的倍數(shù)。
[0106]軸線糾偏系數(shù):為適當改善視覺效果，模擬掘進軸線糾偏時的加速系數(shù)。
[0107]水平糾偏系數(shù):為適當改善視覺效果，模擬機身傾斜糾偏時的加速系數(shù)。
[0108]傾斜糾偏系數(shù):為適當改善視覺效果，模擬機身側滾糾偏時的加速系數(shù)。
[0109]組合仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)總控模塊生成的動作指令、所述數(shù)據(jù)管理模塊存儲的參數(shù)數(shù)據(jù)以及所述傳感模擬器和盾構模型機反饋而來的數(shù)據(jù)生成動作仿真和施工仿真指令；具體來說，其與系統(tǒng)總控模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊連接，用于接收系統(tǒng)總控模塊發(fā)出的指令，接收數(shù)據(jù)通訊模塊傳輸?shù)膶嵨锓抡嫘畔⒑陀嬎銠C仿真信息，根據(jù)組合仿真邏輯，以及數(shù)據(jù)庫里存儲的仿真參數(shù)，發(fā)出動作仿真和施工仿真指令，通過數(shù)據(jù)通訊模塊分別發(fā)給盾構機模型和傳感模擬器，實現(xiàn)盾構機的完整仿真。
[0110]以及數(shù)據(jù)通訊模塊，用以實現(xiàn)所述組合仿真模塊與傳感模擬器以及盾構模型機的數(shù)據(jù)傳輸；其分別與盾構模型機、傳感模擬器、組合仿真模塊連接，用于實現(xiàn)系統(tǒng)控制臺與盾構模型機之間的數(shù)據(jù)傳輸，以及系統(tǒng)控制臺與傳感模擬器之間的數(shù)據(jù)傳輸。
[0111]從具體設備上來說，所述控制臺操作板設在一個立式控制箱內(nèi)。立式控制箱內(nèi)還裝有PLC可編程控制器，控制箱上還裝有工業(yè)控制觸摸屏。立式控制箱內(nèi)設有立式箱體、操作面板、控制電路、機架線架、電源裝置等。PLC可編程控制器中可以包括CPU模塊、輸入輸出模塊、通訊模塊、控制軟件等。工業(yè)控制觸摸屏可以包括觸摸屏和設于其中的監(jiān)控軟件等。正是這些所有設備的結合使用才實現(xiàn)了系統(tǒng)控制臺各功能模塊的有機運作。
[0112]根據(jù)真實盾構機的性能參數(shù)、運行規(guī)律和施工環(huán)境的性狀及其變化規(guī)律，本發(fā)明可以進行計算機仿真運算。通過幾何量仿真、物理量仿真、開關量仿真，模仿盾構機的各類傳感器，模擬出施工對象和施工環(huán)境的反饋信息，以及盾構機自身的狀態(tài)變化信息。
[0113]其中，幾何量仿真主要模仿盾構機運行中的超挖刀狀態(tài)、出土閘門開度、推進油缸伸縮長度、隧道管片位置、掘進距離、掘進軸線偏差、機身傾斜角、機身側轉角等，用于模擬盾構機運行姿態(tài)。
[0114]物理量仿真主要模仿盾構機運行中的刀盤扭矩、土壓力、螺旋機壓力、推進泵站壓力、推進油缸推力、注漿壓力等，用于模擬盾構機運行情況和施工環(huán)境情況。
[0115]開關量仿真主要模仿盾構機運行中的設備過載、設備故障、物料欠缺等，用于模擬盾構機運行和施工中可能發(fā)生的事件。
[0116]在組合仿真系統(tǒng)中，計算機仿真可以得到實物模型反饋的檢測信息，修正幾何量、物理量和開關量仿真過程的誤差。
[0117]故而，本實施例中，請參考圖4，所述傳感模擬器包括:
[0118]模擬器數(shù)據(jù)通訊模塊，與所述系統(tǒng)控制臺連接，用以實現(xiàn)與所述系統(tǒng)控制臺之間的數(shù)據(jù)傳輸，進而能夠?qū)崿F(xiàn)與盾構模型機之間的數(shù)據(jù)傳輸；
[0119]模擬器數(shù)據(jù)庫模塊，用以保存?zhèn)鞲心M器的仿真算法參數(shù)和仿真運算結果；所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊還用以保存系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行記錄和教學作業(yè)記錄。所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊是一種小型數(shù)據(jù)庫，名稱為MYSQL，存儲的數(shù)據(jù)包括:各類仿真算法參數(shù)、每次仿真運算結果、系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行記錄、教學作業(yè)記錄等。其中的系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)是指:用戶名冊、用戶權限、教師和學員的姓名、單位等基本信息，以及各種技術術語、管理信息的數(shù)據(jù)詞典等。
[0120]所述傳感模擬器還包括數(shù)據(jù)庫管理模塊，用以供相關人員對所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行記錄和教學作業(yè)記錄進行查閱、修改和刪除。所述數(shù)據(jù)庫管理模塊可以是對MYSQL數(shù)據(jù)庫中的系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行記錄、教學作業(yè)記錄等數(shù)據(jù)進行查閱、修改、刪除的軟件。
[0121 ] 所述傳感模擬器還包括:
[0122]幾何量仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真指令以及所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)仿真施工中幾何量的仿真，并將仿真結果反饋至所述系統(tǒng)控制臺和模擬器數(shù)據(jù)庫模塊；具體來說，其與模擬器數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)庫模塊連接，用于接收系統(tǒng)控制臺發(fā)出、經(jīng)數(shù)據(jù)通訊模塊傳輸?shù)膭幼鞣抡嬷噶?，根?jù)數(shù)據(jù)庫存儲的仿真參數(shù)，進行幾何量仿真運算，將運算得到的超挖刀狀態(tài)、出土閘門開度、推進油缸伸縮長度、隧道管片位置、掘進距離、掘進軸線偏差、機身傾斜角、機身側轉角等信息，經(jīng)由數(shù)據(jù)通訊模塊反饋給系統(tǒng)控制臺，并存儲入數(shù)據(jù)庫。
[0123]物理量仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真指令以及所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)仿真施工中物理量的仿真，并將仿真結果反饋至所述系統(tǒng)控制臺和模擬器數(shù)據(jù)庫模塊；具體來說，其與模擬器數(shù)據(jù)通訊模塊、數(shù)據(jù)庫模塊連接，用于接收系統(tǒng)控制臺發(fā)出、經(jīng)數(shù)據(jù)通訊模塊傳輸?shù)膭幼鞣抡嬷噶睿鶕?jù)模擬器數(shù)據(jù)庫模塊存儲的仿真參數(shù)，進行物理量仿真運算，將運算得到的刀盤扭矩、土壓力、螺旋機壓力、推進泵站壓力、推進油缸推力、注漿壓力等信息，經(jīng)由數(shù)據(jù)通訊模塊反饋給系統(tǒng)控制臺，并存儲入模擬器數(shù)據(jù)庫1吳塊。
[0124]開關量仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真指令以及所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)仿真施工中開關量的仿真，并將仿真結果反饋至所述系統(tǒng)控制臺和模擬器數(shù)據(jù)庫模塊；具體來說，其與模擬器數(shù)據(jù)通訊模塊、模擬器數(shù)據(jù)庫模塊連接，用于接收系統(tǒng)控制臺發(fā)出、經(jīng)數(shù)據(jù)通訊模塊傳輸?shù)膭幼鞣抡嬷噶睿鶕?jù)模擬器數(shù)據(jù)庫模塊存儲的仿真參數(shù)，進行開關量仿真運算，將運算得到的設備過載、設備故障、物料欠缺等信息，經(jīng)由數(shù)據(jù)通訊模塊反饋給系統(tǒng)控制臺，并存儲入模擬器數(shù)據(jù)庫模塊。
[0125]仿真參數(shù)設置模塊，用以供操作人員輸入和修改所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的仿真參數(shù)；進一步的，所述仿真參數(shù)設置模塊可以是對MYSQL數(shù)據(jù)庫中的仿真算法參數(shù)進行設置或修改的軟件；
[0126]所述傳感模擬器還包括教學管理模塊，用以對教學情況進行記錄和分析，將記錄與分析結果存儲于所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中，并供相關人員查看。為了進行仿真系統(tǒng)的教學管理，在傳感模擬器中設立教學管理模塊，供教師、考官等人員使用。教學管理模塊與模擬器數(shù)據(jù)庫模塊連接，具有教學要求設置、教學作業(yè)記錄、教學記錄查詢、教學情況分析等功能。
[0127]所述傳感模擬器可以通過傳感模擬器用戶界面與操作人員實現(xiàn)數(shù)據(jù)的人機交互。在實體設備上，傳感模擬器采用一臺PC計算機，帶有RS232接口，內(nèi)裝盾構機傳感模擬軟件，將軟件與其他設備相結合，使得各功能模塊能夠發(fā)揮其應有的作用。
[0128]所述盾構模型機通過一個模型機控制系統(tǒng)與所述系統(tǒng)控制臺連接，請參考圖3，所述模型機控制系統(tǒng)包括:
[0129]模型機數(shù)據(jù)通訊模塊，與所述系統(tǒng)控制臺連接，用以實現(xiàn)與所述傳感模擬器以及系統(tǒng)控制臺之間的數(shù)據(jù)傳輸；
[0130]掘進控制模塊；用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機的掘進動作指令；具體來說，其與模型機數(shù)據(jù)通訊模塊、安全控制模塊連接，用于接收系統(tǒng)控制臺發(fā)出、經(jīng)數(shù)據(jù)通訊模塊傳輸?shù)闹鳈C控制指令，發(fā)出刀盤掘削、液壓推進、螺旋排土、渣土輸送等動作命令，經(jīng)安全控制模塊驗證后實施；
[0131]注液控制模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機中的模擬注漿裝置和模擬注水裝置的注液動作指令；具體來說，其與模型機數(shù)據(jù)通訊模塊、安全控制模塊連接，用于接收系統(tǒng)控制臺發(fā)出、經(jīng)數(shù)據(jù)通訊模塊傳輸?shù)淖⒁嚎刂浦噶?，發(fā)出同步注漿、注水、注脂等動作驅(qū)動命令，經(jīng)安全控制模塊驗證后實施；
[0132]小車控制模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機中的運輸小車的運輸動作指令；具體來說，其與模型機數(shù)據(jù)通訊模塊、安全控制模塊連接，用于接收系統(tǒng)控制臺發(fā)出、經(jīng)數(shù)據(jù)通訊模塊傳輸?shù)男≤嚳刂浦噶?，發(fā)出運輸小車的啟動、停止、前進、后退等動作驅(qū)動命令，經(jīng)安全控制模塊驗證后實施；
[0133]管片拼裝模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機中的管片拼裝機的拼裝動作指令；具體來說，其與模型機數(shù)據(jù)通訊模塊、安全控制模塊連接，用于接收系統(tǒng)控制臺發(fā)出、經(jīng)數(shù)據(jù)通訊模塊傳輸?shù)墓芷囱b指令，發(fā)出管片拼裝機的啟動、停止、前進、后退、左轉、右轉、上升、下降等動作命令，經(jīng)安全控制模塊驗證后實施；
[0134]以及液電驅(qū)動模塊，用以根據(jù)所述掘進控制模塊、注液控制模塊、小車控制模塊和管片拼裝模塊生成的掘進動作指令、注液動作指令、運輸動作指令、拼裝動作指令驅(qū)動所述盾構模型機實施動作。
[0135]所述模型機控制系統(tǒng)還包括安全控制模塊，用以檢測所述掘進控制模塊、注液控制模塊、小車控制模塊和管片拼裝模塊生成的掘進動作指令、注液動作指令、運輸動作指令、拼裝動作指令，若無誤，根據(jù)無誤的動作指令驅(qū)動所述盾構模型機實施動作，若有誤，向所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出警報信息，并根據(jù)有誤的指令判斷是否適于實施指令；若適于實施，則依舊根據(jù)動作指令驅(qū)動所述盾構模型機實施動作，若不適于實施，則終止驅(qū)動。所述安全控制模塊與主機控制、注液控制、小車控制、管片拼裝等模塊，以及傳感檢測模塊、液電驅(qū)動模塊連接，用于對主機控制、注液控制、小車控制、管片拼裝等模塊發(fā)出的動作驅(qū)動命令，進行連鎖、邊界、故障等條件檢測，檢測無誤的，發(fā)給液電驅(qū)動模塊；檢測有誤的，向系統(tǒng)控制臺發(fā)出報警信息，并根據(jù)錯誤類別和應對策略，決定是否終止液電驅(qū)動。
[0136]所述模型機控制系統(tǒng)還包括傳感器檢測模塊，與數(shù)據(jù)通訊模塊、盾構模型機連接，用于周期巡檢盾構模型機中各傳感器、行程開關，將有關信息經(jīng)由數(shù)據(jù)通訊模塊反饋給系統(tǒng)控制臺。本發(fā)明中，雖然存在模擬處理器進行模擬，但對于盾構模型機的運作，依舊還可設置與其動作相匹配的傳感器、行程開關等對盾構模型機的運作狀況進行檢測，對相關數(shù)據(jù)進行采集。具體有關傳感器和行程開關的布置，可根據(jù)盾構模型機的具體結構與動作情況進行設置，本實施例在后文中亦對此有具體的列舉。
[0137]所述模型機控制系統(tǒng)在設備上可以包括PLC可編程控制器和變頻器，從而實現(xiàn)以上的各功能模塊。
[0138]所述盾構模型機包括液電動力裝置和機械結構裝置，所述液電動力裝置分別與所述系統(tǒng)控制臺和機械結構裝置連接。
[0139]所述機械結構裝置按真實盾構機的結構、裝置和參數(shù)，以縮小比例制作盾構機的實物模型，同時其在結構和機構上根據(jù)教學特點和部署條件作了部分簡化或省略。實物模型的結構和動作，與真實盾構機相同或近似，可以達到盾構機結構仿真、動作仿真的效果。
[0140]請著重參考圖5，所述機械結構裝置在所述底樓空間沿水平方向依次布置模擬真實盾構機出洞的洞門1、發(fā)射架23和平臺。
[0141]所述發(fā)射架23上沿水平方向依次設有盾殼和管片12，所述盾殼由切口環(huán)3、支撐環(huán)6和盾尾8組成，所述切口環(huán)3的后端與所述支撐環(huán)6的前端連接，所述支撐環(huán)6的后端與所述盾尾8的前端連接，請參考圖6，所述盾殼上設有供觀察盾殼內(nèi)部機構的盾殼觀察窗34，其為有機玻璃材質(zhì)，所述平臺上設有反力架21、臺車17和運輸小車22。其中的“依次”即為從靠近洞門1 一端至遠離洞門1 一端，亦即如圖5所示的由左至右，前端是指靠近門洞1的一端，后端是指遠離門洞1的一端，該種描述符合盾構機本身的結構特點，本領域的技術人員面對此描述也不可能產(chǎn)生歧義。
[0142]所述機械結構裝置還包括大刀盤2、螺旋輸送機11、管片拼裝機10、雙梁13、支撐桿14、皮帶輸送機16和單梁15，所述切口環(huán)3內(nèi)的空間通過一個胸板5分隔成前、后兩部分，前部分空間中靠近所述洞門1的位置設有所述大刀盤2，前部分空間中所述大刀盤與胸板5之間的空間為土倉4，所述螺旋輸送機11的前端安裝在所述切口環(huán)3內(nèi)，所述支撐環(huán)6內(nèi)部裝有的所述管片拼裝機10，與現(xiàn)有技術中的管片拼裝機相比，該管片拼裝機10為經(jīng)簡化改進的設備，所述盾尾8的后端與所述管片12連接，所述雙梁13的前端與所述支撐環(huán)6連接，所述雙梁13的后端與所述臺車17相連，所述管片12通過一個支撐桿14與所述反力架21連接，所述臺車17上安裝有一個皮帶輸送機16，所述臺車17頂部安裝有單梁15，所述單梁15和雙梁13上均裝有用于管片吊運的起重機(圖未示)。本實施例中所說的前端是指靠近所述洞門1的一端，所說的后段是指遠離所述洞門1的一端，亦即通常盾構的前端與后端。
[0143]所述機械結構裝置還包括一個液壓推進和復位裝置，所述液壓推進和復位裝置包括若干個液壓推進油缸和位于所述臺車17上且與所述液壓推進油缸連接的液壓泵站，所述液壓推進油缸一端與所述支撐環(huán)6連接、另一端與所述管片12連接，所述若干液壓頂推油缸包括無動力模型油缸與至少兩個真實油缸。當管片安裝完成后，液壓頂推油缸7的一端頂住已經(jīng)安裝完成的管片，另一端用以頂進支撐環(huán)4，進而推動盾構模型前進，所述液壓推進和復位裝置還包括油管以及連接部件等(圖未示)，用于掘進作業(yè)時推動盾構模型前進，模擬真實盾構機的掘進施工，并在操作后可以使盾構模型回復到起始位置，從而可以反復運行。所述液壓推進和復位裝置旨在模擬這一過程中的動作。
[0144]所述機械結構裝置還包括一個模擬注漿裝置，所述模擬注漿裝置包括模擬注漿管
24、注漿泵28、注漿套33和泥漿箱26，所述泥漿箱26和所述注漿泵28連接，且均設于所述臺車17上，所述注漿套33設于所述支撐環(huán)6的外側表面，所述模擬注漿管24以LED光帶制作，所述模擬注漿管24的一端與所述注漿泵28和泥漿箱26連接，另一端依次穿過所述管片12、盾尾8、支撐環(huán)6，連通至所注漿套33。這里所稱的依次即為從遠離洞門1 一端至靠近洞門1 一端的方向，亦即如圖5所示的由右至左。
[0145]所述機械結構裝置還包括一套模擬注水裝置，所述模擬注水裝置包括模擬注水管
25、注水泵29和水箱27，所述注水泵29和所述水箱27設于所述臺車17上，所述模擬注水管25以LED光帶制作，所述模擬主水管25的一端與所述注水泵和水箱連接，另一端依次穿過所述管片12、盾尾8、支撐環(huán)6、切口環(huán)，連通至所述土倉。這里所稱的依次即為從遠離洞門1 一端至靠近洞門1 一端的方向，亦即如圖5所示的由右至左。
[0146]注漿和注水裝置在真實的盾構機中的作用是將盾構機周圍的縫隙填入漿和水，進而防止土的沉降等問題，本實施例中，所述模擬注漿裝置包括在支撐環(huán)6外表面安裝的若干道注漿套，其中至少1道注漿套采用LED光帶，以燈光流動來演繹盾構掘進施工中的同步注漿的情況，LED光帶模擬注漿注水管道，在控制系統(tǒng)的操縱下，以移動燈光來模擬盾構機掘進中的注漿流、注水流。
[0147]所述機械結構裝置還包括一個施工測量系統(tǒng)，所述掘進施工測量系統(tǒng)包括測量吊架18、測量儀(圖未示)、測量坐標基準點19、測量高程基準點20和一個激光靶標9，所述測量儀位于所述測量吊架18內(nèi)，所述測量吊架18設于所述底樓空間的頂板上，所述測量坐標基準點19設于所述底樓空間側壁上，所述測量高程基準點20設于所述底樓空間的地面上，所述激光靶標9位于所述切口環(huán)3內(nèi)。所述測量儀用于通過所述激光標靶發(fā)出的激光，并參考測量坐標基準點和測量高程基準點，確定掘進位置和方向。
[0148]所述液電動力裝置至少包括與所述刀盤連接的電動機和變頻器，與所述螺旋輸送機連接的電動機和變頻器，與所述運輸小車連接的電動機。
[0149]所述液電動力裝置還包括與所述若干液壓頂推油缸連接的油缸驅(qū)動裝置。
[0150]所述液電動力裝置還可以包括驅(qū)動出土閘門的液壓千斤頂(油缸)、驅(qū)動所述旋轉拼裝機的液壓泵站、液壓千斤頂(油缸)以及電動機等等。
[0151]綜上，本發(fā)明一方面采用了實物仿真，另一方面則采用計算機仿真，構成了一種組合仿真理念下的盾構機仿真設備，具體來說，本發(fā)明引入了盾構模型機和傳感模擬器，其中盾構模型機用于盾構機結構和動作的實物仿真，傳感模擬器可以模仿盾構機的各類傳感器，模擬出施工對象和施工環(huán)境給盾構機的反饋信息，具體來說，傳感模擬器可以對施工對象、施工環(huán)境以及施工環(huán)境和施工對象在盾構機作用下發(fā)生的變化的傳感數(shù)據(jù)進行仿真，還可以對盾構機受到施工對象、施工環(huán)境反作用而引起自身狀態(tài)變化的傳感數(shù)據(jù)進行仿真。同時，盾構模型機和傳感模擬器之間還能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)交互傳輸，使得仿真的結果互相影響，從而將盾構模型機和傳感模擬器有機結合在一起，進一步提高仿真的效果。在此基礎上，本發(fā)明還利用一個系統(tǒng)控制臺實現(xiàn)了人機交互，使得操作人員可以在與現(xiàn)實盾構相仿的環(huán)境下實施操作訓練。
[0152]本發(fā)明還提供了一種盾構機組合仿真方法，包括如下步驟:
[0153]S01:操作人員通過仿真系統(tǒng)人機界面發(fā)出操作指令；
[0154]S02:系統(tǒng)控制單元接收指令，解析后將動作指令分別發(fā)給實物仿真單元和計算機仿真單元；本實施例盾構機組合仿真方法中的實物仿真單元、計算機仿真單元和系統(tǒng)控制單元的內(nèi)容與作用可以相當于盾構機組合仿真設備中的盾構模型機、傳感模擬器以及系統(tǒng)控制臺；
[0155]S03:所述實物仿真單元接收所述系統(tǒng)控制單元的動作指令后，據(jù)此驅(qū)動實物模型，使得所述實物模型運行指令所要求的動作；所述實物模型中的傳感器、行程開關還將檢測到的信息反饋給所述系統(tǒng)控制單元；
[0156]所述計算機仿真單元對所述系統(tǒng)控制單元的動作指令進行物理量、開關量和幾何量的仿真運算，通過幾何量的仿真可以模擬盾構機姿態(tài)變化，通過物理量的仿真可以模擬盾構機、施工對象、施工環(huán)境的物理狀況變化，并將運算結果反饋給系統(tǒng)控制單元；
[0157]本實施例所稱仿真模擬主要是指反饋數(shù)據(jù)的模擬生成，不包括盾構機、施工對象、施工環(huán)境和盾構機姿態(tài)變化等的模擬展示。在本實施例中，實物模型的傳感器、行程開關及其用途都是常規(guī)的，本領域技術人員可以僅僅憑借其名稱得到若干方案。舉例來說，實物模型的傳感器可以包括:
[0158]推進油缸伸出長度傳感器:安裝在推進油缸上；
[0159]管片拼裝機轉動角度傳感器:安裝在管片拼裝機上。
[0160]實物模型的行程開關可以包括:
[0161]推進油缸伸出限位開關:安裝在推進油缸上；
[0162]管片拼裝機左轉、右轉限位開關:安裝在管片拼裝機上；
[0163]管片拼裝機上升、下降限位開關:安裝在管片拼裝機上；
[0164]管片拼裝機前伸、后縮限位開關:安裝在管片拼裝機上；
[0165]運輸小車前進、后退限位開關:安裝在運輸小車上。
[0166]此外，所述計算機仿真單元還根據(jù)所述系統(tǒng)控制單元的動作指令所要求動作的時序關系，以及用戶預設的事件規(guī)則，進行事件邏輯運算，并將運算得到的開關量反饋給系統(tǒng)控制單元；其中，所述時序關系是指有些動作之間在“誰先做、誰后做”上的規(guī)定，違反規(guī)定的就判為違規(guī)，就要報警或禁止它；所述事件邏輯運算是指按規(guī)定條件(時序關系也是一種條件。規(guī)定條件也稱為事件規(guī)則)進行布爾運算，運算結果是1或0的開關量，以判斷某個事件是否發(fā)生。例如:如果“電機實時扭矩> 電機最大扭矩”，則判斷電機過載；
[0167]S04:所述系統(tǒng)控制單元接收所述實物仿真單元、計算機仿真單元反饋的信息，完成一輪閉環(huán)運算，修正下一步動作的控制參數(shù)，以及將要發(fā)出的下一步動作指令；其中，閉環(huán)運算即閉環(huán)控制，是自動控制技術的基本術語之一。閉環(huán)控制是指，發(fā)出控制指令后，跟蹤檢測指令執(zhí)行的效果，根據(jù)效果修正下一步指令，其流程構成一個閉合的回路，所以稱為閉環(huán)控制或運算。與其對應的是開環(huán)控制，即只發(fā)出指令，對指令執(zhí)行效果不檢測，或者檢測了也不用于控制。
[0168]同時，所述系統(tǒng)控制單元將計算機仿真單元反饋的信息傳輸?shù)剿鰧嵨锓抡鎲卧?，所述實物仿真單元?jù)此進行運行；實物仿真單元運行時的定位、限位，有的要靠傳感器或行程開關發(fā)出的信號。其中有的出于實物仿真單元中的實物模型本身的原因，實際沒有安裝相應的部件，就要利用傳感模擬器發(fā)出的信號。例如，對電機過載的仿真，因為實物模型不會過載，所以需要模擬設備過載情況時，就由計算機仿真單元發(fā)出過載信號，實物仿真單元中的實物模型再根據(jù)該信號進行運行；又如，實物模型不會也不允許側滾，需要模擬對側滾的糾偏功能時，就由計算機仿真單元發(fā)出側滾角度數(shù)據(jù)，等等。所以，實物仿真單元的部分功能需要計算機仿真單元反饋的信息，并受其影響。
[0169]所述系統(tǒng)控制單元還將實物仿真單元反饋的信息轉發(fā)給計算機仿真單元，使得所述計算機仿真單元修正仿真的誤差。[0170]S05:系統(tǒng)控制單元將實物仿真單元、計算機仿真單元反饋的信息，以及閉環(huán)運算的結果，通過人機界面反饋給操作人員。
[0171]S06:重復步驟SOl至S05，進行其他動作的操作仿真。
【權利要求】
1.一種盾構機組合仿真設備，其特征在于:包括:盾構模型機，用以對盾構機和盾構機的動作進行實物仿真；傳感模擬器，用以對盾構機的傳感器進行計算機仿真，模擬施工對象和施工環(huán)境對盾構機動作的反饋信息，以及盾構機自身的狀態(tài)變化信息；系統(tǒng)控制臺，分別與所述盾構模型機和傳感模擬器連接，用以供操作人員進行盾構機的模擬操作，還用以實現(xiàn)操作人員、所述盾構模型機和傳感模擬器三者之間數(shù)據(jù)的交互反饋。
2.如權利要求1所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述系統(tǒng)控制臺至少包括供操作人員實現(xiàn)模擬操作的控制臺觸摸屏和控制臺操作板以及總控處理系統(tǒng)；所述總控處理系統(tǒng)包括:系統(tǒng)總控模塊，用以根據(jù)所述控制臺觸摸屏和控制臺操作板的輸入信息，生成動作指令；數(shù)據(jù)管理模塊:用于存儲和管理盾構機仿真施工的設備性能參數(shù)、施工控制參數(shù)和仿真運算參數(shù)；組合仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)總控模塊生成的動作指令、所述數(shù)據(jù)管理模塊存儲的參數(shù)數(shù)據(jù)以及所述傳感模擬器和盾構模型機反饋而來的數(shù)據(jù)生成動作仿真和施工仿真指令；以及數(shù)據(jù)通訊模塊，用以實現(xiàn)所述組合仿真模塊與傳感模擬器以及盾構模型機的數(shù)據(jù)傳輸。`
3.如權利要求2所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述控制臺操作板設在一個立式控制箱內(nèi)。
4.如權利要求1所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述傳感模擬器包括:模擬器數(shù)據(jù)通訊模塊，與所述系統(tǒng)控制臺連接，用以實現(xiàn)與所述系統(tǒng)控制臺之間的數(shù)據(jù)傳輸；模擬器數(shù)據(jù)庫模塊，用以保存仿真算法參數(shù)和仿真運算結果；幾何量仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真指令以及所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)仿真施工中幾何量的仿真，并將仿真結果反饋至所述系統(tǒng)控制臺和模擬器數(shù)據(jù)庫模塊；物理量仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真指令以及所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)仿真施工中物理量的仿真，并將仿真結果反饋至所述系統(tǒng)控制臺和模擬器數(shù)據(jù)庫模塊；開關量仿真模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真指令以及所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的數(shù)據(jù)實現(xiàn)仿真施工中開關量的仿真，并將仿真結果反饋至所述系統(tǒng)控制臺和模擬器數(shù)據(jù)庫模塊；仿真參數(shù)設置模塊，用以供操作人員輸入和修改所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的仿真參數(shù)。
5.如權利要求4所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述傳感模擬器還包括教學管理模塊，用以對教學情況進行記錄和分析，將記錄與分析結果存儲于所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中，并供相關人員查看。
6.如權利要求4或5所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊還用以保存系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行記錄和教學作業(yè)記錄；所述傳感模擬器還包括數(shù)據(jù)庫管理模塊，用以供相關人員對所述模擬器數(shù)據(jù)庫模塊中的系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行記錄和教學作業(yè)記錄進行查閱、修改和刪除。
7.如權利要求1所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述盾構模型機通過一個模型機控制系統(tǒng)與所述系統(tǒng)控制臺連接，所述模型機控制系統(tǒng)包括:模型機數(shù)據(jù)通訊模塊，與所述系統(tǒng)控制臺連接，用以實現(xiàn)與所述傳感模擬器以及系統(tǒng)控制臺之間的數(shù)據(jù)傳輸；掘進控制模塊；用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機的掘進動作指令；注液控制模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機中的模擬注漿裝置和模擬注水裝置的注液動作指令；小車控制模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機中的運輸小車的運輸動作指令；管片拼裝模塊，用以根據(jù)所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出的動作仿真和施工仿真指令生成所述盾構模型機中的管片拼裝機的拼裝動作指令；以及液電驅(qū)動模塊，用以根據(jù)所述掘進控制模塊、注液控制模塊、小車控制模塊和管片拼裝模塊生成的掘進動作指令、注液動作指令、運輸動作指令、拼裝動作指令驅(qū)動所述盾構模型機實施動作。
8.如權利要求7所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述模型機控制系統(tǒng)還包括安全控制模塊，用以檢測·所述掘進控制模塊、注液控制模塊、小車控制模塊和管片拼裝模塊生成的掘進動作指令、注液動作指令、運輸動作指令、拼裝動作指令，若無誤，根據(jù)無誤的動作指令驅(qū)動所述盾構模型機實施動作，若有誤，向所述系統(tǒng)控制臺發(fā)出警報信息，并根據(jù)有誤的指令判斷是否適于實施指令；若適于實施，則依舊根據(jù)動作指令驅(qū)動所述盾構模型機實施動作，若不適于實施，則終止驅(qū)動。
9.如權利要求1所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述盾構模型機包括液電動力裝置和機械結構裝置，所述液電動力裝置分別與所述系統(tǒng)控制臺和機械結構裝置連接。
10.如權利要求9所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述機械結構裝置包括沿水平方向依次布置模擬真實盾構機出洞的洞門、發(fā)射架和平臺。
11.如權利要求10所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述發(fā)射架上沿水平方向依次設有盾殼和管片，所述盾殼由切口環(huán)、支撐環(huán)和盾尾組成，所述切口環(huán)的后端與所述支撐環(huán)的前端連接，所述支撐環(huán)的后端與所述盾尾的前端連接，所述盾殼上設有供觀察盾殼內(nèi)部機構的盾殼觀察窗，所述平臺上設有反力架、臺車和運輸小車。
12.如權利要求11所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述機械結構裝置還包括大刀盤、螺旋輸送機、管片拼裝機、雙梁、支撐桿、皮帶輸送機和單梁，所述切口環(huán)內(nèi)的空間通過一個胸板分隔成前、后兩部分，前部分空間中靠近所述洞門的位置設有所述大刀盤，前部分空間中所述大刀盤與胸板之間的空間為土倉，所述螺旋輸送機的前端安裝在所述切口環(huán)內(nèi)，所述支撐環(huán)內(nèi)部裝有經(jīng)簡化改進的所述管片拼裝機，所述盾尾的后端與所述管片連接，所述雙梁的前端與所述支撐環(huán)連接，所述雙梁的后端與所述臺車相連，所述管片通過一個支撐桿與所述反力架連接，所述臺車上安裝有一個皮帶輸送機，所述臺車頂部安裝有單梁，所述單梁和雙梁上均裝有用于管片吊運的起重機。
13.如權利要求11所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述機械結構裝置還包括一個液壓推進和復位裝置，所述液壓推進和復位裝置包括若干個液壓推進油缸和位于所述臺車上且與所述液壓推進油缸連接的液壓泵站，所述液壓推進油缸一端與所述支撐環(huán)連接，另一端與所述管片連接，所述若干液壓頂推油缸包括無動力模型油缸與至少兩個真實油缸。
14.如權利要求11所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述機械結構裝置還包括一個模擬注漿裝置，所述模擬注漿裝置包括模擬注漿管、注漿泵、泥漿箱，所述泥漿箱和所述注漿泵連接，且均設于所述臺車上，所述模擬注漿管以LED光帶制作，所述模擬注漿管的一端與所述注漿泵和泥漿箱連接，另一端依次穿過所述管片、盾尾、支撐環(huán)，連通至設于所述支撐環(huán)外側表面的注漿套。
15.如權利要求11所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述機械結構裝置還包括一套模擬注水裝置，所述模擬注水裝置包括模擬注水管、注水泵和水箱，所述注水泵和所述水箱設于所述臺車上，所述模擬注水管以LED光帶制作，所述模擬主水管的一端與所述注水泵和水箱連接，另一端依次穿過所述管片、盾尾、支撐環(huán)、切口環(huán)，連通至所述土倉和刀盤。
16.如權利要求12所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述液電動力裝置至少包括與所述刀盤連接的電動機和變頻器，與所述螺旋輸送機連接的電動機和變頻器，與所述運輸小車連接的電動機。
17.如權利要求13所述的盾構機組合仿真設備，其特征在于:所述液電動力裝置還包括與所述若干液壓頂推油缸連接的油缸驅(qū)動裝置。
18.一種盾構機組合仿真方法，其特征在于:包括如下步驟:501:操作人員通過仿真系統(tǒng)人機界面發(fā)出操作指令；502:系統(tǒng)控制單元接收指令，解析后將動作指令分別發(fā)給實物仿真單元和計算機仿真單元；503:所述實物仿真單元接收所述系統(tǒng)控制單元的動作指令后，據(jù)此驅(qū)動實物模型，使得所述實物模型運行指令所要求的動作；所述實物模型中的傳感器、行程開關還將檢測到的信息反饋給所述系統(tǒng)控制單元；所述計算機仿真單元對所述系統(tǒng)控制單元的動作指令進行物理量、開關量和幾何量的仿真運算，并將運算結果反饋給系統(tǒng)控制單元；此外，所述計算機仿真單元還根據(jù)所述系統(tǒng)控制單元的動作指令所要求動作的時序關系，以及用戶預設的事件規(guī)則，進行事件邏輯運算，并將運算得到的開關量反饋給系統(tǒng)控制單元；504:所述系統(tǒng)控制單元接收所述實物仿真單元、計算機仿真單元反饋的信息，完成一輪閉環(huán)運算，修正下一步動作的控制參數(shù)，以及將要發(fā)出的下一步動作指令；同時，所述系統(tǒng)控制單元將計算機仿真單元反饋的信息傳輸?shù)剿鰧嵨锓抡鎲卧?，所述實物仿真單元?jù)此進行運行；所述系統(tǒng)控制單元還將實物仿真單元反饋的信息轉發(fā)給計算機仿真單元，使得所述計算機仿真單元修正仿真的誤差。505:系統(tǒng)控制單元將實物仿真單元、計算機仿真單元反饋的信息，以及閉環(huán)運算的結果，通過人機界面反饋給操作人員。506:重復步驟SOI至S05，·進行其他動作的操作仿真。
【文檔編號】G06F17/50GK103714214SQ201310746002
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】王云飛, 潘南明, 許勇, 應建華, 陳建民, 程遠程, 周興大 申請人:上海市機械施工集團有限公司, 威英軟件（上海）有限公司