本發(fā)明涉及盾構(gòu)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及土壓平衡盾構(gòu)機(jī)模擬操控系統(tǒng)
背景技術(shù)：
隨著國家基礎(chǔ)建設(shè)的大力推進(jìn)和科技的不斷進(jìn)步，采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工的工程量逐年增加，與之相配套的隧道施工技術(shù)人員也出現(xiàn)了供不應(yīng)求的局面，特別是經(jīng)驗(yàn)豐富、技能水平高的盾構(gòu)司機(jī)尤為緊缺。傳統(tǒng)培訓(xùn)盾構(gòu)司機(jī)的方式一般為現(xiàn)場師傅帶徒弟手把手傳授，或者在廠家進(jìn)行真實(shí)盾構(gòu)機(jī)操控演練，培訓(xùn)成本高昂，操作環(huán)境單一且較為危險(xiǎn)，如何高效安全地進(jìn)行盾構(gòu)司機(jī)培訓(xùn)已經(jīng)成為各隧道設(shè)備制造企業(yè)和隧道施工企業(yè)共同面臨的難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中無法高效安全地進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)司機(jī)培訓(xùn)、以及培訓(xùn)成本高昂的問題，本發(fā)明提出了土壓平衡盾構(gòu)機(jī)模擬操控系統(tǒng)，達(dá)到安全、低成本進(jìn)行盾構(gòu)司機(jī)培訓(xùn)的目的，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)盾構(gòu)機(jī)基本操作的模擬。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
土壓平衡盾構(gòu)機(jī)模擬操控系統(tǒng)，包括電氣柜、控制模塊、pc主機(jī)、路由器、觸摸屏、上位機(jī)、高清電視機(jī)。
所述電氣柜頂端設(shè)置有控制面板，控制面板參照真實(shí)盾構(gòu)機(jī)控制面板設(shè)置各類按鈕、旋鈕以及指示燈；電氣柜內(nèi)部安裝有控制模塊、pc主機(jī)和路由器。
所述控制模塊用于接收控制信號(hào)，同時(shí)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)，下發(fā)控制指令。
所述pc主機(jī)、觸摸屏和上位機(jī)通過網(wǎng)線與路由器連接，使得pc主機(jī)、觸摸屏和上位機(jī)在局域網(wǎng)內(nèi)能夠通過各協(xié)議進(jìn)行信息的傳輸。
所述pc主機(jī)共有3臺(tái)，分別編號(hào)為1號(hào)pc主機(jī)、2號(hào)pc主機(jī)和3號(hào)pc主機(jī)。
所述觸摸屏共有2臺(tái)，分別編號(hào)為1號(hào)觸摸屏、2號(hào)觸摸屏。
所述1號(hào)觸摸屏和2號(hào)觸摸屏與1號(hào)pc主機(jī)連接，所述1號(hào)觸摸屏用于顯示用戶系統(tǒng)，2號(hào)觸摸屏用于顯示導(dǎo)向系統(tǒng)。
所述用戶系統(tǒng)包括自由操作模式、考試模式、模擬推進(jìn)模式。
所述自由操作模式包括刀盤模擬操作、管片拼裝模擬操作、螺旋輸送機(jī)模擬操作等。
所述考試模式，教師通過手機(jī)端連接現(xiàn)場wifi通過http協(xié)議與上位機(jī)通信，從而獲得數(shù)據(jù)庫題目信息，教師端選擇題目點(diǎn)擊發(fā)送題目后，上位機(jī)通過http協(xié)議將題目發(fā)送到用戶系統(tǒng)中，同時(shí)上位機(jī)通過opc協(xié)議將信息發(fā)送至控制模塊，控制模塊根據(jù)題目信息控制控制面板各指示燈的工作狀態(tài)，學(xué)員根據(jù)題目信息和控制面板上各指示燈的工作狀態(tài)進(jìn)行解答。
所述上位機(jī)共有2臺(tái)，分別編號(hào)為1號(hào)上位機(jī)、2號(hào)上位機(jī)，并與2號(hào)pc主機(jī)連接，用于顯示盾構(gòu)儀表系統(tǒng)。
所述上位機(jī)通過opc協(xié)議與控制模塊進(jìn)行通信，使得上位機(jī)能夠接收到控制模塊中的控制信息，同時(shí)通過tcp/ip協(xié)議與高清顯示屏進(jìn)行通信。
所述盾構(gòu)儀表系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫來對(duì)真實(shí)盾構(gòu)機(jī)工作時(shí)各傳感器的參數(shù)來進(jìn)行模擬，完成了主監(jiān)視界面、泡沫系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、電力參數(shù)、累計(jì)量、輔助系統(tǒng)、盾尾密封等界面的模擬開發(fā)。
所述導(dǎo)向系統(tǒng)通過建立數(shù)據(jù)庫對(duì)測量導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行模擬，系統(tǒng)界面參照真實(shí)盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)向系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的土壓數(shù)據(jù)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行仿真。
所述高清電視機(jī)與3號(hào)pc主機(jī)連接，并通過tcp/ip協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信，上位機(jī)通過opc協(xié)議與控制模塊通信，使得3號(hào)pc主機(jī)能夠接收到控制模塊中的控制信息。
所述高清顯示屏用于顯示盾構(gòu)機(jī)三維掘進(jìn)場景，通過盾構(gòu)機(jī)三維建模后將模型導(dǎo)入unity3d場景中，使得高清顯示屏能夠顯示盾構(gòu)機(jī)三維掘進(jìn)場景。
本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過控制面板安裝物理按鈕、旋鈕等信號(hào)源；通過控制模塊接收控制面板上各按鈕、旋鈕信號(hào)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換；上位機(jī)儀表系統(tǒng)采集控制模塊輸出信號(hào)，并指揮三維仿真系統(tǒng)進(jìn)行工作；觸摸屏又與上位機(jī)進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)模擬操作，與傳統(tǒng)盾構(gòu)機(jī)司機(jī)培訓(xùn)方式相比，本發(fā)明大大提高了盾構(gòu)機(jī)司機(jī)的培訓(xùn)效率；并且避免了傳統(tǒng)培訓(xùn)方式中，因?qū)W員的錯(cuò)誤操作帶來的安全隱患，因此大大的提高了安全性，并且降低了盾構(gòu)機(jī)司機(jī)的培訓(xùn)成本。
附圖說明
如圖1所示為本發(fā)明的通訊協(xié)議框架圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
如圖1所述，土壓平衡盾構(gòu)機(jī)模擬操控系統(tǒng)包括：電氣柜、上位機(jī)、觸摸屏、高清電視機(jī)、手機(jī)端。
所述電氣柜上方設(shè)置有控制面板，控制面板參照真實(shí)盾構(gòu)機(jī)控制面板設(shè)置各類按鈕、旋鈕以及指示燈；電氣柜內(nèi)部安裝有控制模塊、pc主機(jī)和路由器。
所述控制模塊用于接收控制面板上各按鈕、旋鈕信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并通過opc協(xié)議與上位機(jī)通信。
所述pc主機(jī)、觸摸屏和上位機(jī)通過網(wǎng)線與路由器連接，使得pc主機(jī)、觸摸屏和上位機(jī)在局域網(wǎng)內(nèi)能夠通過各協(xié)議進(jìn)行信息的傳輸。
所述pc主機(jī)共有3臺(tái)，分別編號(hào)為1號(hào)pc主機(jī)、2號(hào)pc主機(jī)、3號(hào)pc主機(jī)。
所述上位機(jī)共有2臺(tái)，分別編號(hào)為1號(hào)上位機(jī)、2號(hào)上位機(jī)，所述1、2號(hào)上位機(jī)與2號(hào)pc主機(jī)相連，通過屏幕擴(kuò)展功能，使1、2號(hào)上位機(jī)都能顯示盾構(gòu)儀表系統(tǒng)。所述上位機(jī)通過http協(xié)議與觸摸屏和手機(jī)端進(jìn)行通信，并通過opc協(xié)議與控制模塊進(jìn)行通信。
所述盾構(gòu)儀表系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫對(duì)真實(shí)盾構(gòu)機(jī)的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，并且按照真實(shí)盾構(gòu)機(jī)儀表系統(tǒng)界面來完成模擬盾構(gòu)儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
所述觸摸屏共有2臺(tái)，分別編號(hào)為1號(hào)觸摸屏、2號(hào)觸摸屏，所述1、2號(hào)觸摸屏與1號(hào)pc主機(jī)相連，通過屏幕擴(kuò)展功能，使1號(hào)觸摸屏顯示用戶系統(tǒng)、2號(hào)觸摸屏用于顯示導(dǎo)向系統(tǒng)，所述觸摸屏通過http協(xié)議與手機(jī)端進(jìn)行通信，并通過http協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信。
所述導(dǎo)向系統(tǒng)通過建立數(shù)據(jù)庫對(duì)測量導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行模擬，系統(tǒng)界面參照真實(shí)盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)向系統(tǒng)結(jié)合數(shù)據(jù)庫中的土壓數(shù)據(jù)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行仿真。
所述用戶系統(tǒng)包括自由操作模式、考試模式、模擬推進(jìn)模式。
所述高清電視機(jī)與3號(hào)pc主機(jī)連接，用于顯示盾構(gòu)機(jī)三維場景，盾構(gòu)機(jī)三維場景通過盾構(gòu)機(jī)三維建模后將其導(dǎo)入unity3d中實(shí)現(xiàn)。所述3號(hào)pc主機(jī)通過tcp/ip協(xié)議與上位機(jī)進(jìn)行通信。
下面通過考試模式優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
1.學(xué)員通過用戶系統(tǒng)點(diǎn)選考試模式后，教師通過手機(jī)端連接現(xiàn)場wifi，通過http協(xié)議與上位機(jī)通信，訪問數(shù)據(jù)庫進(jìn)行選題。
2.當(dāng)教師端選取題目并點(diǎn)擊發(fā)送題目后，上位機(jī)通過http協(xié)議接收到題目信息，將題目信息通過http協(xié)議發(fā)送到觸摸屏，使得觸摸屏顯示題目，并且進(jìn)行信息匹配，匹配后上位機(jī)通過opc協(xié)議將控制信息發(fā)送至控制模塊。
3.控制模塊接收到控制信息后，控制控制面板上相應(yīng)指示燈開啟。
4.學(xué)員結(jié)合題目信息和控制面板上開啟的指示燈進(jìn)行解答題目。
下面通過自由操作模式中刀盤模擬操作的優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
1.學(xué)員通過用戶系統(tǒng)選擇自由操作模式下的刀盤模擬操作。
2.上位機(jī)通過http協(xié)議查詢到用戶系統(tǒng)中所選操作模式。
3.上位機(jī)通過tcp/ip協(xié)議與3號(hào)pc主機(jī)通信，將信息發(fā)送到3號(hào)pc主機(jī)。
4.3號(hào)pc主機(jī)接收信息后，將盾構(gòu)機(jī)三維場景傳輸?shù)礁咔屣@示屏上，使得高清顯示屏顯示刀盤模擬操作下的相關(guān)三維場景。
5.學(xué)員按下控制面板上的按鈕進(jìn)行刀盤電機(jī)啟動(dòng)，并通過旋鈕調(diào)節(jié)刀盤轉(zhuǎn)速。
6.控制信號(hào)傳輸?shù)娇刂颇K，控制模塊經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換后，上位機(jī)通過opc協(xié)議采集控制模塊輸出信息。
7.上位機(jī)通過控制信號(hào)的匹配后，在界面上輸出相關(guān)轉(zhuǎn)速參數(shù)。并通過tcp/ip協(xié)議將控制信號(hào)發(fā)送到3號(hào)pc主機(jī)，使得高清顯示屏上有動(dòng)作顯示。