一種環(huán)形頂管遠(yuǎn)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(yuǎn)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(jī)械化程度高、施工速度快、對(duì)周圍環(huán)境影響小、有利于勞動(dòng)保護(hù)的優(yōu)勢(shì)。目前,世界上最大的盾構(gòu)直徑已達(dá)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(duì)目前超大直徑隧道建設(shè)所面臨的問題,可以考慮對(duì)現(xiàn)有的頂管法進(jìn)行改進(jìn),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(gè)環(huán)形斷面的小刀盤及相應(yīng)的推進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)及控制方法,該控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)反饋、調(diào)整環(huán)形頂管的工作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)開挖過程的自動(dòng)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(shí)現(xiàn):
[0007]一種環(huán)形頂管遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),包括工控機(jī)、導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)、無線基站和遠(yuǎn)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(jī)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(yuǎn)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(yuǎn)程控制中心包括依次連接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、控制單元和顯示器,所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(cè)量定位器、傾斜儀測(cè)量定位器和與工控機(jī)連接的第二 PLC模塊,所述第二 PLC模塊分別連接陀螺儀測(cè)量定位器和傾斜儀測(cè)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(jī)連接。
[0011]所述第一 PLC模塊支持多機(jī)通訊功能,并設(shè)置有不同的節(jié)點(diǎn)地址,采用RS-485或RS-422與所述工控機(jī)進(jìn)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)的控制方法,包括以下步驟:
[0016]I)遠(yuǎn)程控制中心接收并存儲(chǔ)操作人員的控制指令,所述控制指令一方面存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元,另一方面通過無線基站發(fā)送至工控機(jī);
[0017]2)工控機(jī)接收控制指令,驅(qū)動(dòng)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(duì)控制指令進(jìn)行處理和D/A轉(zhuǎn)化后,分別驅(qū)動(dòng)刀盤子系統(tǒng)和泥水輸送子系統(tǒng),環(huán)形頂管啟動(dòng);
[0019]4)開挖過程中,工控機(jī)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(yuǎn)程控制中心;
[0020]5)遠(yuǎn)程控制中心對(duì)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和處理,實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的掘進(jìn)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(hào)傳輸,可實(shí)現(xiàn)環(huán)形頂管的遠(yuǎn)程控制;
[0023](2)遠(yuǎn)程控制中心可實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前環(huán)形頂管的工作狀態(tài),數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元可以存儲(chǔ)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制,自動(dòng)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(diǎn);
[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(yuǎn)程控制系統(tǒng)通過對(duì)刀盤的第一 PLC模塊設(shè)置不同的節(jié)點(diǎn)地址,采用RS-485或RS-422進(jìn)行通訊,可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)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(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施,給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)時(shí)的摩擦。
[0031]如圖2所示,本發(fā)明實(shí)施例提供一種環(huán)形頂管遠(yuǎn)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(yuǎn)程控制系統(tǒng)包括四個(gè)部分:工控機(jī)5、導(dǎo)向糾偏子系統(tǒng)6、無線基站7和遠(yuǎn)程控制中心8,工控機(jī)5設(shè)置在施工現(xiàn)場(chǎng),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(yuǎn)程控制中心8連接。
[0032]遠(yuǎn)程控制中心8包括依次連接的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元81、控制單元82和顯示器83,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(dòng)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(chǔ)單元81連接,顯示驅(qū)動(dòng)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(cè)量定位器61、傾斜儀測(cè)量定位器62和與工控機(jī)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(dòng)機(jī)21、減速器22、刀盤23和轉(zhuǎn)速傳感器24、頂進(jìn)油缸25和頂進(jìn)油缸傳感器26等;泥水輸送子系統(tǒng)3包括進(jìn)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(jī)通訊功能,并設(shè)置有不同的節(jié)點(diǎn)地址,采用RS-485或RS-422與工控機(jī)進(jìn)行通訊,實(shí)現(xiàn)工控機(jī)對(duì)多個(gè)刀盤的協(xié)調(diào)控制。
[0037]本發(fā)明實(shí)施例還提供一種環(huán)形頂管遠(yuǎn)程控制方法,包括以下步驟:
[0038]I)遠(yuǎn)程控制中心