盾构机纠偏系统的制作方法

本发明涉及盾构法隧道施工技术领域，尤其涉及一种盾构机纠偏系统。

背景技术：

随着盾构法隧道施工技术的不断发展，导向测量技术逐渐形成了以激光靶测量技术和光学棱镜测量技术为主的两类盾构机掘进自动导向测量系统，满足了盾构机当前运行情况精确测量的要求。相关技术中，盾构机在施工中，导向测量装置与盾构机掘进控制系统相互独立，盾构机操作人员人工读取导向测量装置屏幕偏差值，人工判断盾构机当前运行情况，手动调整操作面板上各组推进油缸动作旋钮，进行导向纠偏工作。

这种方式下，由于控制方式依赖盾构机操作人员的业务素质，盾构机的工作效率较低、导向和纠偏控制难度大，且易发生误操作。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种盾构机纠偏系统，能够实现盾构机的精确导向和自动纠偏，有效提高盾构机的工作效率。

为达到上述目的，本发明实施例提出的盾构机纠偏系统，包括：盾构机；导向测量装置，所述导向测量装置用于在所述盾构机纠偏系统启动后，采集盾构机的当前运行情况，并将所述当前运行情况发送至计算装置；所述计算装置，用于接收所述当前运行情况，并对所述当前运行情况进行保存；所述控制装置，用于从所述计算装置中读取当前运行情况，并根据当前运行情况生成需要对所述盾构机进行控制的控制指令，根据所述控制指令对所述盾构机进行纠偏。

本发明实施例提出的盾构机纠偏系统，通过导向测量装置采集盾构机的当前运行情况，并将当前运行情况发送至计算装置，控制装置从计算装置中读取当前运行情况，并根据当前运行情况生成需要对盾构机进行控制的控制指令，根据控制指令对盾构机进行纠偏，能够实现盾构机的精确导向和自动纠偏，有效提高盾构机的工作效率。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施例提出的盾构机纠偏系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中控制程序流程示意图；

图3是本发明实施例自动纠偏算法模块示意图；

图4是本发明另一实施例提出的盾构机纠偏系统的结构示意图；

图5是本发明实施例中盾构机纠偏系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本发明一实施例提出的盾构机纠偏系统的结构示意图。

参见图1，该盾构机纠偏系统包括：盾构机100、导向测量装置200、计算装置300，以及控制装置400。

在本发明的实施例中，该盾构机纠偏系统包括：盾构机100。

可以理解的是，盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌，以及测量导向纠偏等功能。由于盾构机在施工过程中，刀盘切削地层会对盾构机有个反方向的作用力，若盾构机长时间工作，就会产生滚动角，即产生一定的偏转量，而本发明实施例主要是对此偏转量进行控制，采取改变刀盘旋转方向的操作方式对偏转量进行修正。

在本发明的实施例中，该盾构机纠偏系统包括：导向测量装置200，导向测量装置200用于在盾构机100纠偏系统启动后，采集盾构机100的当前运行情况，并将当前运行情况发送至计算装置300。

在本发明的实施例中，当前运行情况包括：盾首水平偏差值、盾首垂直偏差值、盾尾水平偏差值、盾尾垂直偏差值、滚动角、俯仰角和偏航角中的至少一种。

在本发明的实施例中，基于用于过程控制的OLE(OLE for Process Control,OPC)技术建立导向测量装置200与计算装置300的通信连接。

可选地，导向测量装置200在盾构机100纠偏系统启动后，将采集的盾首水平偏差值、盾首垂直偏差值、盾尾水平偏差值、盾尾垂直偏差值、滚动角、俯仰角和偏航角中的至少一种发送至计算装置300，以对当前运行情况进行保存。

在本发明的实施例中，该盾构机纠偏系统包括：计算装置300，用于接收当前运行情况，并对当前运行情况进行保存。

在本发明的实施例中，计算装置300可以例如为可编程控制器PLC。

可选地，在盾构机100纠偏系统启动后，初始化计算装置300的数据，并检测系统是否为自动纠偏状态，如果检测系统不为自动纠偏状态，则转为手动控制，由盾构机操作人员人工输入命令，系统根据人工输入的命令对盾构机100进行纠偏，如果系统为自动纠偏状态，则由系统生成需要对盾构机100进行控制的控制指令，根据控制指令对盾构机100进行纠偏，导向测量装置200将采集的盾首水平偏差值、盾首垂直偏差值、盾尾水平偏差值、盾尾垂直偏差值、滚动角、俯仰角和偏航角中的至少一种发送至计算装置300，计算装置300将接收的数据进行保存，以供控制装置400进行读取。

在本发明的实施例中，该盾构机纠偏系统包括：控制装置400，用于从计算装置300中读取当前运行情况，并根据当前运行情况生成需要对盾构机100进行控制的控制指令，根据控制指令对盾构机100进行纠偏。

在本发明的实施例中，基于OPC技术建立控制装置400与计算装置300的通信连接。

在本发明的实施例中，控制装置可以例如为工业计算机IPC。

可选地，控制装置400可以基于OPC技术从计算装置300读取当前运行情况。

作为一种示例，参见图2，图2为本发明实施例中控制程序流程示意图，通过导向测量装置采集盾构机的当前运行情况，当前运行情况包括下列参数值：盾首水平偏差值、盾首垂直偏差值、盾尾水平偏差值、盾尾垂直偏差值、滚动角、俯仰角、偏航角中的至少一种，导向测量装置将上述至少一种的参数值保存至可编程控制器PLC内存中，工业计算机IPC通过OPC技术读取PLC内存中的参数值。

可选地，控制装置400根据当前运行情况生成需要对盾构机100进行控制的控制指令，根据控制指令对盾构机100进行纠偏。

作为一种示例，参见图3，图3为本发明实施例自动纠偏算法模块示意图，由于盾构机纠偏当前运行情况的控制为复杂相互耦合的多状态变量非线性系统控制，导致无法获取准确的系统模型，而本发明实施例按照众多盾构机操作人员的施工过程经验，对多状态变量控制过程进行简单的解耦，从而借助IPC软件编程对盾构机当前运行情况中的参数值按照模糊规则转换为控制量，来完成自动控制。由于盾构机在施工过程中，刀盘切削地层会对盾构机有个反方向的作用力，若盾构机长时间工作，就会产生滚动角，即产生一定的偏转量，而本发明实施例主要是对此偏转量进行控制，采取改变刀盘旋转方向的操作方式对偏转量进行修正。对于盾构机当前运行情况的控制，主要是针对俯仰角和偏航角的调节，即，盾构机盾体上仰时俯仰角为正，盾构机盾体下俯时俯仰角为负；盾构机盾体右偏时偏航角为正，盾构机盾体左偏时偏航角为负；四组油缸中的上下两个分组推进油缸对应于俯仰角，左右两个分组推进油缸对应于偏航角，当上下两个分组推进油缸油压差为正时，俯仰角向负方向运动，当上下两个分组推进油缸油压差为负时，俯仰角向正方向运动；当左右两个分组推进油缸油压差为正时，偏航角向正方向运动，当左右两个分组推进油缸油压差为负时，偏航角向负方向运动。PLC控制调节四组推进油缸的压力和推进速度，直到水平偏差和垂直偏差产生减小的趋势为止。

可选地，一些实施例中，参见图4，该盾构机纠偏系统还包括：判断模块410、备选计算装置500、备选控制装置600以及启动装置700。其中，

在本发明的实施例中，控制装置400还包括：判断模块410，用于根据运行情况判断是否需要对盾构机100进行纠偏，并在需要对盾构机100进行纠偏时，触发控制装置400根据当前运行情况生成需要对盾构机100进行控制的控制指令。

可选地，判断是否需要对盾构机100进行纠偏，在不需要对盾构机100进行纠偏时，按照原有工作方式使盾构机100正常掘进，在需要对盾构机100进行纠偏时，触发控制装置400根据当前运行情况生成需要对盾构机100进行控制的控制指令，能够在需要对盾构机进行纠偏时才对盾构机进行纠偏，可以提高盾构机的控制效率，在不需要对盾构机进行纠偏时不进行任何处理，可以提高系统的工作效率。

在本发明的实施例中，该盾构机纠偏系统包括：备选计算装置500，用于对当前运行情况进行备份保存。

在本发明的实施例中，备选计算装置500可以例如为可编程控制器PLC。

可选地，备选计算装置500对当前运行情况进行备份保存，能够在计算装置300宕机时，不影响盾构机的正常掘进，增强系统的可靠性，确保用户利益不受损失。

在本发明的实施例中，该盾构机纠偏系统包括：备选控制装置600，用于在控制装置400宕机时，从计算装置300或备选计算装置500中读取当前运行情况，以根据当前运行情况对盾构机100进行纠偏。

在本发明的实施例中，备选控制装置600可以例如为工业计算机IPC。

可选地，在控制装置400宕机时，备选控制装置600可以从计算装置300或备选计算装置500中读取当前运行情况，以根据当前运行情况对盾构机100进行纠偏，能够保证盾构机的正常掘进，增强系统的可靠性，确保用户利益不受损失。

在本发明的实施例中，该盾构机纠偏系统包括：启动装置700，用于根据外部指令启动盾构机100纠偏系统。

可选地，启动装置700用于根据外部指令启动盾构机100纠偏系统，在盾构机100纠偏系统启动后，导向测量装置200可以采集盾构机100的当前运行情况，触发后续对盾构机100的当前运行情况进行纠偏的操作。

作为一种示例，参见图5，图5为本发明实施例中盾构机纠偏系统结构示意图，包括全站仪，三个棱镜，与全站仪相连的ZigBee无线通讯模块，与导向测量装置工控机相连的ZigBee无线通讯模块，PLC，两台IPC，其中导向测量装置工控机，PLC和两台IPC，可编程控制器PLC与工业计算机IPC之间、PLC与导向测量装置工控机之间基于以太网的OPC技术进行通讯，能够实现盾构机在掘进过程中的自动测量和自动纠偏，实现更少频次、更短时间的例行检查和重置仪器等导致的停工事件，以及能够以更少的成本获得更高的效率和施工质量。

本实施例中，通过在需要对盾构机进行纠偏时，触发控制装置根据当前运行情况生成需要对盾构机进行控制的控制指令，能够在需要对盾构机进行纠偏时才对盾构机进行纠偏，可以提高盾构机的控制效率，在不需要对盾构机进行纠偏时不进行任何处理，可以提高系统的工作效率。在控制装置宕机时，从计算装置或备选计算装置中读取当前运行情况，以根据当前运行情况对盾构机进行纠偏，能够保证盾构机的正常掘进，增强系统的可靠性和稳定性。

本实施例中，通过导向测量装置采集盾构机的当前运行情况，并将当前运行情况发送至计算装置，控制装置从计算装置中读取当前运行情况，并根据当前运行情况生成需要对盾构机进行控制的控制指令，根据控制指令对盾构机进行纠偏，能够实现盾构机的精确导向和自动纠偏，有效提高盾构机的工作效率。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中，存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。