8接收并存储操作人员的控制指令，同时将该控制指令通过无线基站7发送给工控机5 ；
[0039]2)工控机5接收控制指令，对注浆子系统4进行控制，并将控制指令发送给指定刀盘的第一 PLC模块I ;
[0040]3)第一 PLC模块I对控制指令进行处理的D/A转化后，分别驱动刀盘子系统2和泥水输送子系统3，环形顶管启动；
[0041]4)开挖过程中，工控机5通过刀盘子系统2、泥水输送子系统3、注浆子系统4和导向纠偏子系统6采集当前环形顶管的工作数据，并通过无线基站7反馈给远程控制中心8 ;
[0042]5)远程控制中心8对反馈数据进行保存和处理，实时显示当前的掘进状态，并发出新的控制指令，调整当前环形顶管的工作状态。
[0043]下面结合图2和具体实例对各系统的控制过程做具体阐述。
[0044](I)刀盘子系统2:工控机5将指令传送至指定刀盘的第一 PLC模块1，经过处理和D/A转化后，控制驱动刀盘电动机21和顶进油缸25的工作状态，从而实现对刀盘转速、扭矩、推力等工作参数的调节。同时，电动机内置的传感器24采集电动机当前的工作数据(电压、电流、转速、温度等)，顶进油缸传感器26采集顶进油缸25的工作参数(压力、行程等)，通过第一 PLC模块1A/D转化和处理后，经工控机5传送至远程控制中心8，实现刀盘子系统2的反馈调节。
[0045](2)泥水输送子系统3:包括进泥阀31、排泥阀32和相应阀门传感器33、34以及开挖面土压传感器35等。根据土压传感器35测定当前开挖面的土压力，调整泥水压力，实现土压的动态平衡控制。例如，当土压传感器35检测到土压增大时，控制指令经第一 PLC模块I处理和D/A转化后，增大进泥阀31的开口率，减小排泥阀32的开口率，从而平衡开挖面的土压力。
[0046](3)导向纠偏子系统6:隧道开挖时，安装在环形顶管前部的陀螺仪测量定位器61、倾斜仪测量定位器62对当前顶管的姿态和推进精度进行定位，所得的数据经第二 PLC模块63处理和A/D转换后，经工控机5传送至远程控制中心。控制单元82和操作人员根据反馈的信息，发出新的指令至相应刀盘的第一 PLC模块1，对当前纠偏油缸64的工作状态进行调整，并通过油缸传感器65进行反馈，从而实现对顶管的纠偏和姿态调整。
[0047](4)注浆子系统4:注浆压力传感器41实时采集注浆压力值，经第三PLC模块42、工控机5和无线基站7反馈至远程控制中心8，而相应的控制指令经第三PLC模块42处理和D/A转换后，传送至注浆泵43，通过调整注浆泵43阀门的开口率调整注浆压力和注浆量。
[0048]图3为油缸控制示意图，以纠偏油缸64为例，其上设有电液比例阀66。远程控制中心8的指令传送至工控机5，由相应刀盘的第一 PLC模块I处理和D/A转换后，变为电液比例阀66可识别的模拟信号，通过调整油缸64的液压阀，实现对油缸64的连续控制。同时，纠偏油缸64工作时，内部的传感器65采集当前油缸的工作数据(压力、行程等)，经第一 PLC模块I处理和A/D转换后，经工控机5传送至远程控制中心8，实现反馈调节。
[0049]综合上述实施实例，针对环形顶管的施工原理和特点，本发明提出了一套环形顶管远程控制系统及控制方法。该系统采用闭环反馈调节机制，对执行机构较多采用电液控制方式，流程清晰，自动化程度高，解决了环形顶管隐蔽施工的问题；设置了数据存储单元，能实时存储环形顶管的工作数据和操作人员发出的指令，便于日后分析和施工技术积累。
【主权项】
1.一种环形顶管远程控制系统，其特征在于，包括工控机、导向纠偏子系统、无线基站和远程控制中心，所述环形顶管的刀盘连接有第一 PLC模块和注浆子系统，所述第一 PLC模块分别连接刀盘子系统和泥水输送子系统，所述工控机分别连接第一 PLC模块、无线基站、导向纠偏子系统和注浆子系统，所述无线基站与远程控制中心连接，所述导向纠偏子系统与第一 PLC模块连接。
2.根据权利要求1所述的环形顶管远程控制系统，其特征在于，所述远程控制中心包括依次连接的数据存储单元、控制单元和显示器，所述数据存储单元、控制单元均与无线基站连接。
3.根据权利要求1所述的环形顶管远程控制系统，其特征在于，所述导向纠偏子系统包括定位模块和纠偏模块，其中，所述定位模块包括陀螺仪测量定位器、倾斜仪测量定位器和与工控机连接的第二 PLC模块，所述第二 PLC模块分别连接陀螺仪测量定位器和倾斜仪测量定位器，所述纠偏模块包括纠偏油缸和油缸传感器，所述纠偏油缸和油缸传感器均与第一 PLC模块连接。
4.根据权利要求1所述的环形顶管远程控制系统，其特征在于，所述注浆子系统包括依次连接的注浆压力传感器、第三PLC模块和注浆泵，所述第三PLC模块与所述工控机连接。
5.根据权利要求1所述的环形顶管远程控制系统，其特征在于，所述第一PLC模块支持多机通讯功能，并设置有不同的节点地址。
6.根据权利要求1或5所述的环形顶管远程控制系统，其特征在于，所述第一PLC模块的数据处理方式采用多CPU冗余处理方式。
7.根据权利要求3所述的环形顶管远程控制系统，其特征在于，所述第二PLC模块的数据处理方式采用多CPU冗余处理方式。
8.根据权利要求4所述的环形顶管远程控制系统，其特征在于，所述第三PLC模块的数据处理方式采用多CPU冗余处理方式。
9.一种如权利要求1所述的环形顶管远程控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)远程控制中心接收并存储操作人员的控制指令，所述控制指令一方面存储在数据存储单元，另一方面通过无线基站发送至工控机； 2)工控机接收控制指令，驱动注浆子系统，并将控制指令发送给指定刀盘的第一PLC丰吴块； 3)第一PLC模块对控制指令进行处理和D/A转化后，分别驱动刀盘子系统和泥水输送子系统，环形顶管启动； 4)开挖过程中，工控机通过刀盘子系统、泥水输送子系统、注浆子系统和导向纠偏子系统采集当前环形顶管的工作数据，并通过无线基站反馈给远程控制中心； 5)远程控制中心对反馈数据进行保存和处理，实时显示当前的掘进状态，并发出新的控制指令，调整当前环形顶管的工作状态。
【专利摘要】本发明涉及一种环形顶管远程控制系统及控制方法，所述远程控制系统包括工控机、导向纠偏子系统、无线基站和远程控制中心，所述工控机分别连接第一PLC模块、无线基站、导向纠偏子系统和注浆子系统，所述无线基站与远程控制中心连接，所述导向纠偏子系统与第一PLC模块和所述工控机连接；远程控制中心通过无线基站向工控机发送控制指令，工控机根据控制指令控制注浆子系统，并将指令传送至第一PLC模块，分别对刀盘子系统、泥水输送子系统进行闭环控制，并根据导向纠偏子系统采集的信号实现环形顶管的纠偏导向控制。与现有技术相比，本发明可以实时反馈、调整环形顶管的工作状态，实现开挖过程的自动化，可以解决环形顶管隐蔽施工的难题。
【IPC分类】G05B19-05
【公开号】CN104615070
【申请号】CN201510006183
【发明人】白云, 李乔松, 陈昂, 孙宜兴
【申请人】同济大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月7日