一种盾构机人机交互系统的制作方法

本发明涉及人机交互技术领域，特别是一种盾构机人机交互系统。

背景技术：

目前国内主要盾构机人机交互系统的操作面板集成了盾构机上几乎所有系统的操作，划分了10个以上的功能分区，且主要采用按钮作为逻辑动作的操作器件，致使操作面板上的器件布置过于密集，操作面板宽度方向尺寸较大，不便于操作人员进行操作。而且，人机交互界面内的内容布置较为混乱，可读性和可操作性都较差。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供了一种盾构机人机交互系统，包括1个操作面板、2台工控机、1台地面监控电脑、2部网络交换机、1套光端机；

所述操作面板与PLC连接，两个工控机、PLC分别与同一个网络交换机连接，该网络交换机与两个光端机顺次串联后连接到另一个网络交换机，所述另一个网络交换机与地面监控电脑连接。

所述操作面板用于工作人员对盾构机一部分系统及一部分控制进行操作。

所述PLC用于接受操作面板及工控机的控制指令，根据控制指令控制盾构机执行相关操作。

所述工控机用于提供人机交互界面，所述人机交互界面能够进行操作面板所实现功能以外的控制操作并使得操作人员能够监控盾构机的运行数据，所述工控机根据工作人员对人机交互界面的操作发送控制指令给PLC、读取PLC相关的运行数据后将数据存储到数据库。

地面监控电脑用于读取PLC相关的运行数据后将数据存储到数据库中，方便工作人员监控盾构机的运行数据。

所述操作面板上设置有整机使能控制区、铰接及膨润土控制区、皮带输送机控制区、刀盘控制区、推进油缸控制区、螺旋输送机控制区。

所述整机使能控制区设置有整机使能开关、急停按钮、复位按钮、报警蜂鸣器。

所述铰接及膨润土控制区设置铰接油缸拖拉/释放选择开关、盾壳膨润土的流量调节电位器、膨润土的流量调节电位器。

所述皮带输送机控制区设置有皮带输送机的操作位选择开关、启/停按钮、输送速度调节电位器、现场控制指示灯及渣车满指示灯。

所述刀盘控制区设置有刀盘的操作位选择开关、高低速切换选择开关、正反转切换选择开关、启/停按钮、旋转速度调节电位器、现场控制指示灯。

所述推进油缸控制区设置有推进速度调节电位器、A/B/C/D推进分区压力调节电位器、启/停按钮、推进油缸模式选择开关及推进允许指示灯。

所述螺旋输送机控制区设置有螺旋输送机的操作位选择开关、高/低速切换选择开关、正/反转切换选择开关、前仓门开启/关闭选择开关、后仓门一开启/关闭选择开关、后仓门二开启/关闭选择开关、伸缩筒伸出/缩回选择开关、启/停按钮、旋转速度调节电位器及现场控制指示灯。

进一步的，操作面板上的各个控制区排列成两行三列。

进一步的，所述两台工控机的人际交互界面包括操作界面，所述操作界面分为登录界面、主控界面、刀盘界面、螺旋机界面、推进界面、泵站界面、辅助界面、密封润滑界面、盾尾密封界面、注浆界面、泡沫界面、膨润土界面、电力参数界面、报警界面、调试界面、数据界面。

进一步的，操作界面的各个界面分为顶部区域、中部区域和底部区域；顶部区域用于显示刀盘系统参数、螺旋输送机系统参数、推进系统参数、危险气体报警提示、控制系统通讯情况；底部区域布置有界面的切换按钮；中部区域为对应操作界面的显示区域。

进一步的，人机交互界面还包括泵站电机启动页面，用于操作人员集中启动液压泵站的电机，并查看泵站电机和液压油箱的状态。

进一步的，人机交互界面还还包括报警参数设置界面，用于操作人员集中设置盾构机运行的报警参数。

进一步的，人机交互界面还包括调试界面，用于具备权限的人员进行非常规情况下的控制操作。

本发明的有益效果为：

本发明对传统盾构机的操作面板进行了重新设计，将不常用的控制分区和控制操作进行了简化，重新划分了操作面板的功能分区，仅保留主要系统和最常用的控制操作在操作面板上，并采用选择开关作为逻辑动作的控制元件，使操作面板的功能分布更加直观、明晰和合理，并缩小了操作面板的尺寸，更加便于操作人员进行操作。同时，对系统的人机交互界面进行了重新设计，将人机交互界面按系统进行了科学的划分，并对每一个子系统的操作界面按照所需实现的功能以及可操作性进行了的界面设计，具有非常高的操作便利性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为操作面板示意图。

具体实施方式

本发明所述系统包含1个操作面板、2台工控机、1台地面监控电脑、2台网络交换机、1套光端机（1套具有两台）。

如图1所示，所述操作面板与PLC连接，两个工控机、PLC分别与同一个网络交换机连接，该网络交换机与两个光端机顺次串联后连接到另一个网络交换机，所述另一个网络交换机与地面监控电脑连接。各个装置之间采用RJ45接口连接。所述工控机及地面监控电脑设置有数据库。

数据流方向为：操作面板及工控机向PLC发送控制指令，PLC根据控制指令执行相关操作，并将盾构机运行数据发送到工控机数据库，且通过第一网络交换机、两个光端机、第二网络交换机组成的串联支路传送到地面监控电脑数据库。

设置网络交换机的目的是通过TCP/IP通讯协议进行数据交换。

所述PLC用于接受操作面板及工控机的控制指令，根据控制指令控制盾构机执行相关操作。

如图2所示，所述操作面板用于工作人员对盾构机一部分系统及一部分控制进行操作（本发明选择了主要系统和最常用的控制操作，其余操作都是在工控机的人机交互界面进行），其主要划分为六个主要区域，采用两行三列式分布，分别为：整机使能控制区、铰接及膨润土控制区、皮带输送机控制区、刀盘控制区、推进油缸控制区、螺旋输送机控制区。各区的详细情况分别为：

1.整机使能控制区：设置有整机使能开关、急停按钮、复位按钮（带黄色灯）及报警蜂鸣器；

2.铰接及膨润土控制区：设置有铰接油缸拖拉/释放选择开关、盾壳膨润土的流量调节电位器及膨润土的流量调节电位器；

3.皮带输送机控制区：设置有皮带输送机的操作位选择开关、启/停按钮（带绿色灯）、输送速度调节电位器、现场控制指示灯（红色）及渣车满指示灯（红色）；

4.刀盘控制区：设置有刀盘的操作位选择开关、高低速切换选择开关、正反转切换选择开关、启/停按钮（带绿色灯）、旋转速度调节电位器、现场控制指示灯（红色）及公司LOGO区域；

5.推进油缸控制区：设置有推进速度调节电位器、A/B/C/D推进分区压力调节电位器、启/停按钮（带绿色灯）、推进油缸模式选择开关及推进允许指示灯；

6.螺旋输送机控制区：设置有螺旋输送机的操作位选择开关、高/低速切换选择开关、正/反转切换选择开关、前仓门开启/关闭选择开关、后仓门一开启/关闭选择开关、后仓门二开启/关闭选择开关、伸缩筒伸出/缩回选择开关、启/停按钮（带绿色灯）、旋转速度调节电位器及现场控制指示灯（红色）。

地面监控电脑是用于施工管理方和监理方在地面办公室实时监控盾构机运行数据，而不用必须进入到隧道施工现场进行观察，其读取PLC的运行数据存储到数据库中。地面监控电脑上的数据库也可以向业主（比如地铁公司）进行开放，便于业主直接了解盾构机的掘进情况。但是地面监控电脑只提供监控功能，不能进行控制。

所述工控机用于提供人机交互界面、根据工作人员对工控机的操作发送控制指令给PLC、读取PLC相关的运行数据后将数据存储到数据库中。本发明中，两台工控机上的人机交互界面完全相同，互为备用，均可独立进行控制操作，在其中一台发生故障时，可通过另外一台完成盾构机的控制操作。两台工控机可分别打开两个不同的人机交互界面，能同时完成不同系统的控制操作，或者协同完成某项控制操作而不必来回切换控制界面，提高了操作的效率和便利性。

人机交互界面包含若干操作界面，所述操作界面主要包括登录界面、主控界面、刀盘界面、螺旋机界面、推进界面、泵站界面、辅助界面、密封润滑界面、盾尾密封界面、注浆界面、泡沫界面、膨润土界面、电力参数界面、报警界面、调试界面、数据界面总共16个界面。

各个操作界面主要分为顶部区域、中部区域和底部区域。顶部区域为盾构机重要信息显示区域，该区域为固定显示，始终显示着刀盘、螺旋输送机和推进系统这三个盾构机最关键系统的重要参数以及危险气体报警提示以及控制系统通讯情况，便于操作人员随时关注盾构机掘进过程中的关键信息；底部区域为控制界面切换区域，布置有各界面的切换按钮，可自由的切换各系统操作界面；中部区域为盾构机各子系统操作界面的显示区域，由底部的界面切换按钮控制切换。

优选的，对于部分存在较多启动前置条件的子系统，控制界面内设置了启动条件提示按钮，便于操作人员查看系统启动条件是否满足，降低了控制操作的难度。

优选的，人机交互界面还包括单独的泵站电机启动页面，操作人员可以很方便的集中启动液压泵站的电机，并查看泵站电机和液压油箱的状态。

优选的， 人机交互界面还包括单独的报警参数设置界面，便于操作人员集中设置盾构机运行的报警参数。

优选的，人机交互界面还包括单单独的调试界面，以便于具备权限的人员进行非常规情况下的控制操作。