陳剛 王延年 李剛 吳佳琪

摘 ?要： 隧道建設(shè)過程中，采集盾構(gòu)實時數(shù)據(jù)是監(jiān)控設(shè)備、預防風險、提高隧道質(zhì)量的重要途徑。為了對全國各地盾構(gòu)工程實現(xiàn)集中監(jiān)控，擺脫市面上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)費用較高、通用性較差的局限，開發(fā)了基于云平臺的盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過OPC協(xié)議循環(huán)讀取PLC地址，根據(jù)用戶設(shè)置的配置文件，將PLC記錄信息按照類型逐條區(qū)分處理，然后調(diào)用WEB API接口，數(shù)據(jù)同步發(fā)送到云服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，使用JavaScript結(jié)合html5開發(fā)的組態(tài)軟件，遠程實時監(jiān)控盾構(gòu)機各種狀態(tài)。整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由盾構(gòu)操作內(nèi)網(wǎng)和地面監(jiān)控外網(wǎng)組成，通過綁定MAC地址、限制端口訪問等技術(shù)手段，阻斷外部對盾構(gòu)PLC的網(wǎng)絡(luò)攻擊。經(jīng)過大量實際工程應用證明，該系統(tǒng)能滿足不同品牌、不同類型盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集要求，為盾構(gòu)施工集中信息化管控打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 盾構(gòu)機; 云平臺; 數(shù)據(jù)采集; 集中信息化管控

中圖分類號：TP399 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ?文章編號：1006-8228（2020）03-05-04

Development and application of cloud platform based data acquisition

system of shield machine

Chen Gang， Wang Yannian， Li Gang， Wu Jiaqi

（Shanghai Tunnel Engineering Construction Company Ltd. TBM Construction Branch， Shanghai 200127， China）

Abstract： In the process of tunnel construction， data acquisition of shield is an important way to monitor equipment， prevent risks and improve quality. In order to achieve centralized monitoring of shield all over the country， and avoid the limitations of high cost and little universal of data acquisition systems， a cloud platform based data acquisition system of shield machine is developed. The system can read PLC address through OPC protocol， and PLC record information is processed according to data type in user setting configuration file. Using WEB API interface， the data is synchronously sent to database of cloud server. The configuration software， which is developed by JavaScript and Html5， is used to remotely monitor various states of shield machine. The system network architecture is composed of shield operation internal network and ground monitoring external network. By using technologies of binding MAC address， limiting port access and so on， the external network attack on PLC is blocked. After a large number of engineering applications， it is proved that the system can meet data acquisition requirements of different brands and types of shields， provide a basis for centralized information management and control of shield construction.

Key words： shield machine; cloud platform; data acquisition; centralized information management and control

0 引言

全國各地軌道交通施工正快速全面鋪開，這對于隧道施工企業(yè)的人員、裝備以及管理提出了更高要求[1]。為了讓地面施工人員乃至遠離施工現(xiàn)場的管理人員能夠準確、及時地查看隧道內(nèi)盾構(gòu)機的工作狀態(tài)、掘進參數(shù)和運行記錄，保障盾構(gòu)施工穩(wěn)定、高效、安全地進行，必須配備功能齊全的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[2]。

盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集通常情況下由盾構(gòu)制造企業(yè)完成，普遍采用商業(yè)化的組態(tài)軟件（如movicon[3]、wincc[4]等），需要向軟件廠商支付版權(quán)費，數(shù)據(jù)采集終端成本較高，且偏重于記錄盾構(gòu)控制參數(shù)，卻忽略施工企業(yè)更加關(guān)心的隧道施工過程參數(shù)，如測量、注漿、泡沫等第三方系統(tǒng)。部分盾構(gòu)使用工控廠商提供的數(shù)據(jù)采集軟硬件產(chǎn)品，該軟件為國外企業(yè)開發(fā)，采集數(shù)據(jù)包含全國各地土層地質(zhì)資料，信息較為敏感，使用閉源軟件可能造成敏感信息泄露。盾構(gòu)生產(chǎn)廠家在電氣控制設(shè)計階段，已經(jīng)對參數(shù)地址有預分配、產(chǎn)生信號地址表單，數(shù)據(jù)采集開發(fā)與盾構(gòu)生產(chǎn)同步進行，有充足的時間來完成[5]。對于施工企業(yè)而言，施工所用盾構(gòu)機本是租賃的，常?；泳邆錀l件后才能確定施工用盾構(gòu)，距離始發(fā)節(jié)點僅有數(shù)周時間，現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集開發(fā)模式顯然很倉促。

4 工程應用

2017年3月至2017年12月，本系統(tǒng)在杭州文一路盾構(gòu)法隧道區(qū)間進行示范工程應用試驗，經(jīng)過一段時間使用證明，系統(tǒng)硬件和軟件運行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準確，實現(xiàn)了自動連續(xù)數(shù)據(jù)獲取，提高了數(shù)據(jù)采集工作效率。

示范工程應用成功后，推廣應用到上海隧道工程有限公司及申通地鐵所有的盾構(gòu)法隧道施工項目。截至到目前，該系統(tǒng)應用到72個項目242臺次盾構(gòu)機上，涉及上海、新加坡、武漢、南京、杭州、昆明、烏魯木齊、珠海、寧波、無錫、南昌、天津、鄭州等16個省市地區(qū)，涵蓋地鐵隧道、能源隧道、超大直徑隧道、異型隧道等五大領(lǐng)域。系統(tǒng)運行正常，有效獲取了盾構(gòu)工程施工參數(shù)，滿足目前市面上主流盾構(gòu)機的數(shù)據(jù)采集工作，包括863盾構(gòu)、類矩形盾構(gòu)、小松盾構(gòu)、海瑞克盾構(gòu)、武漢大冶、中交天河、中鐵裝備、奧村、川崎、三菱、布依格、鐵建重工等16種品牌盾構(gòu)機。

5 結(jié)束語

本文開發(fā)的基于云平臺數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，盾構(gòu)數(shù)據(jù)接入平臺速度快，所有的操作都通過編輯PLC地址表完成，可以滿足不同品牌、不同類型的盾構(gòu)設(shè)備數(shù)據(jù)接入要求。該系統(tǒng)使用云服務(wù)器集中管理離散客戶端，將遍布全國各地的盾構(gòu)機施工數(shù)據(jù)采集、發(fā)送到云數(shù)據(jù)庫，為盾構(gòu)集中化管控和大數(shù)據(jù)分析打下基礎(chǔ)。接下來，將針對潛在的客服，根據(jù)不同客戶的需求，實現(xiàn)個性化定制，提供數(shù)據(jù)采集外包服務(wù)。

參考文獻（References）：

[1] 周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應用[M].中國建筑工業(yè)出版社，2004.

[2] 魏建華，宋德玉，陳林.掘進機上位機監(jiān)控系統(tǒng)的研究及實現(xiàn)[J].煤炭學報，2004.29（4）：481-486

[3] 胡國良.組態(tài)技術(shù)及其在模擬盾構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)中的應用[J].機床與液壓，2008.1：140-142

[4] 高勇.基于WinCC盾構(gòu)刀盤遠程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機工程應用技術(shù)，2011.18：4462-4464

[5] 趙炯，潘舒眉，胡玉俊等.基于以太網(wǎng)通信的盾構(gòu)機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動化，2012.8：1-4

[6] 徐受天，蒲曉波.基于OPC的盾構(gòu)地面數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計[J].隧道建設(shè)，2009.29（6）：674-677

[7] 潘愛民.COM原理與應用[M].清華大學出版社，2000.

[8] 柴凱，侯立剛，姜軍銀.OPC技術(shù)在工業(yè)過程控制中的應用研究[J].工業(yè)儀表與自動化裝置，2005.3：70-72

[9] 陳剛，李剛，王志杰.盾構(gòu)施工遠程監(jiān)控組態(tài)的開發(fā)和應用[J].計算機時代，2018.12：32-36