基于云平臺(tái)的盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研制和應(yīng)用

陳剛 王延年 李剛 吳佳琪

摘 ?要： 隧道建設(shè)過(guò)程中，采集盾構(gòu)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)是監(jiān)控設(shè)備、預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)、提高隧道質(zhì)量的重要途徑。為了對(duì)全國(guó)各地盾構(gòu)工程實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控，擺脫市面上數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)費(fèi)用較高、通用性較差的局限，開發(fā)了基于云平臺(tái)的盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)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(kù)中，使用JavaScript結(jié)合html5開發(fā)的組態(tài)軟件，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控盾構(gòu)機(jī)各種狀態(tài)。整個(gè)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(guò)綁定MAC地址、限制端口訪問(wèn)等技術(shù)手段，阻斷外部對(duì)盾構(gòu)PLC的網(wǎng)絡(luò)攻擊。經(jīng)過(guò)大量實(shí)際工程應(yīng)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(jī); 云平臺(tái); 數(shù)據(jù)采集; 集中信息化管控

中圖分類號(hào)：TP399 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：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(guó)各地軌道交通施工正快速全面鋪開，這對(duì)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(yuǎn)離施工現(xiàn)場(chǎng)的管理人員能夠準(zhǔn)確、及時(shí)地查看隧道內(nèi)盾構(gòu)機(jī)的工作狀態(tài)、掘進(jìn)參數(shù)和運(yùn)行記錄，保障盾構(gòu)施工穩(wěn)定、高效、安全地進(jìn)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(fèi)，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(guò)程參數(shù)，如測(cè)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(guó)外企業(yè)開發(fā)，采集數(shù)據(jù)包含全國(guó)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(jì)階段，已經(jīng)對(duì)參數(shù)地址有預(yù)分配、產(chǎn)生信號(hào)地址表單，數(shù)據(jù)采集開發(fā)與盾構(gòu)生產(chǎn)同步進(jìn)行，有充足的時(shí)間來(lái)完成[5]。對(duì)于施工企業(yè)而言，施工所用盾構(gòu)機(jī)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(diǎn)僅有數(shù)周時(shí)間，現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集開發(fā)模式顯然很倉(cāng)促。

4 工程應(yīng)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(jìn)行示范工程應(yīng)用試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用證明，系統(tǒng)硬件和軟件運(yùn)行穩(wěn)定、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(yīng)用成功后，推廣應(yīng)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(xiàng)目。截至到目前，該系統(tǒng)應(yīng)用到72個(gè)項(xiàng)目242臺(tái)次盾構(gòu)機(jī)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(wú)錫、南昌、天津、鄭州等16個(gè)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(yùn)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(jī)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(jī)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文開發(fā)的基于云平臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，盾構(gòu)數(shù)據(jù)接入平臺(tái)速度快，所有的操作都通過(guò)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(guó)各地的盾構(gòu)機(jī)施工數(shù)據(jù)采集、發(fā)送到云數(shù)據(jù)庫(kù)，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(lái)，將針對(duì)潛在的客服，根據(jù)不同客戶的需求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制，提供數(shù)據(jù)采集外包服務(wù)。

參考文獻(xiàn)（References）：

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

[2] 魏建華，宋德玉，陳林.掘進(jìn)機(jī)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究及實(shí)現(xiàn)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2004.29（4）：481-486

[3] 胡國(guó)良.組態(tài)技術(shù)及其在模擬盾構(gòu)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓，2008.1：140-142

[4] 高勇.基于WinCC盾構(gòu)刀盤遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程應(yīng)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(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)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(jì)[J].隧道建設(shè)，2009.29（6）：674-677

[7] 潘愛民.COM原理與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，2000.

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

[9] 陳剛，李剛，王志杰.盾構(gòu)施工遠(yuǎn)程監(jiān)控組態(tài)的開發(fā)和應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)時(shí)代，2018.12：32-36