掘进机上位机监控系统的研究及实现.pdf

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1、第卷第期煤炭学报年月文章编号!"#掘进机上位机监控系统的研究及实现魏建华!宋德玉!陈宁浙江大学流体传动与控制国家重点实验室浙江杭州浙江科技学院机电工程学系浙江杭州摘要!针对掘进机施工对上位机监控系统的要求!研究开发了可视化的监控系统介绍了该系统的硬件组成及软件结构!重点分析了程序运行状态的确定及地表沉降静"动态预测模型!提出了行之有效的解决方法!即依据掘进机各施工环节的运行状态!利用状态逻辑图!准确地确定了程序任一时间的运行状态#采用在线评估和对地表的静"动态预测方法及可视化手段较准确地预测出地表的沉降量实践表明!该系统检测对象多"预测数据准确!且可实现可视化

2、的在线评估及预测关键词!掘进机#监控系统#预测模型中图分类号!文献标识码!随着科学技术的发展掘进机的结构向复杂化巨型化控制向自动化智能化方向发展为保证掘进机系统的正常施工和管理配备功能齐全的监控系统不仅必要而且也是掘进机施工管理实现自动化智能化的重要组成部分目前我国开发的掘进机在监控系统方面与国外相比尚存在很大的差距主要反～映在以下几个方面掘进机施工作业面的实景监控少现场施工作业面实际场景的景象监控很少使得技术和管理人员不能及时准确地掌握施工作业面上的整体动态往往只能靠现场工作人员的书面和口头汇报获得不完全的相关信息容易延误施工措施的及时贯彻收稿日期!基金项目

3、!国家科技攻关计划项目作者简介!魏建华男浙江桐乡人博士副研究员联系人!陈宁＠煤炭学报年第卷施工数据和参数采集效率低实测的土压参数和施工参数如孔隙水土压力地层位移掘进机排土量掘进速度纠偏量等参数的获取及处理的自动化程度低各种信息数据传输和处理的速度慢效率低目前仍只能借助于日报表的落后传输形式理论预测和预报的直观效果差有关掘进机施工对周围环境的预测与预告的研究已日趋成熟但在施工过程中人工虚拟实景模拟还只停留在理论研究阶段如何充分利用计算机技术做到真实动态质感地反映掘进机施工对环境的影响具有现实意义理论预测与施工控制的研究脱节理论预测结果与施工控制姿态和变形还没有有

4、机地结合起来目前仅有的阶段注浆只是一种施工的被动控制还没有建立一套对设计施工参数做自动调整控制的系统机制从而达到有效防治的目的针对上述问题根据掘进机技术理论计算机技术掘进机施工工况等笔者开发了应用于掘进机隧道施工的多媒体监控系统监控系统的总体设计监控系统采用主从方式上下位机结构上位机由处于主控室中的墙面式工控机和洞外办公室机组成下位机是以为主站为从站的基于协议的现场总线的可编程控制器系统上位机采用主从工作方式通过协议联网主要用于参数设置和数据采集分析其中墙面式工控机为西门子人机界面采用彩色液晶触摸屏安装在掘进机控制室的控制面板上由现场操作人员使用用于人机对话显

5、示数据设置和修改系统控制参数等主要用于控制通过对主机需要监控的各类信号进行实时检测由控制软件对系统中所有控制信号进行处理通过中间控制元件来控制被控对象监控系统组成如图所示系统软件结构如图所示系统由知识库多媒体监控子系统地表沉降预测子系统等组成其中知识库子系统由地质数据库施工参数库设计参图监控系统组成数库掘进机参数库组成多媒体监控子系统由图像声音监控掘进机施工参数实测地表位移和建筑物沉降检测组成地表沉降预测子系统由理论预测模型随机理论与经验预测模型神经网络预测模型组成监控软件设计主要目的是对掘进机施工进行实时监控和科学管理等应具有如下功能参数显示掘进机掘进时以的

6、采样周期采集模拟量信号和状态信号并显示瞬时测量值包括个开关量信号个模拟量信号基本覆盖了所有施工参数数据存储以每掘进机掘进距离的采样平均值将每个施工参数保存在硬盘内数据处理可根据测量数据对掘进机的运行状态进行在线评估图系统软件结构与预测对保存数据进行运算和统计处理显示掘进量图表和瞬时值管理图表打印施工环报表和环间比较表等数据设定可对输入的模拟量信号设定上下极限值设定计算数据日期时间和环号等屏幕菜单有可视化的人机界面操作人员可观看实时施工数据及动态曲线也能查看历史数据和曲线以满足监控需求监控系统软件设计硬件是基础软件设计是核心根据监控系统的设计目标功能考虑各种施工

7、工况和系统高可靠性第期魏建华等掘进机上位机监控系统的研究及实现的要求选用公司的视窗控制中心作为上位机监控软件的开发工具是一个真正开放的软件完全支持分布式系统结构并有大量的通讯接口和全面的过程信息和数据处理功能特别适用于大型的自动化控制系统此外由于设计时采用在平台下运行的操作系统这种伙伴关系为最终用户提供了多种优点鉴于篇幅所限下面就监控系统软件设计中的关键技术进行阐述人机界面设计人机界面的关键是使人与计算机之间能够准确地交流信息一方面用户向机器输入时应当尽量采取自然的方式另一方面机器向用户传递的信息必须准确不致引起误解或混乱另外不能把内部的处理加工与人机界面混在

8、一起以免相互干扰影响速度增加复杂性一致