基于ＬａｂＶＩＥＷ的盾構機監測集成化軟件開發

摘 要：隨著我國經濟發展和城市建設步伐的加快，對地下空間的開發利用日益迫切，研究盾構的挖掘以及監測等技術，具有重大意義。盾構挖掘在地下進行，必須保證挖掘的精確度，一旦出現施工誤差，將造成巨大的損失。根據盾構機地下挖掘的實際情況，在LabVIEW平臺條件下，開發了盾構測控技術集成化軟件，實現監測系統人機監控界面顯示、特征變量監測曲線顯示以及環報表顯示和打印等功能，使監測人員能多角度分析盾構機的工作狀態，及時地對盾構進行相應的控制。

關鍵詞：LabVIEW；盾構機；監測集成化軟件

中圖分類號：TP文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）11-0340-02

1 LabVIEW平臺的優點

本文采用LabVIEW來開發盾構機監測集成化軟件，主要是基于LabVIEW具有以下的特點。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖表代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。本文采用LabVIEW，以圖形化編程這種更快捷的方式來開發盾構機監測集成化軟件，大大提高了開發效率。

傳統文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序的執行順序，而LabVIEW采用的是數據流編程方式，程序框圖中節點之間的數據流向決定了程序的執行順序。采用LabVIEW來開發盾構機監測集成化軟件，既降低了程序開發中出錯的可能性，提高軟件可靠性，又提高了軟件的運行效率。

LabVIEW平臺有豐富的圖形控件，尤其是有很多外觀與傳統儀器（如示波器，萬用表，按鈕，等等）類似的控件，本文采用LabVIEW平臺可方便快捷地設計友好的人機交互界面，并取代實際的儀表，在上位機上遠程顯示傳感器數據。

2 盾構機監測軟件系統結構設計

盾構機從現場的傳感器和PLC采集數據，并將數據保存到數據庫中。數據庫文件通過網線從現場下位機傳輸到監測上位機。本軟件從上位機的數據庫文件讀取數據，經相應的處理后通過人機界面顯示。軟件的系統結構如圖1所示。

2.1 數據源

在本系統中，數據源來自調用數據庫接口模塊生成的臨時數據文件。數據源分為兩種：實時數據與歷史數據。

2.2 數據轉換、處理和控制

在這一層中，根據從數據源得到的臨時數據文件進行解協議、數據格式化等數據轉換和處理操作，為數據應用和表示層提供有效的格式化數據。

數據處理主要包括將根據協議得到的實時有效數據進行標度變換、二次存儲等數據處理，得到最后人機交互界面以及實時數據曲線需要的數據。此外，數據處理還將根據協議得到的歷史有效數據進行處理，得到歷史數據曲線所需的數據格式。

通過參數設置和配置提供的數據項，可以控制數據處理過程采用的參數和曲線圖形的繪制過程；另外，系統提供“參數控制接口”以便數據選擇和操作模塊調用，用于傳遞給系統中環報表打印和曲線顯示的參數。

2.3 數據應用和表示

本系統主要有三種數據應用與表示方式：盾構機監測界面顯示、監測曲線繪制顯示、環報表輸出，方便于監測人員從不同的角度來監測盾構機的工作狀態。

（1）盾構機監測界面顯示。

包括盾構機9個運行狀態顯示界面，主要功能是將處理后的有效數據與人機界面的控件綁定，以顯示某一歷史時段或當前盾構機的運行狀態，如閥的開關狀態，管道內的液體流向示意，等等。

（2）監測曲線繪制顯示。

主要是將一段時間內的歷史數據或實時數據，通過波形顯示控件以曲線的方式顯示出來，同時對所顯示的曲線可以進行一些操作，如曲線的疊加對比，曲線縮放等，以更好地幫助工作人員監測盾構機的運行狀況。

（3）環報表輸出。

盾構前進過程中轉過一圈即是一環，根據所選環的一些參數信息生成報表，供工作人員預覽和打印。各環的報表格式是一樣的，都是顯示前進一環的過程中各變量的波形變化。

3 盾構機監測軟件開發研究

本文的研究與開發內容主要分為數據轉換、處理與控制層模塊，監測系統人機交互界面子模塊，特征變量監測曲線繪制模塊，環報表生成、顯示、打印模塊四部分，給監測人員提供不同角度的直觀而又形象的監測界面。

3.1 數據轉換、處理與控制層模塊

數據處理與數據格式化是本系統的基石。本模塊負責向數據庫發送請求，進行數據讀取，數據處理與數據轉換等，為監測系統人機交互界面、監測曲線顯示界面和環報表顯示、打印界面提供有效數據。

數據轉換、處理與控制層模塊實現了向數據庫請求數據、用戶數據項文件讀寫、對數據進行標度轉換、數據格式化、 參數調用接口等功能。

3.2 監測系統人機交互界面模塊

監測系統人機交互界面模塊將實時數據在人機界面中以控件的形式顯示出來，方便施工人員監測數據。

本模塊開發的其中一個界面如圖2所示。本模塊通過數字顯示控件，進度條以及指示燈等控件開發出了友好的人機交互界面，使監測人員能多角度、有條理、有側重點來分析盾構機的運行狀態。

3.3 特征變量監測曲線繪制模塊

盾構機掘進時將許多參數回傳給系統，工作人員通過這些參數來監控盾構機的運行狀況。特征變量監測曲線繪制模塊通過將一段時間內的變量狀況繪制成曲線，能直觀地反映出該特征變量的變化情況，有助于工作人員對盾構機的運行狀況和趨勢做出更為準確的判斷，以達到有效監控盾構機運行的目的。

本模塊開發出來的曲線監測界面如圖3所示，描繪的是選擇6個特征變量后一段時間內的歷史曲線。可見，本模塊開發出來的曲線監測界面直觀地顯示了幾個特征變量的變化情況，方便監測人員分析比較這些變量的發展趨勢，及時發現盾構機運行是否有異常情況，并可以打印出來進行資料保存。

3.4 環報表生成、顯示、打印模塊

環報表生成、顯示、打印模塊將所選環片的相關數據以圖表方式打印。環報表是與人機界面相獨立的程序，本模塊主要實現了打印參數設置、環報表生成、打印結果預覽、報表輸出打印等功能。

環報表中曲線的數據來源于系統數據庫。根據工作人員設置的打印參數以及配置文件，首先進入打印預覽模式。在此模式下用戶可查看不同環號的報表。點擊打印鍵將所選范圍內的環報表打印出來。本模塊開發出的環報表顯示界面如圖4所示。該界面直觀地顯示了所選環號的參數變化情況，使監測人員方便地分析盾構在不同環的狀態變化情況，并以報表的形式打印出來，有利于保存、整理和分析。

4 結語

本文分析了用LabVIEW開發盾構機監測集成化軟件的優勢所在，即提高了開發效率和軟件的運行效率，有利于設計友好的人機交互界面，接著分析了盾構機監測軟件的設計思路和系統結構，然后詳細地分析軟件各個模塊的設計思路和實現的功能，從人機交互界面、特征變量監測曲線繪制以及環報表生成等三個方面，給監測人員提供不同角度的直觀而又形象的監測界面，利于監測人員從不同的側重點對盾構運行狀態進行監測和控制。

參考文獻

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