基于云平臺的盾構數據采集系統研制和應用

陳剛 王延年 李剛 吳佳琪

摘 ?要： 隧道建設過程中，采集盾構實時數據是監控設備、預防風險、提高隧道質量的重要途徑。為了對全國各地盾構工程實現集中監控，擺脫市面上數據采集系統費用較高、通用性較差的局限，開發了基于云平臺的盾構數據采集系統。該系統通過OPC協議循環讀取PLC地址，根據用戶設置的配置文件，將PLC記錄信息按照類型逐條區分處理，然后調用WEB API接口，數據同步發送到云服務器的數據庫中，使用JavaScript結合html5開發的組態軟件，遠程實時監控盾構機各種狀態。整個系統的網絡架構由盾構操作內網和地面監控外網組成，通過綁定MAC地址、限制端口訪問等技術手段，阻斷外部對盾構PLC的網絡攻擊。經過大量實際工程應用證明，該系統能滿足不同品牌、不同類型盾構數據采集要求，為盾構施工集中信息化管控打下基礎。

關鍵詞： 盾構機; 云平臺; 數據采集; 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場的管理人員能夠準確、及時地查看隧道內盾構機的工作狀態、掘進參數和運行記錄，保障盾構施工穩定、高效、安全地進行，必須配備功能齊全的數據采集系統[2]。

盾構數據采集通常情況下由盾構制造企業完成，普遍采用商業化的組態軟件（如movicon[3]、wincc[4]等），需要向軟件廠商支付版權費，數據采集終端成本較高，且偏重于記錄盾構控制參數，卻忽略施工企業更加關心的隧道施工過程參數，如測量、注漿、泡沫等第三方系統。部分盾構使用工控廠商提供的數據采集軟硬件產品，該軟件為國外企業開發，采集數據包含全國各地土層地質資料，信息較為敏感，使用閉源軟件可能造成敏感信息泄露。盾構生產廠家在電氣控制設計階段，已經對參數地址有預分配、產生信號地址表單，數據采集開發與盾構生產同步進行，有充足的時間來完成[5]。對于施工企業而言，施工所用盾構機本是租賃的，常常基坑具備條件后才能確定施工用盾構，距離始發節點僅有數周時間，現有數據采集開發模式顯然很倉促。

4 工程應用

2017年3月至2017年12月，本系統在杭州文一路盾構法隧道區間進行示范工程應用試驗，經過一段時間使用證明，系統硬件和軟件運行穩定、數據準確，實現了自動連續數據獲取，提高了數據采集工作效率。

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法隧道施工項目。截至到目前，該系統應用到72個項目242臺次盾構機上，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，涵蓋地鐵隧道、能源隧道、超大直徑隧道、異型隧道等五大領域。系統運行正常，有效獲取了盾構工程施工參數，滿足目前市面上主流盾構機的數據采集工作，包括863盾構、類矩形盾構、小松盾構、海瑞克盾構、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種品牌盾構機。

5 結束語

本文開發的基于云平臺數據采集系統，盾構數據接入平臺速度快，所有的操作都通過編輯PLC地址表完成，可以滿足不同品牌、不同類型的盾構設備數據接入要求。該系統使用云服務器集中管理離散客戶端，將遍布全國各地的盾構機施工數據采集、發送到云數據庫，為盾構集中化管控和大數據分析打下基礎。接下來，將針對潛在的客服，根據不同客戶的需求，實現個性化定制，提供數據采集外包服務。

參考文獻（References）：

[1] 周文波.盾構法隧道施工技術及應用[M].中國建筑工業出版社，2004.

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

[3] 胡國良.組態技術及其在模擬盾構監控系統中的應用[J].機床與液壓，2008.1：140-142

[4] 高勇.基于WinCC盾構刀盤遠程監控系統設計[J].計算機工程應用技術，2011.18：4462-4464

[5] 趙炯，潘舒眉，胡玉俊等.基于以太網通信的盾構機數據采集系統[J].制造業自動化，2012.8：1-4

[6] 徐受天，蒲曉波.基于OPC的盾構地面數據采集和監視系統設計[J].隧道建設，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技術在工業過程控制中的應用研究[J].工業儀表與自動化裝置，2005.3：70-72

[9] 陳剛，李剛，王志杰.盾構施工遠程監控組態的開發和應用[J].計算機時代，2018.12：32-36