本發(fā)明屬于盾構(gòu)信號檢測及智能控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種土壓平衡盾構(gòu)掘進過程中皮帶輸送機智能控制數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代社會的不斷發(fā)展與進步，特別是現(xiàn)代交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，給人們的出行帶來了很大的便利。談到現(xiàn)代交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，就不得不提到在地下隧道施工建設(shè)過程中起著關(guān)鍵作用的盾構(gòu)，利用盾構(gòu)技術(shù)，極大地提高了施工安全性和施工效率，尤其對于一些地質(zhì)比較復(fù)雜的地區(qū)，盾構(gòu)在施工過程中發(fā)揮著巨大的作用。由于現(xiàn)有土壓平衡盾構(gòu)的皮帶輸送機均采用傳統(tǒng)的主控室和現(xiàn)場兩種控制模式，主控室和現(xiàn)場主要是控制啟動、停止及人為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等；但，在現(xiàn)場實際掘進過程中存在皮帶輸送機經(jīng)常性高速運轉(zhuǎn)，主控室和現(xiàn)場人為控制精度不到位的情況經(jīng)常發(fā)生，且有較嚴(yán)重的能耗損失，在全球節(jié)能減排的大背景下尤其不合時宜。

因此，提供一種能夠在地下復(fù)雜工況環(huán)境下，提高土壓平衡盾構(gòu)皮帶輸送機的智能控制水平，便于施工現(xiàn)場進行操作，同時達到節(jié)能降耗的目的控制系統(tǒng)，已經(jīng)是一個值得研究的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種土壓平衡盾構(gòu)皮帶輸送機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)及其處理方法，能夠有效地對土壓平衡盾構(gòu)掘進過程中皮帶輸送機的張力、工作狀態(tài)信息進行采集處理，剔除雜波信號，得到真實反應(yīng)皮帶輸送機狀態(tài)的信號，從而能夠進行分析評定，并利用PID調(diào)節(jié)、模糊控制算法進行數(shù)據(jù)處理，通過現(xiàn)場總線與土壓平衡盾構(gòu)主控室PLC數(shù)據(jù)通訊，根據(jù)皮帶輸送機實時工作載荷調(diào)整其轉(zhuǎn)速，控制精準(zhǔn)，減少現(xiàn)場人為控制精度不到位的情況，便于施工現(xiàn)場進行操作，達到節(jié)能降耗的目的。

按照本發(fā)明所提供的設(shè)計方案， 一種土壓平衡盾構(gòu)皮帶輸送機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，包含信號采集單元、信號處理單元、電源模塊、顯示單元及接口單元，信號處理單元包含A/D轉(zhuǎn)換模塊、及與盾構(gòu)主控制室PLC相信號連接的CPU控制模塊；接口單元包含分別與CPU控制模塊相連接的通訊接口模塊、操作按鈕控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊；CPU控制模塊包含負(fù)載模式判斷單元、數(shù)據(jù)優(yōu)化單元及數(shù)據(jù)修正單元，其中，負(fù)載模式判斷單元，初始化皮帶輸送機空載狀態(tài)下的張力數(shù)據(jù)C，并根據(jù)皮帶輸送機負(fù)載噸位判斷其工作模式為負(fù)載模式或空載模式；數(shù)據(jù)優(yōu)化單元，根據(jù)接收到的傳感器數(shù)據(jù)獲取張力最優(yōu)值D；數(shù)據(jù)修正單元，對張力數(shù)據(jù)C與張力最優(yōu)值D進行比較并進行PID調(diào)節(jié)處理。

上述的，信號采集單元為設(shè)置在皮帶輸送機被測構(gòu)件上的N個張力傳感器，其中，N為大于1的整數(shù)；顯示單元為與CPU控制模塊相信號連接的液晶顯示屏。

優(yōu)選的，數(shù)據(jù)優(yōu)化單元，分別對間隔n秒接收到的傳感器分組數(shù)據(jù)求解平均值，并與實際張力值進行比對獲取張力最優(yōu)值D，其中，傳感器分組數(shù)據(jù)中每組傳感器數(shù)據(jù)為同一時間接收到的N個張力傳感器數(shù)據(jù)，n為正數(shù)。

上述的，所述數(shù)據(jù)修正單元中進行比較并進行PID調(diào)節(jié)處理鋸具體包含內(nèi)容如下：根據(jù)張力數(shù)據(jù)C與張力最優(yōu)值D，若D小于C，則根據(jù)模糊控制算法對歷史參數(shù)或張力數(shù)據(jù)C進行PID調(diào)節(jié)處理并存儲，否則，對張力最優(yōu)值D按照模糊控制算法進行PID調(diào)節(jié)處理并存儲。

一種土壓平衡盾構(gòu)掘進過程中皮帶輸送機智能控制數(shù)據(jù)采集處理方法，基于上述的土壓平衡盾構(gòu)皮帶輸送機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，具體包含如下步驟：

步驟1、初始化，計算皮帶輸送機空載狀態(tài)下的張力參數(shù)C；

步驟2、根據(jù)皮帶輸送機負(fù)載噸位判斷其工作模式是否為空載狀態(tài)，若是，則跳轉(zhuǎn)到步驟5執(zhí)行，否則，執(zhí)行步驟3；

步驟3、設(shè)置在皮帶輸送機被測構(gòu)件上的N個張力傳感器對皮帶輸送機張力信號分別間隔n秒進行同步采集，張力信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波，同時間點的N個張力傳感器數(shù)據(jù)分為一組，按組存儲，求出每組平均值，對比分析求得張力最優(yōu)值D，其中，N為大于1的整數(shù)，n為正數(shù)；

步驟4、比較判斷初始狀態(tài)的張力參數(shù)C與張力最優(yōu)值D的大小，若D大于C，則根據(jù)模糊控制算法進行PID調(diào)節(jié)處理并存儲相關(guān)參數(shù)；否則，利用存儲的歷史參數(shù)D或初始狀態(tài)的張力參數(shù)C*P根據(jù)模糊控制算法進行PID調(diào)節(jié)處理并存儲，其中，P為設(shè)定閾值；

步驟5、結(jié)束數(shù)據(jù)處理，將處理結(jié)果實時顯示，并通過通訊總線傳輸至土壓平衡盾構(gòu)主控室進行智能控制。

上述的數(shù)據(jù)采集處理方法，步驟4中的P設(shè)定范圍：1＜P＜2。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明通過設(shè)置在皮帶輸送機被測構(gòu)件上的N個張力傳感器對皮帶輸送機張力信號分別間隔n秒進行同步采集，張力信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波，同時間點的N個張力傳感器數(shù)據(jù)分為一組，按組存儲，求出每組平均值，對比分析求得張力最優(yōu)值D，并通過模糊控制算法進行PID調(diào)節(jié)處理，能夠有效地對土壓平衡盾構(gòu)掘進過程中皮帶輸送機的張力、工作狀態(tài)信息進行采集處理，剔除雜波信號，真實反映出皮帶輸送機的狀態(tài)，對這些信號進行分析評定，利用PID調(diào)節(jié)、模糊算法控制等算法進行處理和狀態(tài)顯示，并通過現(xiàn)場總線端口與土壓平衡盾構(gòu)主控室PLC數(shù)據(jù)通訊，根據(jù)皮帶輸送機實時的工作載荷調(diào)整其轉(zhuǎn)速的智能控制系統(tǒng)，實時的工作載荷、通過變頻器控制其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，相互之間形成閉環(huán)控制，響應(yīng)快、便于調(diào)試、成本低，且與土壓平衡盾構(gòu)控制系統(tǒng)兼容性好，能夠提高皮帶輸送機的自動控制水平，從而降低能耗，達到節(jié)能減排和提高施工效率的雙重目的，經(jīng)濟效益和社會效益巨大。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；

圖2為本發(fā)明的信號采集單元示意圖；

圖3為本發(fā)明的方法流程示意圖。

具體實施方式：

圖中標(biāo)號，標(biāo)號1代表信號采集單元，標(biāo)號2代表信號采集電纜，標(biāo)號3代表信號傳輸線束，標(biāo)號4代表CPU控制模塊，標(biāo)號5代表現(xiàn)場通訊總線電纜。

下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明，并通過優(yōu)選的實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。

實施例一，參見圖1所示，一種土壓平衡盾構(gòu)皮帶輸送機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，包含信號采集單元、信號處理單元、電源模塊、顯示單元及接口單元，信號處理單元包含A/D轉(zhuǎn)換模塊、及與盾構(gòu)主控制室PLC相信號連接的CPU控制模塊；接口單元包含分別與CPU控制模塊相連接的通訊接口模塊、操作按鈕控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊；CPU控制模塊包含負(fù)載模式判斷單元、數(shù)據(jù)優(yōu)化單元及數(shù)據(jù)修正單元，其中，負(fù)載模式判斷單元，初始化皮帶輸送機空載狀態(tài)下的張力數(shù)據(jù)C，并根據(jù)皮帶輸送機負(fù)載噸位判斷其工作模式為負(fù)載模式或空載模式；數(shù)據(jù)優(yōu)化單元，根據(jù)接收到的傳感器數(shù)據(jù)獲取張力最優(yōu)值D；數(shù)據(jù)修正單元，對張力數(shù)據(jù)C與張力最優(yōu)值D進行比較并進行PID調(diào)節(jié)處理。

實施例二，參見圖1~2所示，與實施例 一基本相同，不同之處在于：信號采集單元為設(shè)置在皮帶輸送機被測構(gòu)件上的N個張力傳感器，其中，N為大于1的整數(shù)；顯示單元為與CPU控制模塊相信號連接的液晶顯示屏。

優(yōu)選的，數(shù)據(jù)優(yōu)化單元，分別對間隔n秒接收到的傳感器分組數(shù)據(jù)求解平均值，并與實際張力值進行比對獲取張力最優(yōu)值D，其中，傳感器分組數(shù)據(jù)中每組傳感器數(shù)據(jù)為同一時間接收到的N個張力傳感器數(shù)據(jù)，n為正數(shù)。

上述的，所述數(shù)據(jù)修正單元中進行比較并進行PID調(diào)節(jié)處理鋸具體包含內(nèi)容如下：根據(jù)張力數(shù)據(jù)C與張力最優(yōu)值D，若D小于C，則根據(jù)模糊控制算法對歷史參數(shù)或張力數(shù)據(jù)C進行PID調(diào)節(jié)處理并存儲，否則，對張力最優(yōu)值D按照模糊控制算法進行PID調(diào)節(jié)處理并存儲 。

實施例三，參見圖3所示，一種土壓平衡盾構(gòu)掘進過程中皮帶輸送機智能控制數(shù)據(jù)采集處理方法，基于實施例一所述的土壓平衡盾構(gòu)皮帶輸送機數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，具體包含如下步驟：

步驟1、初始化，計算皮帶輸送機空載狀態(tài)下的張力參數(shù)C；

步驟2、根據(jù)皮帶輸送機負(fù)載噸位判斷其工作模式是否為空載狀態(tài)，若是，則跳轉(zhuǎn)到步驟5執(zhí)行，否則，執(zhí)行步驟3；

步驟3、設(shè)置在皮帶輸送機被測構(gòu)件上的N個張力傳感器對皮帶輸送機張力信號分別間隔n秒進行同步采集，張力信號通過模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波，同時間點的N個張力傳感器數(shù)據(jù)分為一組，按組存儲，求出每組平均值，對比分析求得張力最優(yōu)值D，其中，N為大于1的整數(shù)，n為正數(shù)；

步驟4、比較判斷初始狀態(tài)的張力參數(shù)C與張力最優(yōu)值D的大小，若D大于C，則根據(jù)模糊控制算法進行PID調(diào)節(jié)處理并存儲相關(guān)參數(shù)；否則，利用存儲的歷史參數(shù)D或初始狀態(tài)的張力參數(shù)C*P根據(jù)模糊控制算法進行PID調(diào)節(jié)處理并存儲，其中，P為設(shè)定閾值；

步驟5、結(jié)束數(shù)據(jù)處理，將處理結(jié)果實時顯示，并通過通訊總線傳輸至土壓平衡盾構(gòu)主控室進行智能控制。

步驟4中的P設(shè)定范圍：1＜P＜2。根據(jù)實際現(xiàn)場需求情況，N設(shè)定為5個張力傳感器，P可設(shè)定為：1+0.25，間隔1s連續(xù)性同步采集數(shù)據(jù)6組，按組存儲，求出每組平均值，進行對比分析，排除誤差，刪除偶然性誤差，尋求與真實值最接近的最優(yōu)值，通過最優(yōu)值與初始狀態(tài)張力參數(shù)進行比對，通過模糊控制算法進行PID調(diào)節(jié)處理并存儲，將處理結(jié)果實時顯示并通過通訊總線傳輸至土壓平衡盾構(gòu)主控室進行智能控制，根據(jù)皮帶輸送機實時的工作載荷調(diào)整其轉(zhuǎn)速的智能控制系統(tǒng)，實時的工作載荷、通過變頻器控制其轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，相互之間形成閉環(huán)控制，響應(yīng)快、便于調(diào)試、成本低，且與土壓平衡盾構(gòu)控制系統(tǒng)兼容性好，能夠提高皮帶輸送機的自動控制水平，從而降低能耗，達到節(jié)能減排和提高施工效率的雙重目的，經(jīng)濟效益和社會效益巨大。

本發(fā)明不局限于上述具體實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或者類似的變化都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。