基于云平台的盾构数据采集系统研制和应用

陈刚 王延年 李刚 吴佳琪

摘  要： 隧道建设过程中，采集盾构实时数据是监控设备、预防风险、提高隧道质量的重要途径。为了对全国各地盾构工程实现集中监控，摆脱市面上数据采集系统费用较高、通用性较差的局限，开发了基于云平台的盾构数据采集系统。该系统通过OPC协议循环读取PLC地址，根据用户设置的配置文件，将PLC记录信息按照类型逐条区分处理，然后调用WEB API接口，数据同步发送到云服务器的数据库中，使用JavaScript结合html5开发的组态软件，远程实时监控盾构机各种状态。整个系统的网络架构由盾构操作内网和地面监控外网组成，通过绑定MAC地址、限制端口访问等技术手段，阻断外部对盾构PLC的网络攻击。经过大量实际工程应用证明，该系统能满足不同品牌、不同类型盾构数据采集要求，为盾构施工集中信息化管控打下基础。

关键词： 盾构机; 云平台; 数据采集; 集中信息化管控

中图分类号：TP399          文献标识码：A    文章编号：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

全國各地轨道交通施工正快速全面铺开，这对于隧道施工企业的人员、装备以及管理提出了更高要求[1]。为了让地面施工人员乃至远离施工现场的管理人员能够准确、及时地查看隧道内盾构机的工作状态、掘进参数和运行记录，保障盾构施工稳定、高效、安全地进行，必须配备功能齐全的数据采集系统[2]。

盾构数据采集通常情况下由盾构制造企业完成，普遍采用商业化的组态软件（如movicon[3]、wincc[4]等），需要向软件厂商支付版权费，数据采集终端成本较高，且偏重于记录盾构控制参数，却忽略施工企业更加关心的隧道施工过程参数，如测量、注浆、泡沫等第三方系统。部分盾构使用工控厂商提供的数据采集软硬件产品，该软件为国外企业开发，采集数据包含全国各地土层地质资料，信息较为敏感，使用闭源软件可能造成敏感信息泄露。盾构生产厂家在电气控制设计阶段，已经对参数地址有预分配、产生信号地址表单，数据采集开发与盾构生产同步进行，有充足的时间来完成[5]。对于施工企业而言，施工所用盾构机本是租赁的，常常基坑具备条件后才能确定施工用盾构，距离始发节点仅有数周时间，现有数据采集开发模式显然很仓促。

4 工程应用

2017年3月至2017年12月，本系统在杭州文一路盾构法隧道区间进行示范工程应用试验，经过一段时间使用证明，系统硬件和软件运行稳定、数据准确，实现了自动连续数据获取，提高了数据采集工作效率。

示范工程应用成功后，推广应用到上海隧道工程有限公司及申通地铁所有的盾构法隧道施工项目。截至到目前，该系统应用到72个项目242台次盾构机上，涉及上海、新加坡、武汉、南京、杭州、昆明、乌鲁木齐、珠海、宁波、无锡、南昌、天津、郑州等16个省市地区，涵盖地铁隧道、能源隧道、超大直径隧道、异型隧道等五大领域。系统运行正常，有效获取了盾构工程施工参数，满足目前市面上主流盾构机的数据采集工作，包括863盾构、类矩形盾构、小松盾构、海瑞克盾构、武汉大冶、中交天河、中铁装备、奥村、川崎、三菱、布依格、铁建重工等16种品牌盾构机。

5 结束语

本文开发的基于云平台数据采集系统，盾构数据接入平台速度快，所有的操作都通过编辑PLC地址表完成，可以满足不同品牌、不同类型的盾构设备数据接入要求。该系统使用云服务器集中管理离散客户端，将遍布全国各地的盾构机施工数据采集、发送到云数据库，为盾构集中化管控和大数据分析打下基础。接下来，将针对潜在的客服，根据不同客户的需求，实现个性化定制，提供数据采集外包服务。

参考文献（References）：

[1] 周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].中国建筑工业出版社，2004.

[2] 魏建华，宋德玉，陈林.掘进机上位机监控系统的研究及实现[J].煤炭学报，2004.29（4）：481-486

[3] 胡国良.组态技术及其在模拟盾构监控系统中的应用[J].机床与液压，2008.1：140-142

[4] 高勇.基于WinCC盾构刀盘远程监控系统设计[J].计算机工程应用技术，2011.18：4462-4464

[5] 赵炯，潘舒眉，胡玉俊等.基于以太网通信的盾构机数据采集系统[J].制造业自动化，2012.8：1-4

[6] 徐受天，蒲晓波.基于OPC的盾构地面数据采集和监视系统设计[J].隧道建设，2009.29（6）：674-677

[7] 潘爱民.COM原理与应用[M].清华大学出版社，2000.

[8] 柴凯，侯立刚，姜军银.OPC技术在工业过程控制中的應用研究[J].工业仪表与自动化装置，2005.3：70-72

[9] 陈刚，李刚，王志杰.盾构施工远程监控组态的开发和应用[J].计算机时代，2018.12：32-36