基于SCADA系统的盾构机施工远程数据采集

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

1 概述

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统[1]，是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统[2]。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。

利用基于SCADA系统的组态软件对盾构机运行数据进行采集、分析以达到集中监控、远程分析、专家把关等目的，对于盾构施工质量过程控制具有较积极的意义。

2 系统原理

系统利用盾构机原有三菱PLC作为数据源，通过A1SJ71UC24通讯模块以RS232方式传送到控制室PC，用组态软件进行数据显示[3]。与地面PC通信采用一对SDSL点对点方式传输数据，传输线为屏蔽双绞线，速率0.128～2 MB/s，传输距离8 km，保证地面PC能够进行盾构机数据的实时监视。

然后利用地面PC作为Web发布服务器，开放相关端口、绑定IP地址、进行域名解析。把盾构数据以网页的方式发布到Internet。公司总部键入域名、用户名、密码就可以实施盾构运行数据的远程监控。同时施工现场局域网内PC也能实时观测到盾构数据（图1）。

该系统目前已通过3 台盾构机共8 km左右的实际使用。该系统主要利用组态软件的组态来完成盾构机各项数据的采集，并通过一对SDSL传送到地面办公室，使得施工人员在现场办公室能够实时观测到盾构机的运行状况[4]。传输距离在8 km以内。该系统共采集逾500 个实时数据，几乎涵盖了盾构机所有的驱动输出、信号反馈、技术参数。目前，该系统已经完成了Web发布，可以在网络上实时监视盾构机各项运行数据，达到了真正意义上的远程异地监控。

图1 盾构机远程数据采集网络

3 数据采集服务器与PLC之间的通讯[1-4]

数据采集服务器与PLC之间的双向通讯通过SCADA软件建立通讯数据库，以DDE方式进行实时数据传输。PLC连接模块采用串口通信模块，服务器采用RS232串口与PLC建立通信连接。通信格式：波特率9 600、数据位8、停止位1、偶校验。然后在数据库中建立需要监控的变量名称、地址等。如图2所示。

图2 数据采集服务器与PLC之间的双向通讯

在数据库中变量的建立需设置一个唯一的名称与变量地址相对应，并设置显示真值与原始值之间的比例关系、采集频率等。

4 数据采集服务器与Web服务器之间的通讯

数据采集服务器与Web服务器之间的通讯采用SDSL路由器点对点通信模式，能在一对铜缆上传输最高2.304 Mbps的V.35信号而在7 km内不需要中继器，误码率不超过10－7。 通过高速数据接口10 Base T方式，一部客户端单机式SHDSL 经由一对铜缆连接到另一端单机式局端SHDSL，以达到双向对称式传输。需要注意的是一对SDSL路由器必须设置好主从关系。采用Web浏览器方式配置时，数据采集服务器、Web发布服务器PC和路由器的IP地址必须在同一网段上，并且子网掩码相同。

系统框图如图3所示。

图3 数据采集服务器与Web服务器之间的通讯

5 Web服务器的画面、数据发布

Web服务器采用双网卡配置，首先在网络设置上完成广域网的配置并且能够正常登录广域网。然后进入路由器完成MAC地址的绑定，端口的映射。在Web服务器上安装动态域名解析软件，完成域名的指向设定。其中IP地址与默认网关必须在同一网段。

系统框图如图4所示。

该系统共有15 个主画面、70 个窗口画面，这里不做一一介绍。

图4 服务器数据的发布

6 系统特点

由于该系统监控数据量大，几乎涵盖了盾构机的所有运行数据及I/O端口状态，保证了技术人员能够全方位了解和分析数据。

系统嵌入了液压回路的图纸、刀盘主回路的电气图，各阀件、电气部件的运行状况一目了然，特别是在报警画面嵌入了帮助画面，针对某一故障现象提供维修参考，为盾构机维修人员提供了快捷的修理方法，保证了盾构机的运行可靠性。

系统加入了1 min报表显示、历史报表查询，报表数据采集1 组/min，具有连贯性的特点，便于数据正确分析。

加入1 s实时曲线显示，历史曲线查询，最大值、最小值、平均值自动计算，横向游标，纵向比例缩放，数据分析比较直观。

实现了Web发布，为远程诊断设备故障、分析运行参数带来可能，对项目部施工质量的集中监控提供平台。

7 结语

该系统已经通过3 台盾构机共8 km左右掘进里程的调试运行。运行状况较为稳定。但是还存在不足之处：由于软件的限制，在Internet没有实现报表、曲线的远程实时显示，需要今后逐步克服解决。1 根网线只能发布1 台盾构机的数据，拟定今后考虑使用无线3G网络或GPRS来解决上述问题。由于数据量较大，带来显示延时的问题，也需要逐步解决。总之，系统还需要不断地完善，为盾构施工的集中监控、掌控盾构机施工质量起到更大作用。