基于SCADA系統的盾構機施工遠程數據采集

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 概述

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統，即數據采集與監視控制系統[1]，是對分布距離遠，生產單位分散的生產系統的一種數據采集、監視和控制系統[2]。它可以對現場的運行設備進行監視和控制，以實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等各項功能。

利用基于SCADA系統的組態軟件對盾構機運行數據進行采集、分析以達到集中監控、遠程分析、專家把關等目的，對于盾構施工質量過程控制具有較積極的意義。

2 系統原理

系統利用盾構機原有三菱PLC作為數據源，通過A1SJ71UC24通訊模塊以RS232方式傳送到控制室PC，用組態軟件進行數據顯示[3]。與地面PC通信采用一對SDSL點對點方式傳輸數據，傳輸線為屏蔽雙絞線，速率0.128～2 MB/s，傳輸距離8 km，保證地面PC能夠進行盾構機數據的實時監視。

然后利用地面PC作為Web發布服務器，開放相關端口、綁定IP地址、進行域名解析。把盾構數據以網頁的方式發布到Internet。公司總部鍵入域名、用戶名、密碼就可以實施盾構運行數據的遠程監控。同時施工現場局域網內PC也能實時觀測到盾構數據（圖1）。

該系統目前已通過3 臺盾構機共8 km左右的實際使用。該系統主要利用組態軟件的組態來完成盾構機各項數據的采集，并通過一對SDSL傳送到地面辦公室，使得施工人員在現場辦公室能夠實時觀測到盾構機的運行狀況[4]。傳輸距離在8 km以內。該系統共采集逾500 個實時數據，幾乎涵蓋了盾構機所有的驅動輸出、信號反饋、技術參數。目前，該系統已經完成了Web發布，可以在網絡上實時監視盾構機各項運行數據，達到了真正意義上的遠程異地監控。

圖1 盾構機遠程數據采集網絡

3 數據采集服務器與PLC之間的通訊[1-4]

數據采集服務器與PLC之間的雙向通訊通過SCADA軟件建立通訊數據庫，以DDE方式進行實時數據傳輸。PLC連接模塊采用串口通信模塊，服務器采用RS232串口與PLC建立通信連接。通信格式：波特率9 600、數據位8、停止位1、偶校驗。然后在數據庫中建立需要監控的變量名稱、地址等。如圖2所示。

圖2 數據采集服務器與PLC之間的雙向通訊

在數據庫中變量的建立需設置一個唯一的名稱與變量地址相對應，并設置顯示真值與原始值之間的比例關系、采集頻率等。

4 數據采集服務器與Web服務器之間的通訊

數據采集服務器與Web服務器之間的通訊采用SDSL路由器點對點通信模式，能在一對銅纜上傳輸最高2.304 Mbps的V.35信號而在7 km內不需要中繼器，誤碼率不超過10－7。 通過高速數據接口10 Base T方式，一部客戶端單機式SHDSL 經由一對銅纜連接到另一端單機式局端SHDSL，以達到雙向對稱式傳輸。需要注意的是一對SDSL路由器必須設置好主從關系。采用Web瀏覽器方式配置時，數據采集服務器、Web發布服務器PC和路由器的IP地址必須在同一網段上，并且子網掩碼相同。

系統框圖如圖3所示。

圖3 數據采集服務器與Web服務器之間的通訊

5 Web服務器的畫面、數據發布

Web服務器采用雙網卡配置，首先在網絡設置上完成廣域網的配置并且能夠正常登錄廣域網。然后進入路由器完成MAC地址的綁定，端口的映射。在Web服務器上安裝動態域名解析軟件，完成域名的指向設定。其中IP地址與默認網關必須在同一網段。

系統框圖如圖4所示。

該系統共有15 個主畫面、70 個窗口畫面，這里不做一一介紹。

圖4 服務器數據的發布

6 系統特點

由于該系統監控數據量大，幾乎涵蓋了盾構機的所有運行數據及I/O端口狀態，保證了技術人員能夠全方位了解和分析數據。

系統嵌入了液壓回路的圖紙、刀盤主回路的電氣圖，各閥件、電氣部件的運行狀況一目了然，特別是在報警畫面嵌入了幫助畫面，針對某一故障現象提供維修參考，為盾構機維修人員提供了快捷的修理方法，保證了盾構機的運行可靠性。

系統加入了1 min報表顯示、歷史報表查詢，報表數據采集1 組/min，具有連貫性的特點，便于數據正確分析。

加入1 s實時曲線顯示，歷史曲線查詢，最大值、最小值、平均值自動計算，橫向游標，縱向比例縮放，數據分析比較直觀。

實現了Web發布，為遠程診斷設備故障、分析運行參數帶來可能，對項目部施工質量的集中監控提供平臺。

7 結語

該系統已經通過3 臺盾構機共8 km左右掘進里程的調試運行。運行狀況較為穩定。但是還存在不足之處：由于軟件的限制，在Internet沒有實現報表、曲線的遠程實時顯示，需要今后逐步克服解決。1 根網線只能發布1 臺盾構機的數據，擬定今后考慮使用無線3G網絡或GPRS來解決上述問題。由于數據量較大，帶來顯示延時的問題，也需要逐步解決?？傊?，系統還需要不斷地完善，為盾構施工的集中監控、掌控盾構機施工質量起到更大作用。