局域網(wǎng)盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)管理系統(tǒng)研究

李才洪，李恒，何海波，陳文菊，周鴻雛

（中鐵工程服務(wù)有限公司設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610083）

隨著基礎(chǔ)建設(shè)和地下空間開發(fā)的大力推進(jìn)，采用盾構(gòu)法進(jìn)行隧道施工的工程量逐年增加，但由于盾構(gòu)機(jī)價(jià)格昂貴，施工企業(yè)越來(lái)越多地采用租賃盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工的業(yè)務(wù)模式。雖然采用租賃盾構(gòu)機(jī)的業(yè)務(wù)模式能夠使施工方最大化地降低工程施工成本，但就產(chǎn)權(quán)方來(lái)講，這種業(yè)務(wù)模式在實(shí)施中還存在許多問題，尤其是在施工方違反合同約定使用盾構(gòu)機(jī)時(shí)，產(chǎn)權(quán)方極度缺乏行之有效的限制手段和措施。

目前解決上述情況的方式主要有2種：（1）通過(guò)硬件手段來(lái)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的使用授權(quán)管理，如拔取盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)程序存儲(chǔ)卡或收取拼裝機(jī)無(wú)線遙控器，但采用該方式需要派遣人員前去盾構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)拔取程序存儲(chǔ)卡或收取遙控器，容易引起與盾構(gòu)機(jī)租賃方的沖突，不利于工作進(jìn)展；（2）通過(guò)軟件手段，比如更換盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)上位機(jī)操作界面的授權(quán)文件來(lái)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)的管理，但這種方式所更換的使用授權(quán)文件只能設(shè)定固定的使用授權(quán)時(shí)間，若需要修改授權(quán)時(shí)間，需要專業(yè)的技術(shù)人員到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修改并更換授權(quán)文件，不能根據(jù)實(shí)際要求靈活設(shè)定授權(quán)時(shí)間，且存在授權(quán)文件泄密的危險(xiǎn)。基于此設(shè)計(jì)了一套盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

本盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D與盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，分別如圖1和圖2所示，由圖中可看出本盾構(gòu)機(jī)地授權(quán)管理系統(tǒng)主要包括3部分：（1）盾構(gòu)機(jī)控制單元、地下授權(quán)終端、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；（2）光端機(jī)（地下）、光端機(jī)（地上）、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、地面授權(quán)終端；（3）遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)或手機(jī)終端，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)與盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)基本一致。

由于盾構(gòu)機(jī)的控制單元是盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行的控制中樞，所有的控制指令都會(huì)匯集到控制單元，并由控制單元對(duì)輸入的控制指令進(jìn)行邏輯判斷后發(fā)出相應(yīng)的動(dòng)作指令，要實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的使用授權(quán)管理，必須能夠?qū)崿F(xiàn)授權(quán)管理系統(tǒng)與控制單元之間的數(shù)據(jù)通訊，由于本系統(tǒng)與盾構(gòu)機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠疽恢拢虼四軌蚺c控制系統(tǒng)共用硬件，并采用與控制系統(tǒng)相同的通訊協(xié)議，比如TCP/IP協(xié)議或者OPC協(xié)議，以便于與控制系統(tǒng)更好的兼容以及減少硬件投入以降低成本。

2 系統(tǒng)構(gòu)成以及實(shí)現(xiàn)方法

本系統(tǒng)主要需要解決的是采用現(xiàn)有授權(quán)方式不能靈活設(shè)定盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)時(shí)間的技術(shù)問題，要求能夠靈活設(shè)定使用授權(quán)時(shí)間，幫助產(chǎn)權(quán)方快捷、安全、有效地管控盾構(gòu)機(jī)，為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本系統(tǒng)采用了如下技術(shù)方案。

圖1 使用授權(quán)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

圖2 控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D

盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)管理系統(tǒng)包括：授權(quán)終端（包括地下授權(quán)終端和地面授權(quán)終端）、權(quán)限判定模塊、計(jì)時(shí)模塊、時(shí)間判定模塊、控制模塊和報(bào)警模塊。

授權(quán)終端包括地下授權(quán)終端和地面授權(quán)終端，分別設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)操作單元（如工控機(jī)）和地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)，通過(guò)組態(tài)軟件或自主編程開發(fā)兩種方式開發(fā)授權(quán)終端軟件，可根據(jù)實(shí)際情況選擇實(shí)現(xiàn)方式。授權(quán)終端中設(shè)置有第一密匙，用于登錄授權(quán)終端。

權(quán)限判定模塊設(shè)置于授權(quán)終端，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)，用于判定操作人員是否具備登錄授權(quán)終端和進(jìn)行授權(quán)操作的權(quán)限，權(quán)限判定模塊比對(duì)操作人員輸入的密匙和授權(quán)終端中設(shè)置的第一密匙，其輸入的密匙與第一密匙相同的則可登錄授權(quán)終端。另外在所述授權(quán)終端中還設(shè)置有第二密匙，當(dāng)操作人員輸入授權(quán)時(shí)間后，需再次輸入密匙，權(quán)限判定模塊比對(duì)操作人員輸入的密匙是否正確，若正確則輸入的授權(quán)時(shí)間有效；反之輸入的授權(quán)時(shí)間無(wú)效。

計(jì)時(shí)模塊設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)的控制單元，通過(guò)編程的方式直接將計(jì)時(shí)模塊嵌入到控制程序中，用于存儲(chǔ)授權(quán)終端中操作人員輸入的授權(quán)時(shí)間，并且基于設(shè)置的授權(quán)時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。授權(quán)時(shí)間倒計(jì)時(shí)有2種方式可以實(shí)現(xiàn)，2種方式各有優(yōu)劣。第一是通過(guò)讀取控制單元或操作單元的系統(tǒng)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，但是該方式的倒計(jì)時(shí)功能受到系統(tǒng)時(shí)間的影響，可靠性和安全性不高；第二是通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，倒計(jì)時(shí)的時(shí)間存儲(chǔ)于控制單元中，不受系統(tǒng)時(shí)間異常變化的影響，但是可通過(guò)停止運(yùn)行盾構(gòu)機(jī)控制單元來(lái)暫停倒計(jì)時(shí)。在盾構(gòu)機(jī)使用過(guò)程中，控制單元若停止運(yùn)行將影響施工安全，一般都必須處于通電運(yùn)行狀態(tài)，長(zhǎng)時(shí)間停止的可能性非常小，因此本系統(tǒng)采用了第一種方式。

時(shí)間判定模塊設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)的控制單元，通過(guò)編程的方式直接將時(shí)間判定模塊嵌入到控制程序中，用于采集計(jì)時(shí)模塊中剩余的授權(quán)時(shí)間，并與預(yù)設(shè)的盾構(gòu)機(jī)停止時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，若剩余授權(quán)時(shí)間大于預(yù)設(shè)的盾構(gòu)機(jī)停止時(shí)間，則生成推進(jìn)功能使能信號(hào)；若剩余的授權(quán)時(shí)間小于或等于預(yù)設(shè)的盾構(gòu)機(jī)停止時(shí)間，則不生成推進(jìn)功能使能信號(hào)，這個(gè)推進(jìn)功能使能信號(hào)將在控制模塊中作為盾構(gòu)機(jī)地推進(jìn)功能啟動(dòng)的必要條件。

控制模塊設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)的控制單元，通過(guò)編程的方式直接將控制模塊嵌入到控制程序中，控制模塊采集時(shí)間判定模塊是否發(fā)出盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)功能使能信號(hào)，若采集到使能信號(hào)，則允許啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)功能。若未采集到使能信號(hào)，則盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)功能無(wú)法啟用。

報(bào)警模塊設(shè)置于盾構(gòu)機(jī)的控制單元，通過(guò)編程的方式直接將報(bào)警模塊嵌入到控制程序中，報(bào)警模塊中預(yù)設(shè)有第一預(yù)警時(shí)間，報(bào)警模塊通過(guò)采集計(jì)時(shí)模塊中剩余的授權(quán)時(shí)間與預(yù)設(shè)的第一預(yù)警時(shí)間進(jìn)行比對(duì)，若剩余的授權(quán)時(shí)間小于或等于預(yù)設(shè)的第一預(yù)警時(shí)間，則報(bào)警模塊持續(xù)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，提醒租賃方所剩余的授權(quán)時(shí)間，直至所剩余的授權(quán)時(shí)間大于預(yù)設(shè)的第一預(yù)警時(shí)間或者授權(quán)時(shí)間用盡時(shí)發(fā)出停止報(bào)警。報(bào)警模塊中還設(shè)置有第二預(yù)警時(shí)間即盾構(gòu)機(jī)停止時(shí)間，所述報(bào)警模塊比對(duì)剩余的授權(quán)時(shí)間與預(yù)設(shè)的第二預(yù)警時(shí)間，所述剩余的授權(quán)時(shí)間小于或等于第二預(yù)警時(shí)間的，則報(bào)警模塊報(bào)警，提醒客戶盾構(gòu)機(jī)授權(quán)時(shí)間用盡以及推進(jìn)功能已禁止。

本盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)管理系統(tǒng)既可在現(xiàn)場(chǎng)輸入密匙登錄地下授權(quán)終端或者地面授權(quán)終端對(duì)盾構(gòu)機(jī)的使用授權(quán)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，完成盾構(gòu)機(jī)的使用授權(quán)，也可通過(guò)遠(yuǎn)程方式對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行授權(quán)，即使用手機(jī)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)終端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程連接地面授權(quán)終端，輸入密碼進(jìn)入地面授權(quán)終端中對(duì)盾構(gòu)機(jī)的使用授權(quán)時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，從而完成對(duì)盾構(gòu)機(jī)的使用授權(quán)。

在地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)、手機(jī)和遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上均設(shè)置有遠(yuǎn)程協(xié)助終端，比如TeamViewer、向日葵等軟件，將地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)上安裝的遠(yuǎn)程協(xié)助終端按照軟件要求設(shè)置，將會(huì)生成一個(gè)唯一賬戶和相對(duì)應(yīng)的密碼。通過(guò)在手機(jī)或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上的遠(yuǎn)程協(xié)助終端輸入地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程協(xié)助終端的賬戶和密碼，向地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)起遠(yuǎn)程操控請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)對(duì)地面監(jiān)控計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程操控，即可登錄地面授權(quán)終端，完成對(duì)盾構(gòu)機(jī)的使用授權(quán)。

3 系統(tǒng)授權(quán)流程

本盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)管理系統(tǒng)的授權(quán)流程如圖3所示，從圖中可以清楚地看出本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)管理的全過(guò)程。

圖3 授權(quán)流程示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

本盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)管理系統(tǒng)通過(guò)設(shè)置盾構(gòu)機(jī)的授權(quán)使用時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)機(jī)的使用授權(quán)管理功能，有效地加強(qiáng)了產(chǎn)權(quán)方對(duì)盾構(gòu)機(jī)的管控能力，幫助產(chǎn)權(quán)方規(guī)避盾構(gòu)機(jī)租賃方違背合同約定使用盾構(gòu)機(jī)的行為。另外為了避免盾構(gòu)機(jī)因?yàn)槭褂檬跈?quán)時(shí)間用盡突然停機(jī)影響施工進(jìn)度，本系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)顯示剩余授權(quán)時(shí)間，還特意設(shè)置了使用時(shí)間不足預(yù)警以提醒操作人員。為了最大程度的保障設(shè)備和施工的安全，本授權(quán)管理系統(tǒng)在使用授權(quán)時(shí)間用盡需要停止盾構(gòu)機(jī)時(shí)，采用的方式是僅限制盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)功能的使用，盾構(gòu)機(jī)的其他所有功能均可正常使用，因此，該盾構(gòu)機(jī)使用授權(quán)管理系統(tǒng)具有極大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。目前本系統(tǒng)已成功在多臺(tái)盾構(gòu)機(jī)上得到了實(shí)際應(yīng)用，取得了非常好的應(yīng)用效果。