[發明專利]一種隧道掘進機異常狀況預警系統及方法

在審

• 申請號: 202211180233.5
• 申請日: 2022-09-27
• 公開（公告）號: CN115596462A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 任穎瑩;王國安;鄧乾旺;鄭聯偉;康祖瑋;江南;高會中;陳瑞祥;羅文;楊紅永;魏軍濤;段培培;張衛科;李彥青;王念;汪良
• 申請（專利權）人: 中鐵隧道局集團有限公司;盾構及掘進技術國家重點實驗室;廣東珠三角城際軌道交通有限公司
• 主分類號: E21D9/093
• 分類號: E21D9/093;E21D9/087;E21D9/00;G08B19/00;G08B21/18
• 代理公司: 鄭州浩翔專利代理事務所(特殊普通合伙) 41149
• 代理人: 牛雪姣

1.一種隧道掘進機異常狀況預警系統，包括數據采集終端、顯示終端、大數據服務器和web服務器，其特征在于：還包括在線狀態監測模塊、參數異常預警模塊、姿態異常預警模塊、異常事件預警模塊、部件異常預警模塊和狀態異常預警模塊，所述在線狀態監測模塊針對不同類型的隧道掘進機建立對應的運行狀態監測界面，并能夠根據裝備實際情況對界面進行動態調整，通過界面實時展示采集的關鍵運行參數；所述參數異常預警模塊針對每個參數設置對應的基準值、黃線值、紅線值，并存儲到大數據中心服務器內，可根據裝備情況和工程地質情況對閾值進行分段設置和修改，當參數達到黃線值或紅線值時，可以將相應的參數發送給用戶；所述姿態異常預警模塊根據掘進環境、地質情況設置紅色、黃色預警上下限，并存儲到大數據中心服務器內，當參數達到紅色或黃色上下限值時，可以將相應的參數發送給用戶；所述異常事件預警模塊基于歷史數據和實時數據，并根據專家經驗建立異常事件分析算法，自動識別隧道掘進機掘進過程中出現的掘進異常事件，并將相應的異常事件發送給用戶進行報警；所述部件異常預警模塊根據該部件的溫度、振動、電壓、電流等信號，經過機器學習算法，自動識別隧道掘進機關鍵部件的運行故障，統計設備歷史故障信息，并給用戶發送關鍵部件實時故障信息；所述狀態異常預警根據隧道掘進機的通訊狀態和工作狀態進行預警，當隧道掘進機通訊狀態斷線超過12個小時進行黃色預警，斷線超過24個小時可進行紅色預警；當隧道掘進機停機時間超過12個小時進行黃色預警；停機時間超過24個小時進行紅色預警。

2.根據權利要求1所述的一種隧道掘進機異常狀況預警系統，其特征在于：所述數據采集終端采集的實時數據通過PLC控制器基于OPC協議或文件系統進行本地數據緩存、預處理與轉發，所述預處理包括清洗、過濾和格式轉換。

3.根據權利要求2所述的一種隧道掘進機異常狀況預警系統，其特征在于：所述數據采集終端采集的實時數據通過網絡，采用VPN加密的傳輸方法，發送到大數據中心服務器，并經過數據解析存入大數據中心服務器的分布式數據庫內。

4.根據權利要求1所述的一種隧道掘進機異常狀況預警系統，其特征在于：所述參數異常預警模塊的預警參數包括推進速度、刀盤轉速、刀盤扭矩、總推進力、土倉壓力、進漿比重、進漿流量、排漿比重、排漿流量、盾尾間隙、出渣體積、主機振動幅值和盾尾密封壓力。

5.根據權利要求1所述的一種隧道掘進機異常狀況預警系統，其特征在于：所述姿態異常預警模塊的姿態參數包括切口水平偏差、切口高程偏差、盾尾水平偏差、盾尾高程偏差和滾動角。

6.根據權利要求1所述的一種隧道掘進機異常狀況預警系統，其特征在于：所述異常事件預警模塊的異常事件包括地層突變、刀具損壞、刀盤結泥餅、地層變硬、卡盾、卡刀盤、切刀參與破巖、出渣不順和艙內積渣。

7.根據權利要求1所述的一種隧道掘進機異常狀況預警系統，其特征在于：所述部件異常預警模塊的部件異常包括主軸承密封失效、部件磨損、主電機損壞、減速箱損壞、刀盤刀具磨損和液壓閥損壞。

8.一種隧道掘進機異常狀況預警方法，基于如權利要求3-7任一項所述的隧道掘進機異常狀況預警系統，其特征在于：包括以下步驟：

S1：數據采集

在隧道掘進機工程現場安裝數據采集終端，實時采集隧道掘進機裝備在運行過程中的關鍵參數，并通過PLC控制器基于OPC協議或文件系統進行本地數據緩存和預處理；

S2：數據存儲

將采集的實時數據通過網絡，采用VPN加密的傳輸方法，發送到大數據中心服務器儲存起來；

S3：分析計算

經過模型算法的計算分析，識別隧道掘進機運行過程中的異常信息和異常狀況；

S4：功能應用

進行計算分析結果的輸出和展示，通過web服務器與用戶進行信息通訊，為用戶提供隧道掘進機異常狀況的預警和報警，并且可以在對應的功能界面查看當前異常信息和歷史異常信息，包括在線狀態監測、參數異常預警、姿態異常預警、異常事件預警、部件異常預警和狀態異常預警。