顶管减阻注浆无线远程控制系统

摘要

本发明涉及一种顶管减阻注浆无线远程控制系统，用于对顶管全程的注浆孔阀门执行器的开闭监测和控制，该系统具有一个安装在顶管机操作台附近并装有专用注浆系统程序的可编程控制器PLC的主站控制装置，置于进桨管的阀门上的多个与主站控制装置无线通讯的用以监控阀门执行器的从站控制装置，以及由主站控制装置和从站控制装置构成的基于LoRa远距离无线电技术的顶管减阻注浆无线远程控制系统。本发明为解决长距离顶管工程人工注浆方式效果较差、费工费力等诸多问题，使得顶管减阻注浆无线远程控制技术可以在顶管工程中，尤其是长距离顶管复杂地质工况下得到进一步的应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种顶管施工、无线远程控制、顶管减阻注浆压浆系统，尤其涉及一种顶管减阻注浆无线远程控制系统。

背景技术

顶管施工是一种用于市政工程的非开挖施工技术，顶管施工过程中全程触变泥浆同步注浆是顶管减少摩阻力的重要工艺，泥浆的主要作用是支撑和润滑。由于顶管机械略大于管段外径，穿越土体后产生的空隙需要泥浆来填充弥补，所以顶管施工工程中必须采用注浆减阻，随着顶管距离的加长，传统人工方式注浆质量难以保证，需要大量劳动力且劳动强度较大，为解决这些问题及弊端，必须引入自动化技术，优化注浆工艺来提高注浆质量。

发明内容

本发明的目的是提供一种顶管减阻注浆无线远程控制系统，以解决上述一系列问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种顶管减阻注浆无线远程控制系统，用于对顶管全程的注浆孔阀门执行器的开闭监测和控制，该系统具有一个安装在顶管机操作台附近并装有专用注浆系统程序的可编程控制器PLC的主站控制装置，置于进桨管的阀门上的多个与主站控制装置无线通讯的用以监控阀门执行器的从站控制装置，以及由主站控制装置和从站控制装置构成的基于LoRa远距离无线电技术的顶管减阻注浆无线远程控制系统。

进一步，所述主站控制装置由安装于一个小型控制柜内的电源模块、可编程控制器PLC、触摸屏人机界面HMI、远距离无线电LoRa模块及外置增益天线组成，所述电源模块给可编程控制器PLC、触摸屏人机界面HMI和远距离无线电LoRa模块供电，所述可编程控制器PLC与触摸屏人机界面HMI采用通讯线连接，所述可编程控制器PLC配有RS485通讯接口，并通过双绞线连接到远距离无线电LoRa模块的485接口，由远距离无线电LoRa模块通过外置增益天线对外收发无线电信号。

进一步，所述可编程控制器PLC编译有专用的顶管减阻注浆系统程序，所述触摸屏人机界面HMI组态有专用的顶管减阻注浆系统人机界面。

进一步，每个所述从站控制装置与对应的注浆孔阀门执行器相连接，所述从站控制装置由装于一个小型控制盒内的电源模块、远程终端单元RTU、远距离无线电LoRa模块及外置增益天线组成，所述远距离无线电LoRa模块通过外置增益天线接收主站控制装置发送至从站控制装置的指令信号，并通过远程终端单元RTU控制连接注浆阀门及执行器，由远程终端单元RTU通过执行器驱动注浆阀门开闭动作，并监测其开闭状态。

进一步，所述从站控制装置通过远距离无线电LoRa模块和外置增益天线将执行后的反馈数据信号发射回主站控制装置。

进一步，每个所述远程终端单元RTU3具有唯一地址和RS485通讯接口。

进一步，所述远距离无线电LoRa模块芯片集成至远程终端单元RTU中。

本发明的有益效果是：

本发明仅有的主站控制装置采用可编程控制器PLC作为控制核心，通过LoRa远距离无线电技术，发射无线电信号至各从站装置，对应从站装置接收到指令后执行，驱动阀门执行器动作，并反馈状态数据发射回主站，完成主从站之间的数据通讯交换，结合顶管减阻注浆工艺设计PLC控制系统，并以友好的人机界面呈现出来，实现顶管减阻注浆动作的分散控制和集中监控。

因此，本发明同现有技术相比，其优点在于：部署快捷，布线简单，灵活扩展，一键操作，精准控制，自动化程度高；数据实时记录，故障快速诊断，方便分析处理决策，大大提高系统稳定性和可靠性；能极大的减少劳动力，减轻劳动强度，提高顶管减阻注浆质量，提升顶管施工效率。

附图说明

图1是本发明的顶管减阻注浆无线远程控制系统的结构示意图；

图中：1、从站控制装置；2、电源模块；3、远程终端单元RTU；4、电气连接线；5、远距离无线电LoRa模块；6、外置增益天线；7、电源进线接口；8、阀门控制线接口；11、注浆总管；12、注浆阀门及执行器；13、注浆支管及注浆孔；21、主站控制装置；22、触摸屏人机界面HMI；23、可编程控制器PLC。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

本着集中监测、分散控制的原则，根据顶管减阻注浆工艺，如图1所示，本发明设计一种顶管减阻注浆无线远程控制系统，用于对顶管全程的注浆孔阀门执行器的开闭监测和控制，包括一个安装在顶管机操作台附近并装有专用注浆系统程序的可编程控制器PLC的主站控制装置21，置于进桨管的阀门上的多个与主站无线通讯的用以监控阀门执行器的从站控制装置1，以及由主站控制装置21和从站控制装置1构成的基于LoRa远距离无线电技术的顶管减阻注浆无线远程控制系统。

其中主站控制装置21仅为一个，由电源模块2、可编程控制器PLC23、触摸屏人机界面HMI22、远距离无线电LoRa模块5及外置增益天线6等组成，将这些硬件安装于一个小型控制柜内，可作为系统操作台使用。电源模块2给可编程控制器PLC23、触摸屏人机界面HMI22和远距离无线电LoRa模块5供电，可编程控制器PLC23与触摸屏人机界面HMI22采用通讯线连接可编程控制器PLC23编译有专用的顶管减阻注浆系统程序，触摸屏人机界面HMI22组态有专用的顶管减阻注浆系统人机界面。可编程控制器PLC23配有RS485通讯接口，用双绞线连接到远距离无线电LoRa模块5的485接口，通过外置增益天线6对外收发无线电信号。

从站控制装置1则有很多个，理论上最多255个，从站控制装置1和注浆孔阀门执行器12一一对应。由电源模块2、远程终端单元RTU3、远距离无线电LoRa模块5及外置增益天线6等组成，将这些硬件封装于一个小型控制盒内，外壳上留有电源进线、执行器控制线和天线的三个快速接插件接口。每个远程终端单元RTU3具有唯一地址，支持RS485通讯，将远距离无线电LoRa模块5芯片集成至远程终端单元RTU3中，通过外置增益天线6接收主站控制装置21发送至从站控制装置1的指令信号，执行后再将反馈数据信号发射回主站控制装置21。通过定制线缆连上阀门电动执行器，驱动注浆阀门开闭动作，并监测其开闭状态。

本发明由主站控制装置21和很多个从站控制装置1构成控制系统，基于LoRa远距离无线电技术以及RS485现场总线协议构建系统通信网络，配合通信中继器可满足长距离顶管全程注浆控制需要。主站的PLC和HMI有专门开发的顶管减阻注浆系统程序和界面，可实现数据实时监测、阀门开闭控制、参数设置、预警报警、故障诊断和数据记录等功能，由此形成一个顶管减阻注浆无线远程控制系统。

本发明的主站控制装置21与从站控制装置1之间基于LoRa远距离无线电技术进行通讯；从站高度集成化为专用的顶管减阻注浆无线远程控制装置。

本实施例提供一种顶管减阻注浆无线远程控制系统，用于顶管全程所有注浆孔阀门执行器的开闭监测和控制，最大控制数量为255个,从前到后依次编号为F001-F255。

顶管工程中大概每隔一二十米距离布置一环注浆孔，每一环上有多个注浆孔单向阀，用1寸左右的注浆支管13并联连接起来，然后安装1个带电动执行器的注浆阀门12，再接入2寸左右的注浆总管11。

在顶管机操作台附近安装固定主站控制装置21，随着顶管掘进距离的加长，不断地在后方延伸注浆总管11，加装注浆孔及注浆阀门，在阀门位置就近安装固定从站控制装置1。主从站装置外壳上都留有3个外接口，阀门控制线接口8通过预制接插件线缆连接到注浆阀门执行器12，电源进线接口7采用三芯线接入电源总线，安装外置增益天线6并调节好角度，主从站之间再无其他连接线缆，即完成主从站控制装置的快速安装部署。

主站配有可编程控制器PLC23和触摸屏人机界面HMI22，可作为所述控制系统的操作台，可以实时监控顶管全程注浆孔阀门的开闭状态，下发指令至各个从站，联动控制注浆阀门执行器的开闭动作,还可实现数据监测、参数设置、预警报警、故障诊断和数据记录等功能。

控制流程大致如下：顶管施工开始顶进时，先开启阀门F001和F002，顶管最前面的阀门F001始终保持开启状态，当到达设定时间时，往后开启阀门F003，同时关闭阀门F002，依次类推，到时开启后面的阀门FN并关闭阀门FN-1，直到最后一个阀门FN开启到达设定时间后，关闭所有阀门以及注浆泵，即完成一遍完整的注浆流程。注浆过程中也可人工禁用某些阀门，直接跳过，避开一些无需注浆的区域。通过调节参数可以自由设定注浆的动作逻辑顺序，实现注浆全程的联动控制，除了自动模式外也可手动进行单独控制，另外还可结合注浆管路的多处压力表及流量计等传感器数据，实现全程智能化的控制。