专利名称：气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种用于检测技术领域的监控及维护系统，特别是一种气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统。
背景技术：
无人化气压沉箱工法基本原理是向沉箱下部的作业室内输送与地下水压力相当的压缩空气以阻止地下水渗入作业室，即利用压缩空气抑制地下水。作业时无人进箱，所有作业全部使用遥控机械完成，作业时间不受限制，挖掘效率高，施工安全可靠，该种工法还具有施工占用空间小、结构强度大、对周围环境影响小等优点，所以该种工法极具发展前景。
但是，沉箱施工设备众多，沉箱内高温、高压、湿度很大，环境恶劣，加之人在地面对沉箱内的设备遥控操作，对地下工作室内的情况判断往往不够准确，容易发生操作失误，所以设备极易损坏，设备维护的任务相当繁重，一旦设备突然出现问题，轻则停工，重则威胁沉箱的安全，甚至还会造成事故，带来经济损失。所以，沉箱施工设备的性能监控和维护已成为沉箱施工技术的一个重要方面。但是目前的设备监控方式是在设备出现了问题时才报警，维护也是等到设备出现了故障之后，再进行处理，这种监控和维护方式不仅效率低，而且也容易因设备出现故障而引发安全问题。
中国发明专利(申请号200410017705.0)提出了一种基于网络的彩色喷绘机智能维护系统，该种方法仅适用于对喷绘机的监控，且该种方法操作复杂，也不适用于工作环境条件恶劣的场合。日本发明专利(专利号62133216)公布了一种沉箱挖掘机维护的发明，该发明侧重对维修工人的保护。该发明也没有对包括挖掘机在内的施工设备性能状态进行在线监测，起不到预防的效果，不能保证沉箱施工的安全。因此研究一种施工设备监控及智能维护系统，实现对施工设备的在线性能监控，并进行智能维护，对提高沉箱施工效率，保证沉箱施工安全设备，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统。使得可以对设备的性能进行预测，当设备出现问题时，可以在现场或通过网络进行监控，以提前发现问题，及早采取维护措施，以避免因设备突然损坏而带来损失，提高施工设备的可靠性和施工的安全性。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括四个模块传感器信号采集处理模块、看门狗智能体预诊断模块、显示模块和网络信息处理模块，传感器信号采集处理模块采集安装在各台设备上的传感器信号，并将传感器信号作光电转换、模数转换处理，转换后的信号作为施工设备看门狗智能体预诊断模块中信号处理模块的信息输入，看门狗智能体预诊断模块的预测和评估的结果分两路送出，一路送到显示模块，另一路送到网络信息处理模块，显示模块从看门狗智能体预诊断模块中读取设备的性能状态信息，实时显示各台设备的状态信息，并可以根据用户的要求显示特定信息，网络信息模块从看门狗智能体预诊断模块中读取的设备性能状态信息，通过网络发送到服务器，服务器负责保存这些信息，以供用户通过网络进行设备的远程监控和维护。
所述的传感器信号采集处理模块包括五个子模块挖掘机传感器信号采集处理模块、密闭门传感器信号采集处理模块、皮带机传感器信号采集处理模块、卷扬机传感器信号采集处理模块、气阀组传感器信号采集处理模块。这五个子模块硬件均由数据采集卡、光电转换电路、模数转换路构成，且采用相同的工作模式，即分别从各自相连的传感器中采集信号，对采集的开关信号进行光电转换，对采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送到看门狗智能体预诊断模块中的信号处理模块。
所述的看门狗智能体预诊断模块包括信号处理模块和性能预测模块，信号处理模块对传感器信号采集处理模块送来的信号进行时频分析、降维、特征融合等预处理，预处理后的数据供性能预测模块使用，性能预测模块调用基于遗传算法的BP神经网络算法对各设备的性能进行评估和预测。预测和评估的结果送到显示模块和网络信息处理模块。性能预测模块由挖掘机性能预测模块、密闭门性能预测模块、皮带机性能预测模块、卷扬机性能预测模块、气阀组性能预测模块五个子模块组成，这五个子模块均采用基于遗传算法的BP神经网络对各设备的性能进行预测和评估。
所述的显示模块从看门狗智能体预诊断模块的性能预测模块中读取设备的性能状态信息，实时显示各台设备的状态信息，并可以根据用户的要求显示特定信息。显示模块响应用户的要求在界面上实时显示出各设备的性能状态。该模块软件采用.net技术，其结构为用户界面程序和后台数据处理程序两个部分，用户界面程序接收用户的输入，调用后台上台数据处理程序对数据处理后，实时显示设备的性能状态。
所述的网络信息模块包括无线通讯模块和服务器，无线通讯模块从性能预测模块中读取的设备性能状态信息，通过网络发送到服务器，服务器负责保存这些信息，以供用户通过网络进行设备的远程监控和维护。无线通讯模块主要由GPRS(通用分组无线业务)无线网卡构成，它负责将设备性能信息传送给服务器，服务器负责存储有关设备性能的重要信息和专家决策系统，设备的性能状态信息和从生产厂家得来的信息先存放到服务器上，其它重要的数据信息也可以根据需要发送到服务器上，例如挖掘机工作时间、气体流量的使用情况，提升缆绳使用情况，各设备故障发生情况等，这些数据都存储在相应数据库中，不断积累的数据信息可以进行统计分析，作为进一步提高预测准确性的依据。
本发明的系统通过对施工设备的性能退化的评估和预测，预防故障的发生，通过无线通讯技术，实现现场信息与服务器之间的网络互联。总体上来说实现了气压沉箱无人化施工设备远程监控和智能维护，保障了气压沉箱的施工安全，降低了维护费用，提高了生产效率，从而降低了生产成本，提高了企业竞争力。
图1本发明系统示意框图具体实施方式
如图1所示，本发明系统包括传感器信号采集处理模块、看门狗智能体预诊断模块、显示模块和网络信息处理模块，传感器信号采集模块从各传感器中采集信号，其输出与看门狗智能体中的信号处理模块相连；信号处理模块与各性能预测模块相连；各性能预测模块分别与显示模块和无线通讯模块相连；无线通讯模块通过网络与服务器相连。
1、传感器信号采集处理模块，传感器信号采集模块从各传感器中采集原始信号，进行处理，为看门狗智能体中的信号处理模块提供设备特征信号。该模块由挖掘机传感器信号采集处理模块、密闭门传感器信号采集处理模块、皮带机传感器号采集处理模块、卷扬机传感器信号采集处理模块、气阀组传感器信号采集处理模块组成。
a)挖掘机传感器信号采集处理模块与安装在挖掘机上的传感器相连，对采集到的传感器信号进行放大、模数转换等处理，送到看门狗智能体模块中的信号处理模块。
b)密闭门传感器信号采集处理模块与安装在密闭门上各传感器相连，对采集到的传感器信号进行处理，送到看门狗智能体中的信号处理模块。
c)皮带机传感器信号采集处理模块与安装在皮带机上的各传感器相连，对采集到的传感器信号进行处理，送到看门狗智能体中的信号处理模块。
d)卷扬机传感器信号采集处理模块与安装在卷扬机上的各传感器相连，对采集到的传感器信号进行处理，送到看门狗智能体中的信号处理模块。
e)气阀组传感器信息采集处理模块与安装在各气阀上的各传感器相连，对采集到的传感器信号进行处理，送到看门狗智能体中的信号处理模块。
2、看门狗智能体预诊断模块，该模块包括信号处理模块和设备性能预测模块，信号处理模块从传感器采集模块中读取有用信息，进行时频分析和降维处理，提取设备性能预测算法所需要的数据信息，供设备性能预测模块使用；设备性能预测模块调用相应的算法对设备的性能进行预测，并将预测结果送到显示模块和网络信息模块。设备性能预测模块包括挖掘机性能预测模块、密闭门性能预测模块、皮带机性能预测模块、卷扬机性能预测模块、气阀组性能预测模块。
a)挖掘机性能预测模块，从信号处理模块中读取数据，采用基于遗传算法的BP神经网络对挖掘机性能退化进行分析，得出挖掘机的性能退化状态参数。
b)密闭门性能预测模块，从信号处理模块中读取数据，采用基于遗传算法的BP神经网络对密闭门性能退化进行分析，得出密闭门的性能退化状态参数。
c)皮带机性能预测模块，从信号处理模块中读取数据，采用基于遗传算法的BP神经网络对皮带机性能退化进行分析，得出皮带机的性能退化状态参数。
d)卷扬机性能预测模块，从信号处理模块中读取数据，采用基于遗传算法的BP神经网络对卷扬机性能退化进行分析，得出卷扬机的性能退化状态参数。
e)气阀组性能预测模块，从信号处理模块中读取数据，采用基于遗传算法的BP神经网络对气阀组性能退化进行分析，得出气阀组的性能退化状态参数。
以上各参数分两路，一路送给显示模块；另一路送到无线通讯模块。
3、显示模块，显示模块采用.net技术，从看门狗智能体中的性能预测模块中读取各设备的状态参数，并在屏幕上显示出来，同时还要作为人机交互界面，响应用户的操作。
4、网络信息处理模块包括无线通讯模块和服务器，无线通讯模块从设备性能预测模块中得到的数据经过无线传输到服务器上，无线通讯模块由GPRS(通用分组无线业务)无线网卡构成，GPRS优点有无线传输(这一点对于施工工地这样的难以安装有线网络的地方尤其重要)、传输速率高、接入时间短、资源利用率高、费用低廉、随时随地永远在线。服务器负责存储有关设备性能的重要信息和专家决策系统，设备的性能状态信息和从生产厂家得来的信息先存放到服务器上，其它重要的数据信息也可以根据需要发送到服务器上，同时服务器还要接受用户的访问。
权利要求
1.一种气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统，其特征在于包括四个模块传感器信号采集处理模块、看门狗智能体预诊断模块、显示模块和网络信息处理模块；传感器信号采集处理模块采集安装在各台设备上的传感器信号，并将传感器信号作光电转换、模数转换处理，转换后的信号作为施工设备看门狗智能体预诊断模块中信号处理模块的信息输入，看门狗智能体预诊断模块的预测和评估的结果分两路送出，一路送到显示模块，另一路送到网络信息处理模块，显示模块从看门狗智能体预诊断模块中读取设备的性能状态信息，实时显示各台设备的状态信息，并可以根据用户的要求显示特定信息，网络信息模块从看门狗智能体预诊断模块中读取的设备性能状态信息，通过网络发送到服务器，服务器负责保存这些信息，以供用户通过网络进行设备的远程监控和维护。
2.如权利要求1中所述的气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统，其特征是，所述的传感器信号采集处理模块包括五个子模块挖掘机传感器信号采集处理模块、密闭门传感器信号采集处理模块、皮带机传感器信号采集处理模块、卷扬机传感器信号采集处理模块、气阀组传感器信号采集处理模块，五个子模块硬件均由数据采集卡、光电转换电路、模数转换路构成，且采用相同的工作模式，即分别从各自相连的传感器中采集信号，对采集的开关信号进行光电转换，对采集的模拟信号进行模数转换，转换后的信号送到看门狗智能体预诊断模块中的信号处理模块。
3.如权利要求1中所述的气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统，其特征是，所述的看门狗智能体预诊断模块包括信号处理模块和性能预测模块，信号处理模块对传感器信号采集处理模块送来的信号进行时频分析、降维、特征融合等预处理，预处理后的数据供性能预测模块使用，性能预测模块调用基于遗传算法的BP神经网络算法对各设备的性能进行评估和预测。
4.如权利要求1或者3中所述的气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统，其特征在于，性能预测模块由挖掘机性能预测模块、密闭门性能预测模块、皮带机性能预测模块、卷扬机性能预测模块、气阀组性能预测模块五个模块组成，这五个子模块均采用基于遗传算法的BP神经网络对各设备的性能进行预测和评估。
5.如权利要求1中所述的气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统，其特征是，所述的显示模块从看门狗智能体预诊断模块的性能预测模块中读取设备的性能状态信息，实时显示各台设备的状态信息，并可以根据用户的要求显示特定信息。显示模块响应用户的要求在界面上实时显示出各设备的性能状态。
6.如权利要求1中所述的气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统，其特征是，所述的网络信息模块包括无线通讯模块和服务器，无线通讯模块从性能预测模块中读取的设备性能状态信息，通过网络发送到服务器，服务器负责保存这些信息，以供用户通过网络进行设备的远程监控和维护。
全文摘要
一种气压沉箱无人化施工设备远程监控及维护系统，传感器信号采集处理模块采集传感器信号作光电转换、模数转换处理，转换后的信号作为施工设备看门狗智能体预诊断模块中信号处理模块的信息输入，预测和评估的结果一路送到显示模块，另一路送到网络信息处理模块，显示模块读取设备的性能状态信息，实时显示各台设备的状态信息，并根据特定信息，网络信息模块从看门狗智能体预诊断模块中读取的设备性能状态信息，通过网络发送到服务器，服务器负责保存这些信息，以供用户通过网络进行设备的远程监控和维护。本发明通过对设备性能进行评估和预测，来预防故障突然发生给沉箱施工带来损失，并通过网络实现设备的远程监控和智能维护。
文档编号H04L12/00GK1670314SQ200510025059
公开日2005年9月21日 申请日期2005年4月14日 优先权日2005年4月14日
发明者曹其新, 李宝顺, 赵言正, 付庄, 王俭坤 申请人:上海交通大学