[发明专利]大型沉井施工全过程智能控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种大型沉井施工全过程智能控制系统，其特征在于，包括：实时信息采集模块、数据处理模块、综合预警模块、智能决策模块、PLC设备控制模块和控制系统客户端；所述实时信息采集模块和PLC设备控制模块安装于沉井结构上；所述数据处理模块、综合预警模块、智能决策模块均集成于集成服务器上；

所述实时信息采集模块，用于自动采集沉井结构实时数据，并通过无线方式传输到集成服务器；

所述数据处理模块，用于将实时采集的沉井结构实时数据进行滤波、结构化处理与存储，并将处理后的数据载入到沉井有限元计算模型中，根据实际参数状态对模型进行更新，通过自动计算后将沉井结构各类参数分类整理；

所述综合预警模块，用于根据当前沉井施工阶段、实时数据计算结果与评估指标动态调整预警阈值，对超限数据监测项目通过控制系统客户端进行警报推送，记录当前超限数据监测项目与偏移量；

所述智能决策模块，用于根据当前沉井施工阶段、超限数据监测项目与偏移量完成一系列逻辑分析并自动得出控制指令，用于控制设备对沉井状态进行调整，通过控制系统客户端进行指令确认；

所述PLC设备控制模块，用于控制沉井结构上安装的多个控制设备，根据PLC设备控制模块收到的操作指令与PLC设备控制器进行通信，通过对现场设备的控制达到调整沉井状态的目的；

所述数据处理模块中，数据滤波方法：先假设一组数据只含有随机误差，对其进行计算处理得到标准偏差，按一定概率确定一个区间，认为凡超过这个区间的误差，就不属于随机误差而是粗大误差，含有该误差的数据应予以剔除，处理后的数据作为原始采集数据保存在集成服务器；

实时数据结构化处理：根据沉井结构特点、实际监测项目和测点布置情况将原始采集数据按照监测类型、计算相关性和安装位置顺序以数据表格的形式存储到数据库，合理设计数据库结构和字段，为后续的沉井结构计算分析和评估工作提供数据基础；

沉井结构计算分析和评估：将结构化处理后的数据导入到沉井有限元计算模型自动计算程序中，根据数据判断当前施工阶段和进度，并自动更新沉井有限元模型及相关参数，根据刃脚反力计算理论分析沉井结构的实时受力状态和空间姿态，分析刃脚反力、侧壁摩阻力、下沉系数与下沉深度之间的关系，并根据分析结果确定沉井各个监测参数的安全范围和对比值，为综合预警模块和智能决策模块提供数据基础；

所述综合预警模块包括：

更新预警体系指标与机制：预警体系指标与参数在不同施工阶段和进度是不同的，首先综合预警模块从数据处理模块读取沉井各个监测参数的安全范围和对比值，再根据施工阶段和进度自动调整预警指标与参数，并计算每个预警项目的预警数据量及偏差值；

预警机制包括：数据超限三级预警值、数据超限项目级别和预警人权限；

发出超限数据警报：当有数据超限情况发生时，根据预警机制和预警指标生成实时超限警报文本，通过控制系统客户端向用户发送实时预警信息，预警信息包括数据超限发生的时间、类型、超限值、预警级别和间隔时间，并根据预警人级别不同显示相应的预警信息内容；同时也将系统所有实时预警信息传输到智能决策模块；

所述智能决策模块包括：

总结前期施工与监测实际情况以及同类工程预警信息处理经验，生成辅助决策系统判断依据表；将判断依据表转化为机器语言录入至数据库内，作为系统自动生成初步调整方案的依据；

自动生成初步调整方案：综合预警模块检测沉井数据在正常值范围内时，系统按照既定的默认方案执行，不发出调整指令；一旦有预警发出，智能决策模块根据预警内容，结合数据库中的参数影响矩阵，自动生成初步调整方案；根据自动生成初步调整方案和决策审核内容生成最终指令并发送给PLC设备控制模块；

有预警发生时，智能决策模块记录预警内容和实时信息采集模块采集到的调整前数据，同时，记录经过人工调整的最终调整方案，待设备执行动作完成之后，再次记录实时信息采集模块采集到的调整后数据，将这些数据整合、分析处理后上传至数据库，更新数据库内数据，作为下次类似预警发生时自动生成调整方案和预测调整后状态的依据；

根据沉井结构特点和施工方案在沉井上安装自动控制设备，并通过PLC电路与所述PLC设备控制模块相连；

自动控制设备包括：锚缆卷扬机、自动注水设备、自动空气吸泥机和空气幕；在沉井取土阶段，PLC设备控制模块根据控制指令规划沉井上所安装的智能化气举取土设备作业路径，控制其自动化运行，并将设备运行过程中的各类监测数据反馈至智能决策模块，辅助其进行后续的作业决策；

沉井定位着床阶段，所述PLC设备控制模块控制锚缆卷扬机和自动注水设备；通过布置在沉井上的北斗系统以及倾角传感器的测量数据，并结合各锚缆拉力情况以及沉井不同区域隔墙内的注水量，自动采集数据，实时传输给数据处理模块，推送至智能决策系统，辅以人工审核后，传输控制指令至现场控制箱；

沉井取土下沉阶段，所述PLC设备控制模块控制自动空气吸泥机和空气幕；利用智能化传感设备实时采集取土过程中单点泥面的变化情况，记录该点位的泥面高程并自动更新舱内泥面高程；单舱单轮次取土设备结束，通过3D声呐设备检测单个隔舱泥面标高和锅底情况，指导下一次的取土顺序及取土量，从而控制沉井取土深度及刃脚埋深。