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摘 要：随着我国经济发展和城市建设步伐的加快，对地下空间的开发利用日益迫切，研究盾构的挖掘以及监测等技术，具有重大意义。盾构挖掘在地下进行，必须保证挖掘的精确度，一旦出现施工误差，将造成巨大的损失。根据盾构机地下挖掘的实际情况，在LabVIEW平台条件下，开发了盾构测控技术集成化软件，实现监测系统人机监控界面显示、特征变量监测曲线显示以及环报表显示和打印等功能，使监测人员能多角度分析盾构机的工作状态，及时地对盾构进行相应的控制。
关键词：LabVIEW；盾构机；监测集成化软件
中图分类号：TP文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）11-0340-02
1 LabVIEW平台的优点
本文采用LabVIEW来开发盾构机监测集成化软件，主要是基于LabVIEW具有以下的特点。
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图表代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。本文采用LabVIEW，以图形化编程这种更快捷的方式来开发盾构机监测集成化软件，大大提高了开发效率。
传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，而LabVIEW采用的是数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。采用LabVIEW来开发盾构机监测集成化软件，既降低了程序开发中出错的可能性，提高软件可靠性，又提高了软件的运行效率。
LabVIEW平台有丰富的图形控件，尤其是有很多外观与传统仪器（如示波器，万用表，按钮，等等）类似的控件，本文采用LabVIEW平台可方便快捷地设计友好的人机交互界面，并取代实际的仪表，在上位机上远程显示传感器数据。
2 盾构机监测软件系统结构设计
盾构机从现场的传感器和PLC采集数据，并将数据保存到数据库中。数据库文件通过网线从现场下位机传输到监测上位机。本软件从上位机的数据库文件读取数据，经相应的处理后通过人机界面显示。软件的系统结构如图1所示。
2.1 数据源
在本系统中，数据源来自调用数据库接口模块生成的临时数据文件。数据源分为两种：实时数据与历史数据。
2.2 数据转换、处理和控制
在这一层中，根据从数据源得到的临时数据文件进行解协议、数据格式化等数据转换和处理操作，为数据应用和表示层提供有效的格式化数据。
数据处理主要包括将根据协议得到的实时有效数据进行标度变换、二次存储等数据处理，得到最后人机交互界面以及实时数据曲线需要的数据。此外，数据处理还将根据协议得到的历史有效数据进行处理，得到历史数据曲线所需的数据格式。
通过参数设置和配置提供的数据项，可以控制数据处理过程采用的参数和曲线图形的绘制过程；另外，系统提供“参数控制接口”以便数据选择和操作模块调用，用于传递给系统中环报表打印和曲线显示的参数。
2.3 数据应用和表示
本系统主要有三种数据应用与表示方式：盾构机监测界面显示、监测曲线绘制显示、环报表输出，方便于监测人员从不同的角度来监测盾构机的工作状态。
（1）盾构机监测界面显示。
包括盾构机9个运行状态显示界面，主要功能是将处理后的有效数据与人机界面的控件绑定，以显示某一历史时段或当前盾构机的运行状态，如阀的开关状态，管道内的液体流向示意，等等。
（2）监测曲线绘制显示。
主要是将一段时间内的历史数据或实时数据，通过波形显示控件以曲线的方式显示出来，同时对所显示的曲线可以进行一些操作，如曲线的叠加对比，曲线缩放等，以更好地帮助工作人员监测盾构机的运行状况。
（3）环报表输出。
盾构前进过程中转过一圈即是一环，根据所选环的一些参数信息生成报表，供工作人员预览和打印。各环的报表格式是一样的，都是显示前进一环的过程中各变量的波形变化。
3 盾构机监测软件开发研究
本文的研究与开发内容主要分为数据转换、处理与控制层模块，监测系统人机交互界面子模块，特征变量监测曲线绘制模块，环报表生成、显示、打印模块四部分，给监测人员提供不同角度的直观而又形象的监测界面。
3.1 数据转换、处理与控制层模块
数据处理与数据格式化是本系统的基石。本模块负责向数据库发送请求，进行数据读取，数据处理与数据转换等，为监测系统人机交互界面、监测曲线显示界面和环报表显示、打印界面提供有效数据。
数据转换、处理与控制层模块实现了向数据库请求数据、用户数据项文件读写、对数据进行标度转换、数据格式化、 参数调用接口等功能。
3.2 监测系统人机交互界面模块
监测系统人机交互界面模块将实时数据在人机界面中以控件的形式显示出来，方便施工人员监测数据。
本模块开发的其中一个界面如图2所示。本模块通过数字显示控件，进度条以及指示灯等控件开发出了友好的人机交互界面，使监测人员能多角度、有条理、有侧重点来分析盾构机的运行状态。
3.3 特征变量监测曲线绘制模块
盾构机掘进时将许多参数回传给系统，工作人员通过这些参数来监控盾构机的运行状况。特征变量监测曲线绘制模块通过将一段时间内的变量状况绘制成曲线，能直观地反映出该特征变量的变化情况，有助于工作人员对盾构机的运行状况和趋势做出更为准确的判断，以达到有效监控盾构机运行的目的。
本模块开发出来的曲线监测界面如图3所示，描绘的是选择6个特征变量后一段时间内的历史曲线。可见，本模块开发出来的曲线监测界面直观地显示了几个特征变量的变化情况，方便监测人员分析比较这些变量的发展趋势，及时发现盾构机运行是否有异常情况，并可以打印出来进行资料保存。
3.4 环报表生成、显示、打印模块
环报表生成、显示、打印模块将所选环片的相关数据以图表方式打印。环报表是与人机界面相独立的程序，本模块主要实现了打印参数设置、环报表生成、打印结果预览、报表输出打印等功能。
环报表中曲线的数据来源于系统数据库。根据工作人员设置的打印参数以及配置文件，首先进入打印预览模式。在此模式下用户可查看不同环号的报表。点击打印键将所选范围内的环报表打印出来。本模块开发出的环报表显示界面如图4所示。该界面直观地显示了所选环号的参数变化情况，使监测人员方便地分析盾构在不同环的状态变化情况，并以报表的形式打印出来，有利于保存、整理和分析。
4 结语
本文分析了用LabVIEW开发盾构机监测集成化软件的优势所在，即提高了开发效率和软件的运行效率，有利于设计友好的人机交互界面，接着分析了盾构机监测软件的设计思路和系统结构，然后详细地分析软件各个模块的设计思路和实现的功能，从人机交互界面、特征变量监测曲线绘制以及环报表生成等三个方面，给监测人员提供不同角度的直观而又形象的监测界面，利于监测人员从不同的侧重点对盾构运行状态进行监测和控制。
参考文献
［1］郑人杰.实用软件工程［Ｍ］.北京：清华大学出版社,2002.
［2］Gary W.Johnson，等. LabVIEW图形编程［Ｍ］. 北京：北京大学出版社,2002.
［3］杨乐平，李海涛，杨磊.LabVIEW程序设计与应用［Ｍ］. 北京：电子工业出版社,2005.
［4］戴鹏飞等.测试工程与LabVIEW应用［Ｍ］.北京：电子工业出版社,2006.
关键词：LabVIEW；盾构机；监测集成化软件
中图分类号：TP文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）11-0340-02
1 LabVIEW平台的优点
本文采用LabVIEW来开发盾构机监测集成化软件，主要是基于LabVIEW具有以下的特点。
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图表代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。本文采用LabVIEW，以图形化编程这种更快捷的方式来开发盾构机监测集成化软件，大大提高了开发效率。
传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，而LabVIEW采用的是数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。采用LabVIEW来开发盾构机监测集成化软件，既降低了程序开发中出错的可能性，提高软件可靠性，又提高了软件的运行效率。
LabVIEW平台有丰富的图形控件，尤其是有很多外观与传统仪器（如示波器，万用表，按钮，等等）类似的控件，本文采用LabVIEW平台可方便快捷地设计友好的人机交互界面，并取代实际的仪表，在上位机上远程显示传感器数据。
2 盾构机监测软件系统结构设计
盾构机从现场的传感器和PLC采集数据，并将数据保存到数据库中。数据库文件通过网线从现场下位机传输到监测上位机。本软件从上位机的数据库文件读取数据，经相应的处理后通过人机界面显示。软件的系统结构如图1所示。
2.1 数据源
在本系统中，数据源来自调用数据库接口模块生成的临时数据文件。数据源分为两种：实时数据与历史数据。
2.2 数据转换、处理和控制
在这一层中，根据从数据源得到的临时数据文件进行解协议、数据格式化等数据转换和处理操作，为数据应用和表示层提供有效的格式化数据。
数据处理主要包括将根据协议得到的实时有效数据进行标度变换、二次存储等数据处理，得到最后人机交互界面以及实时数据曲线需要的数据。此外，数据处理还将根据协议得到的历史有效数据进行处理，得到历史数据曲线所需的数据格式。
通过参数设置和配置提供的数据项，可以控制数据处理过程采用的参数和曲线图形的绘制过程；另外，系统提供“参数控制接口”以便数据选择和操作模块调用，用于传递给系统中环报表打印和曲线显示的参数。
2.3 数据应用和表示
本系统主要有三种数据应用与表示方式：盾构机监测界面显示、监测曲线绘制显示、环报表输出，方便于监测人员从不同的角度来监测盾构机的工作状态。
（1）盾构机监测界面显示。
包括盾构机9个运行状态显示界面，主要功能是将处理后的有效数据与人机界面的控件绑定，以显示某一历史时段或当前盾构机的运行状态，如阀的开关状态，管道内的液体流向示意，等等。
（2）监测曲线绘制显示。
主要是将一段时间内的历史数据或实时数据，通过波形显示控件以曲线的方式显示出来，同时对所显示的曲线可以进行一些操作，如曲线的叠加对比，曲线缩放等，以更好地帮助工作人员监测盾构机的运行状况。
（3）环报表输出。
盾构前进过程中转过一圈即是一环，根据所选环的一些参数信息生成报表，供工作人员预览和打印。各环的报表格式是一样的，都是显示前进一环的过程中各变量的波形变化。
3 盾构机监测软件开发研究
本文的研究与开发内容主要分为数据转换、处理与控制层模块，监测系统人机交互界面子模块，特征变量监测曲线绘制模块，环报表生成、显示、打印模块四部分，给监测人员提供不同角度的直观而又形象的监测界面。
3.1 数据转换、处理与控制层模块
数据处理与数据格式化是本系统的基石。本模块负责向数据库发送请求，进行数据读取，数据处理与数据转换等，为监测系统人机交互界面、监测曲线显示界面和环报表显示、打印界面提供有效数据。
数据转换、处理与控制层模块实现了向数据库请求数据、用户数据项文件读写、对数据进行标度转换、数据格式化、 参数调用接口等功能。
3.2 监测系统人机交互界面模块
监测系统人机交互界面模块将实时数据在人机界面中以控件的形式显示出来，方便施工人员监测数据。
本模块开发的其中一个界面如图2所示。本模块通过数字显示控件，进度条以及指示灯等控件开发出了友好的人机交互界面，使监测人员能多角度、有条理、有侧重点来分析盾构机的运行状态。
3.3 特征变量监测曲线绘制模块
盾构机掘进时将许多参数回传给系统，工作人员通过这些参数来监控盾构机的运行状况。特征变量监测曲线绘制模块通过将一段时间内的变量状况绘制成曲线，能直观地反映出该特征变量的变化情况，有助于工作人员对盾构机的运行状况和趋势做出更为准确的判断，以达到有效监控盾构机运行的目的。
本模块开发出来的曲线监测界面如图3所示，描绘的是选择6个特征变量后一段时间内的历史曲线。可见，本模块开发出来的曲线监测界面直观地显示了几个特征变量的变化情况，方便监测人员分析比较这些变量的发展趋势，及时发现盾构机运行是否有异常情况，并可以打印出来进行资料保存。
3.4 环报表生成、显示、打印模块
环报表生成、显示、打印模块将所选环片的相关数据以图表方式打印。环报表是与人机界面相独立的程序，本模块主要实现了打印参数设置、环报表生成、打印结果预览、报表输出打印等功能。
环报表中曲线的数据来源于系统数据库。根据工作人员设置的打印参数以及配置文件，首先进入打印预览模式。在此模式下用户可查看不同环号的报表。点击打印键将所选范围内的环报表打印出来。本模块开发出的环报表显示界面如图4所示。该界面直观地显示了所选环号的参数变化情况，使监测人员方便地分析盾构在不同环的状态变化情况，并以报表的形式打印出来，有利于保存、整理和分析。
4 结语
本文分析了用LabVIEW开发盾构机监测集成化软件的优势所在，即提高了开发效率和软件的运行效率，有利于设计友好的人机交互界面，接着分析了盾构机监测软件的设计思路和系统结构，然后详细地分析软件各个模块的设计思路和实现的功能，从人机交互界面、特征变量监测曲线绘制以及环报表生成等三个方面，给监测人员提供不同角度的直观而又形象的监测界面，利于监测人员从不同的侧重点对盾构运行状态进行监测和控制。
参考文献
［1］郑人杰.实用软件工程［Ｍ］.北京：清华大学出版社,2002.
［2］Gary W.Johnson，等. LabVIEW图形编程［Ｍ］. 北京：北京大学出版社,2002.
［3］杨乐平，李海涛，杨磊.LabVIEW程序设计与应用［Ｍ］. 北京：电子工业出版社,2005.
［4］戴鹏飞等.测试工程与LabVIEW应用［Ｍ］.北京：电子工业出版社,2006.