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深基坑施工安全监测的一体化解决方案

深基坑施工安全监测的一体化解决方案

2010/4/14 9:30:00
摘要:利用美国HORNER公司的一体化控制器(OCS)自身所具有的强大的数据采集功能﹑逻辑运算和控制功能及超强的网络通讯能力,完成对地铁施工安全监测传感器数据的采集和监控,从而使城市轨道交通深基坑施工的风险的监测和预控更加科学和准确。
 
Summary: Full utilize the “All in one” function which Horner’s OCS controller is in possession of, including the remote data accessing﹑logic operation and control ﹑ super network communication, to implement the remote supervising for subway construction , so it can drop the risk and improve the control level in the building foundation pit of subway construction.
 
 
关键词:
OCS:OPERATOR CONTROL STATION可编程人机界面控制器
PLC:PROGRAMABLE LOGIC CONTROLLER 可编程逻辑控制器
GPRS:基于GSM网络的一种通讯方式
Cscape:HORNER公司的编程软件
 
 
一、深基坑施工安全监测系统的必要性
按传统的观念,往往把地铁站工程基坑土体的挖除视作仅仅是一项简单的土方工程,并不与基坑工程的安全、经济有关。传统的计算理论和经验也着重解决基坑稳定性,但是在丧失稳定之前,由于挖土引起土中应力场、应变场的变化,使地层位移,特别是在流变性较大的软土地层的位移,缺乏深入研究和治理对策。因此,随着基坑工程迅速发展,研究解决基坑开挖过程中基坑的位移具有重要的意义,而现场数据采集和实时报警是基坑施工监测系统的关键,尤其是在城市高楼林立区域,地铁车站施工的安全监测有重要的现实意义,所以如何设计监测系统就变得更加重要了。
在地铁站工程深基坑的施工中,一般采用地下连续墙加内支撑的支护方法。按设计要求,为保证基坑开挖及结构施工安全,基坑施工应与现场监测相结合,根据现场所得的信息进行分析,及时反馈并通知有关人员,以便及时调整设计、改进施工方法、达到动态设计与信息化施工的目的。 基坑的监测内容主要有:基坑壁(地下连续墙)的水平位移观测数据(测斜);地下连续墙顶水平位移监测数据;混凝土内支撑梁的轴力测试数据;钢管支撑梁的轴力测试数据。通过基坑位移与支撑梁的内力监测,基本上可以了解基坑的稳定情况。但目前我国在基坑施工安全监测方面还很落后,特别是在监测、控制及网络的结合方面很薄弱,还没有形成一套稳定、实用、可靠的远程监控系统。下文将对一种新的解决方案做详细的论述。
 
二、深基坑施工安全监测一体化解决方案
可编程控制器(PLC)——-这个在工业自动化领域非常普遍使用的控制产品,依其超强的抗干扰、抗恶劣环境能力和实时采集与控制能力,使我国工业自动化的水平在20多年来迅速提升,然而其在地铁站工程中的应用还是一个空白。
本文介绍的一体化解决方案就是采用当今在欧美自动化市场非常流行的一体化工业控制器即“可编程人机界面控制器(OCS)”,其主要特点是将人机界面,PLC控制器,I/O及网络和GPRS模块集成为一体,解决了传统PLC与显示屏分体,连接复杂的问题,同时也减少了通讯故障点并节省了安装空间,方便了安装。
在程序开发方面也更为方便快捷,屏幕画面和控制程序使用一套软件CscapeTM即可完成,此软件集成了逻辑控制程序开发,屏幕画面编辑,硬件I/O配置和网络设定功能。界面友好,直观易学,无需太多培训便可轻松掌握软件的应用。
OCS控制器在开放性和连接功能方面也是十分强大的。它支持多种通讯方式:例如串口通讯(每款OCS都会内置2-3个串口),可支持RS232或RS485通讯,对于标准Modbus主/从协议,只需简单配置便可与Modbus设备通讯,它还支持自由口编程通讯;标准以太网通讯;GPRS/GSM通讯;无线网络通讯;电话调制解调器通讯;并且支持多种现场总线连接:CANopen,CsCAN,DeviceNet,Profibus,Interbus,SAE J1939。简单方便的与各种工控设备进行连接,体现了OCS强大的开放性。
深基坑施工安全监测系统中,OCS可方便地与精力水准仪等传感器组成现场数据采集装置,OCS可通过MODBUS协议与传感器通讯并利用GPRS无线网络将采集的数据传输到监控中心,实现对地铁工程多工点深基坑施工安全的远程监测。
下图是采用HORNER XL6控制器组成的监测系统的配置图。该方案实现的功能如下:
 
 
1. 数据采集功能
XL6控制器可以通过两种方法采集现场数据信号,一种是将传感器的模拟量信号直接连接到XL6控制器的输入端子上,另一种是通过RS232/RS485方式与传感器通讯来采集数据。XL6控制器本机内置点数最多达42点,如果传感器数量多,可以再连接扩展I/O模块。
 
2. 数学运算及报警功能
XL6控制器较一般普通的PLC具有更强的数学运算能力,它除了具有各种丰富的数学函数外,还支持高级的表达式运算功能,其编程功能不亚于高级语言,而编程操作的简便性更适合于工业现场使用。XL6控制器具有丰富的报警功能,现场操作人员可根据理论计算值设定不同的报警上下限值,实现实时自动报警。
 
3. 本地显示及操作功能
XL6控制器本身集成了一个5.7”寸TFT真彩色触摸屏,可以用来在现场显示各种动态图形和曲线,同时还可以输入各种报警上下限值或其它参数,为现场人员提供了一个友好的人机界面。
 
4. 远程数据传输功能
XL6控制器可支持多种通讯方式与远方的控制计算机通讯,例如以太网﹑无线AP﹑GPRS/GSM﹑MODEM等,同时也支持与各种组态软件或自编的应用软件通讯。
 
5. 上位机远程实时监控
在上位机只需安装EnvisionRV软件,而无需再按常规方法开发组态画面,即可轻松实现远程在线监控,在上位机可同步或异步地看到不同现场控制器的监控画面并可对控制器进行远程操作,强大的数据登录和故障报警功能使该远程实时监控系统更加完善。
 
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