摘要： 利用美國HORNER公司的一體化控制器（OCS）自身所具有的強大的數(shù)據(jù)采集功能﹑邏輯運算和控制功能及超強的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，完成對地鐵施工安全監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，從而使城市軌道交通深基坑施工的風(fēng)險的監(jiān)測和預(yù)控更加科學(xué)和準(zhǔn)確。
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.
關(guān)鍵詞：
OCS：OPERATOR CONTROL STATION可編程人機界面控制器
PLC：PROGRAMABLE LOGIC CONTROLLER 可編程邏輯控制器
GPRS：基于GSM網(wǎng)絡(luò)的一種通訊方式
Cscape：HORNER公司的編程軟件
一、深基坑施工安全監(jiān)測系統(tǒng)的必要性
按傳統(tǒng)的觀念，往往把地鐵站工程基坑土體的挖除視作僅僅是一項簡單的土方工程，并不與基坑工程的安全、經(jīng)濟有關(guān)。傳統(tǒng)的計算理論和經(jīng)驗也著重解決基坑穩(wěn)定性，但是在喪失穩(wěn)定之前，由于挖土引起土中應(yīng)力場、應(yīng)變場的變化，使地層位移，特別是在流變性較大的軟土地層的位移，缺乏深入研究和治理對策。因此，隨著基坑工程迅速發(fā)展，研究解決基坑開挖過程中基坑的位移具有重要的意義，而現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和實時報警是基坑施工監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵，尤其是在城市高樓林立區(qū)域，地鐵車站施工的安全監(jiān)測有重要的現(xiàn)實意義，所以如何設(shè)計監(jiān)測系統(tǒng)就變得更加重要了。
在地鐵站工程深基坑的施工中，一般采用地下連續(xù)墻加內(nèi)支撐的支護(hù)方法。按設(shè)計要求，為保證基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工安全，基坑施工應(yīng)與現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)場所得的信息進(jìn)行分析，及時反饋并通知有關(guān)人員，以便及時調(diào)整設(shè)計、改進(jìn)施工方法、達(dá)到動態(tài)設(shè)計與信息化施工的目的。 基坑的監(jiān)測內(nèi)容主要有：基坑壁（地下連續(xù)墻）的水平位移觀測數(shù)據(jù)（測斜）；地下連續(xù)墻頂水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)；混凝土內(nèi)支撐梁的軸力測試數(shù)據(jù)；鋼管支撐梁的軸力測試數(shù)據(jù)。通過基坑位移與支撐梁的內(nèi)力監(jiān)測，基本上可以了解基坑的穩(wěn)定情況。但目前我國在基坑施工安全監(jiān)測方面還很落后，特別是在監(jiān)測、控制及網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合方面很薄弱，還沒有形成一套穩(wěn)定、實用、可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。下文將對一種新的解決方案做詳細(xì)的論述。
二、深基坑施工安全監(jiān)測一體化解決方案
可編程控制器（PLC）---這個在工業(yè)自動化領(lǐng)域非常普遍使用的控制產(chǎn)品，依其超強的抗干擾﹑抗惡劣環(huán)境能力和實時采集與控制能力，使我國工業(yè)自動化的水平在20多年來迅速提升，然而其在地鐵站工程深基坑的施工監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用還是一個空白。
本文介紹的一體化解決方案就是采用當(dāng)今在歐美自動化市場非常流行的一體化工業(yè)控制器既“可編程人機界面控制器（OCS）”，其主要特點是將人機界面，PLC控制器，I/O及網(wǎng)絡(luò)和GPRS模塊集成為一體，解決了傳統(tǒng)PLC與顯示屏分體，連接復(fù)雜的問題，同時也減少了通訊故障點并節(jié)省了安裝空間，方便了安裝。
在程序開發(fā)方面也更為方便快捷，屏幕畫面和控制程序使用一套軟件CscapeTM即可完成，此軟件集成了邏輯控制程序開發(fā)，屏幕畫面編輯，硬件I/O配置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)定功能。界面友好，直觀易學(xué)，無需太多培訓(xùn)便可輕松掌握軟件的應(yīng)用。
OCS控制器在開放性和連接功能方面也是十分強大的。它支持多種通訊方式：例如串口通訊（每款OCS都會內(nèi)置2－3個串口），可支持RS232或RS485通訊,對于標(biāo)準(zhǔn)Modbus主/從協(xié)議，只需簡單配置便可與Modbus設(shè)備通訊，它還支持自由口編程通訊；標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)通訊；GPRS/GSM通訊；無線網(wǎng)絡(luò)通訊；電話調(diào)制解調(diào)器通訊；并且支持多種現(xiàn)場總線連接：CANopen，CsCAN，DeviceNet，Profibus，Interbus，SAE J1939。簡單方便的與各種工控設(shè)備進(jìn)行連接，體現(xiàn)了OCS強大的開放性。
在深基坑施工安全監(jiān)測系統(tǒng)中，OCS可方便地與精力水準(zhǔn)儀等傳感器組成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集裝置，OCS可通過MODBUS協(xié)議與傳感器通訊并利用GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實現(xiàn)對地鐵工程多工點深基坑施工安全的遠(yuǎn)程監(jiān)測。
1． 數(shù)據(jù)采集功能
XL6控制器可以通過兩種方法采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號，一種是將傳感器的模擬量信號直接連接到XL6控制器的輸入端子上，另一種是通過RS232/RS485方式與傳感器通訊來采集數(shù)據(jù)。XL6控制器本機內(nèi)置點數(shù)最多達(dá)42點，如果傳感器數(shù)量多，可以再連接擴展I/O模塊。
2． 數(shù)學(xué)運算及報警功能
XL6控制器較一般普通的PLC具有更強的數(shù)學(xué)運算能力，它除了具有各種豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)外，還支持高級的表達(dá)式運算功能，其編程功能不亞于高級語言，而編程操作的簡便性更適合于工業(yè)現(xiàn)場使用。XL6控制器具有豐富的報警功能，現(xiàn)場操作人員可根據(jù)理論計算值設(shè)定不同的報警上下限值，實現(xiàn)實時自動報警。
3． 本地顯示及操作功能
XL6控制器本身集成了一個5.7”寸TFT真彩色觸摸屏，可以用來在現(xiàn)場顯示各種動態(tài)圖形和曲線，同時還可以輸入各種報警上下限值或其它參數(shù)，為現(xiàn)場人員提供了一個友好的人機界面。
4． 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸功能
XL6控制器可支持多種通訊方式與遠(yuǎn)方的控制計算機通訊，例如以太網(wǎng)﹑無線AP﹑GPRS/GSM﹑MODEM等，同時也支持與各種組態(tài)軟件或自編的應(yīng)用軟件通訊。
5． 上位機遠(yuǎn)程實時監(jiān)控
在上位機只需安裝EnvisionRV軟件，而無需再按常規(guī)方法開發(fā)組態(tài)畫面，即可輕松實現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，在上位機可同步或異步地看到不同現(xiàn)場控制器的監(jiān)控畫面并可對控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，強大的數(shù)據(jù)登錄和故障報警功能使該遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)更加完善。
6． 數(shù)據(jù)存儲功能
XL6控制器支持普通的SD卡存儲，存儲量可達(dá)2G，它可用來存儲歷史數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，存儲文件的格式可以是EXCEL格式。HORNER公司還有專用的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸軟件EnvisionFX，支持在遠(yuǎn)程計算機上通過FTP方式直接讀取SD卡中的數(shù)據(jù)。
三、結(jié)論
由XL6控制器組成的深基坑監(jiān)測系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集﹑數(shù)學(xué)運算﹑實時報警﹑本地顯示與操作﹑遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸﹑本地數(shù)據(jù)存儲及上位機遠(yuǎn)程監(jiān)控等多種功能于一體，既具有PLC的安全可靠性，又具有計算機的靈活性，這是一個采用工業(yè)應(yīng)用“一體化”控制理念，利用城市GPRS/GPS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)深基坑施工安全監(jiān)測系統(tǒng)的新型解決方案。
雖然該方案目前還為實際項目中應(yīng)用，但類似應(yīng)用在其它行業(yè)已非常普及，相信這種新穎的控制理念一定會推動我國深基坑施工安全監(jiān)測水平的提高，本文研究結(jié)果僅供參考。
參考文獻(xiàn):
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