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險的監(jiān)測和預控更加科學和準確。
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。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力場、應變場的變化，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)墻加內支撐的支護方法。按設計要求，為保證基坑開挖及結構施工安全，基坑施工應與現(xiàn)場監(jiān)測相結合，根據(jù)現(xiàn)場所得的信息進行分析，及時反饋并通知有關人員，以便及時調整設計、改進施工方法、達到動態(tài)設計與信息化施工的目的。 基坑的監(jiān)測內容主要有：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)絡的結合方面很薄弱，還沒有形成一套穩(wěn)定、實用、可靠的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。下文將對一種新的解決方案做詳細的論述。
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)中的應用還是一個空白。
本文介紹的一體化解決方案就是采用當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)絡設定功能。界面友好，直觀易學，無需太多培訓便可輕松掌握軟件的應用。
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都會內置2－3個串口），可支持RS232或RS485通訊,對于標準Modbus主/從協(xié)議，只需簡單配置便可與Modbus設備通訊，它還支持自由口編程通訊；標準以太網(wǎng)通訊；GPRS/GSM通訊；無線網(wǎng)絡通訊；電話調制解調器通訊；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備進行連接，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控制器本機內置點數(shù)最多達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)學運算能力，它除了具有各種豐富的數(shù)學函數(shù)外，還支持高級的表達式運算功能，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． 遠程數(shù)據(jù)傳輸功能
XL6控制器可支持多種通訊方式與遠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)軟件或自編的應用軟件通訊。
5． 上位機遠程實時監(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行遠程操作，強大的數(shù)據(jù)登錄和故障報警功能使該遠程實時監(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2G，它可用來存儲歷史數(shù)據(jù)和應用程序，存儲文件的格式可以是EXCEL格式。HORNER公司還有專用的遠程數(shù)據(jù)傳輸軟件EnvisionFX，支持在遠程計算機上通過FTP方式直接讀取SD卡中的數(shù)據(jù)。
三、結論
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)學運算﹑實時報警﹑本地顯示與操作﹑遠程數(shù)據(jù)傳輸﹑本地數(shù)據(jù)存儲及上位機遠程監(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)應用“一體化”控制理念，利用城市GPRS/GPS網(wǎng)絡實現(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用，但類似應用在其它行業(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，本文研究結果僅供參考。
參考文獻:
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[2] 劉建航,侯學淵. 基坑工程手冊[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.
王華強 浩納爾（天津）自動化科技有限公司 高級工程師 郵編：300192 電話 13312075882
湯石男 深圳市地鐵有限公司 高級工程師 郵編：518026 電話 13828701168
