深基坑钢支撑轴力自适应系统电控及远程实时监控系统 【技术领域】
本发明关于一种电控及远程实时监控系统，且特别是关于一种深基坑钢支撑轴力自适应系统电控及远程实时监控系统。
背景技术
伴随着城市轨道交通的大发展，加之土地资源的极度紧缺，近邻地铁的深基坑工程日益增多。
以上海为例，大上海会德丰广场工程3层地下室(局部4层)，开挖面积达9800m2，开挖深度近21m(局部最深达26m)，基坑北侧平行邻近地铁2号线区间运营隧道，净间距仅5.4m，隧道与基坑平行长度90m。上海太平洋广场二期工程距地铁一号线隧道外边线仅3.8m。南京西路1788号地块基坑工程紧邻地铁二号线，净间距约10～11米，且平行长度达百米。我们不得不面临一个问题，地铁的安全问题。
目前基坑开挖已趋于大规模化及大深度化，且施工多以明挖顺作法为主，众所周知，深基坑明挖施工往往伴随着极强的环境效应，若不对深基坑施工进行严格的变形控制，邻近的地铁会因为较大变形而影响其正常使用，严重时甚至引发事故，所造成的经济损失和社会影响是不可估量的。
因此，超深基坑施工对邻近地铁的安全影响控制已逐渐演化为现代基坑工程研究的主要方向之一。
目前，在上海等软土地区城市深基坑的开挖支护常用钢筋砼支撑和Φ609×δ16的钢管支撑，特别是钢管支撑，一般钢支撑时，均按设计要求施加预应力，但在施工时，随着时间的推移，钢支撑上所加的预应力会降低，有时会降低很多，甚至降低量达50％以上，而且此时又很难去施加支撑轴力，故引起墙体位移，位移过大时，将直接影响基坑旁边运营中地铁的安全。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明设计了一套能有效控制深基坑施工变形并确保运行地铁隧道安全的深基坑施工钢支撑轴力自适应实时补偿与监控系统。
本发明提出的深基坑钢支撑轴力自适应系统电控及远程实时监控系统包括：压力传感器设置于液压泵站中，与相对应的千斤顶相连，能实时检测到对应千斤顶的压力；现场控制站接收液压泵站中压力传感器检测到的千斤顶压力数据，其中所述压力数据未达到预设工作压力值时，所述现场控制站发出指令启动液压泵电机调节液压系统压力至工作压力；监控站通过总线采集所述现场控制站的数据，发出控制指令于所述现场控制站控制所述液压泵站对应的千斤顶的伸缩动作；每个液压泵站可连接四个千斤顶，并分别安装了四个压力传感器，可以分别检测到各个千斤顶的压力。
本发明还在于所述现场控制站通过对应泵站内的调压阀调节液压系统压力。
本发明还在于所述现场控制站通过对应泵站内的换向阀控制所述对应千斤顶伸缩动作。
本发明还在于卸荷阀设置于所述液压泵站中，每个液压泵站设置一个卸荷阀。
本发明还在于所述现场控制站接收所述监控站发出的响应补偿压力指令，对所述对应的液压泵站及对应的千斤顶进行压力补偿。
本发明还包括移动诊断控制箱可以直接对某一现场控制柜或液压泵站进行控制，可以调定液压泵站所对应的千斤顶的压力。
本发明还包括限位保护系统，在断电时维持所述液压泵站系统所对应的千斤顶的压力。
本发明还在于所述监控站预设硬件压力限位，其中当设置压力超过所述硬件压力限位时，设置压力无效，须重新设置压力并要求在硬件压力限位范围内才有效。
本发明还包括操作站采集所述某现场控制站的数据，接受操作指令发出控制指令于所述现场控制站及对应液压泵站下的某千斤顶的伸缩动作。
本发明有以下特点：①系统实时响应精度高，响应精度达95％以上；响应时间缩短至2秒。②单元化的控制，每组轴力自动补偿单元各采用了一套泵站和现场控制模块，使每组监控单元都能独立实现轴力自动补偿功能，降低了由泵站和控制系统故障造成的系统风险。③配置了移动诊断控制箱，在中央控制系统和现场控制模块通讯失效的情况下能实现故障单元的轴力自动补偿；在控制模块硬件故障情况下能实现故障单元的轴力手动补偿。大大增加了系统的安全性和可靠性。④现场控制站采用触摸屏操作，界面简单易懂，便于操作人员学习掌握。⑤设计增加了控制命令双重校验和大变量分级输入功能，需要控制命令键和控制操作键同时按下才能执行控制命令，大大降低了误操作和数据误输入的可能性。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
【附图说明】
图1所示为本发明提出的深基坑钢支撑轴力自适应系统电路示意图。
图2所示为本发明提出的深基坑钢支撑轴力自适应系统电气控制示意图。
图3所示为本发明提出的深基坑钢支撑轴力自适应系统电控及远程实时监控系统结构示意图。
图4所示为本发明提出的深基坑钢支撑轴力自适应系统工艺流程图。
【具体实施方式】
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
为了实现中央控制室和施工现场的控制功能，本发明实施方式利用微型计算机和PLVC组建控制系统，借鉴DCS集散控制的原理，通过数据通讯总线连接现场，改变了常规的现场操作，实现了远程和现场的有效监控。
在控制系统中增加了按键保护的功能，使输入命令和控制参数时需要按下命令输入键，有效的减少了误操作和误输入。用硬件和软件双重对预设压力进行限定，防止输入高于所需的压力，确保压力在设定范围以内。
图1所示为本发明提出的深基坑钢支撑轴力自适应系统电路示意图。图2所示为本发明提出的深基坑钢支撑轴力自适应系统电气控制示意图。
如图1和图2所示，系统开始运行后，现场控制站接收来自压力传感器SP1、SP2检测到的压力数据，与系统预设压力进行比较，未达到设定地工作压力，则现场控制站发出指令，液压泵电机开始起动，此时系统压力直接通过卸荷阀YA3卸荷，避免液压泵带载起动；当卸荷阀YA3得电动作，则现场控制站通过调压阀YV调节液压系统压力，使之达到所需要的工作压力。
现场控制站根据监控站或操作站发出的控制指令控制换向阀YA1、YA2来完成千斤顶的伸缩动作。
监控站通过总线读取各现场控制站采集到的相关数据，并在集中显示界面进行显示，通过监控站操作界面和操作站对各现场控制站进行控制，设定响应补偿压力后，各现场控制站根据该指令对相应千斤顶进行补偿。
图3所示为本发明提出的深基坑钢支撑轴力补偿电气控制与监控系统结构示意图。如图3所示，在本实施例中，监控站通过数据总线和三通接线盒连接现场控制站1#、现场控制站2#，至现场控制站6#，各现场控制站则通过液压系统控制各钢支撑及相关千斤顶装置，其中监控站实时采集各现场控制站的信息数据，从而显示给操作者。监控站可以按照与设定的数据值，对各现场控制站发出指令。本发明实施方式还在操作站显示界面以及监控站显示界面分别加入了故障诊断的功能，其中，监控站的画面不经能够显示各控制站下属泵站压力，还能够对显示故障状态进行更新并进行归位。在系统中设计了限位保护，能在断电时停止泄油指令，维持千斤顶压力。与机械锁相结合形成了应急状态的双重保护。
为保障电气系统的安全可靠性，本实施例还设置了安全保障系统。电气系统设置了预设压力输入的硬件限位，当监控系统设置压力超过电气的硬件限位，则以硬件限位为预设压力，确保了压力输入不超过安全范围。监控系统设置了预设压力逐级输入，确保了千斤顶装置顶推时的安全可靠性。监控系统配备了UPS，防止突然断电造成数据丢失。现场控制站能在断电时保留预设压力，使再次通电后也能继续原定状态。操作站和现场控制站有一定的防水能力，内部电气元件具备IP56～IP65的防护等级，具备较强的环境适应性。各站间全部通讯连接都采用了带冗余通道的三通接线盒，确保指令盒数据传输的稳定。
此外，本实施例中现场控制站采用触摸屏，人性化界面，各参数在界面上一目了然，便于操作人员了解系统运行情况，通过组态，将各压力监控点在触摸屏上任意切换，操作指令简单，并增加了故障诊断页面，使整个系统简洁，便于操作。
中央控制室建立了监测数据的数据库，使系统具备调用任意时刻数据，并能实现数据的报表化、图表化以及打印功能。
鉴于数据通信在控制系统中的极端重要性，数据通信线连接处全部采用冗余通道的三通接线盒，确保指令以及数据传输的稳定。在系统中增加了热插拔模式的设计，使轴力补偿系统能够增加、移位、以及删除控制单元，增加了实际操作的灵活性。
图4所示为本发明提出的深基坑钢支撑轴力自适应系统工艺流程图。如图4所示，本发明实施方式还设计了移动诊断控制箱，可以实现每组控制单元的压力自动控制和单个千斤顶压力的手动控制。其中对泵站控制可以手动完成各A口的进油以及B口的泄油，便于钢支撑稳定施加预应力以及系统故障时进行诊断与临时控制。本实施例不仅可以实现手动压力补偿，而且可以实现自动补偿，并能够通过控制系统锁定压力上下限，以及设定一定幅度的压力波动范围。
本发明该实施方式采用的主要技术参数如下：
序号 项目 单位 参数 1 供电电压 V 380、220、24 2 响应精度 ％ 95 3 响应速度 S 2
通过调试试验及模拟实体试验，本实施例能实现：①在0～32Mpa范围内设定压力，并能设定软件将其最大压力限制在30Mpa，防止误设压力过大，能够满足施工压力补偿需要；②压力设定后，能实现自动补偿，效果良好，并在持续时间内进行压力修正；③电气硬件限位，防误设目标压力；④续电后，原状态恢复功能；⑤移动诊断控制箱对现场控制站和泵站控制的双重功能；⑥泵站单元整体快速替换；⑦总线通讯，满足远程控制；⑧总线热插拔技术，动态加入新的控制单元；⑨动态屏蔽，出现故障可以实现动态屏蔽及其消除，使各控制单元状态得以更新。
此外，本实施例在设定压力后，系统能在2s内执行动作，5s使油压保持稳定，补偿完毕，补偿完成后的实际压力在预设压力±5％范围内波动，超出后执行相应动作，使压力稳定在预设范围内。
在控制设计环节，本实施例适当增加了首次增压的进油量，保证有充足初次压力，在进油结束后，根据与预设压力相比较，适当泄油，调整压力，使控制精度达到95％以上，同时也保证了控制效率，使响应时间缩短。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。