摘要： 利用美國(guó)HORNER公司的一體化控制器（OCS）自身所具有的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能﹑邏輯運(yùn)算和控制功能及超強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，完成對(duì)地鐵施工安全監(jiān)測(cè)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(xiǎn)的監(jiān)測(cè)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(jī)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(cè)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(xiàng)簡(jiǎn)單的土方工程，并不與基坑工程的安全、經(jīng)濟(jì)有關(guān)。傳統(tǒng)的計(jì)算理論和經(jīng)驗(yàn)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(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)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(duì)策。因此，隨著基坑工程迅速發(fā)展，研究解決基坑開(kāi)挖過(guò)程中基坑的位移具有重要的意義，而現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)報(bào)警是基坑施工監(jiān)測(cè)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(cè)有重要的現(xiàn)實(shí)意義，所以如何設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)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(jì)要求，為保證基坑開(kāi)挖及結(jié)構(gòu)施工安全，基坑施工應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)相結(jié)合，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所得的信息進(jìn)行分析，及時(shí)反饋并通知有關(guān)人員，以便及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)、改進(jìn)施工方法、達(dá)到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與信息化施工的目的。 基坑的監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要有：基坑壁（地下連續(xù)墻）的水平位移觀測(cè)數(shù)據(jù)（測(cè)斜）；地下連續(xù)墻頂水平位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；混凝土內(nèi)支撐梁的軸力測(cè)試數(shù)據(jù)；鋼管支撐梁的軸力測(cè)試數(shù)據(jù)。通過(guò)基坑位移與支撐梁的內(nèi)力監(jiān)測(cè)，基本上可以了解基坑的穩(wěn)定情況。但目前我國(guó)在基坑施工安全監(jiān)測(cè)方面還很落后，特別是在監(jiān)測(cè)、控制及網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合方面很薄弱，還沒(méi)有形成一套穩(wěn)定、實(shí)用、可靠的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。下文將對(duì)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(cè)一體化解決方案
可編程控制器（PLC）---這個(gè)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域非常普遍使用的控制產(chǎn)品，依其超強(qiáng)的抗干擾﹑抗惡劣環(huán)境能力和實(shí)時(shí)采集與控制能力，使我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化的水平在20多年來(lái)迅速提升，然而其在地鐵站工程深基坑的施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用還是一個(gè)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(dòng)化市場(chǎng)非常流行的一體化工業(yè)控制器既“可編程人機(jī)界面控制器（OCS）”，其主要特點(diǎn)是將人機(jī)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(wèn)題，同時(shí)也減少了通訊故障點(diǎn)并節(jié)省了安裝空間，方便了安裝。
在程序開(kāi)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(kāi)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(wú)需太多培訓(xùn)便可輕松掌握軟件的應(yīng)用。
OCS控制器在開(kāi)放性和連接功能方面也是十分強(qiáng)大的。它支持多種通訊方式：例如串口通訊（每款OCS都會(huì)內(nèi)置2－3個(gè)串口），可支持RS232或RS485通訊,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)Modbus主/從協(xié)議，只需簡(jiǎn)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(wú)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(chǎng)總線連接：CANopen，CsCAN，DeviceNet，Profibus，Interbus，SAE J1939。簡(jiǎn)單方便的與各種工控設(shè)備進(jìn)行連接，體現(xiàn)了OCS強(qiáng)大的開(kāi)放性。
在深基坑施工安全監(jiān)測(cè)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(chǎng)數(shù)據(jù)采集裝置，OCS可通過(guò)MODBUS協(xié)議與傳感器通訊并利用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵工程多工點(diǎn)深基坑施工安全的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。
1． 數(shù)據(jù)采集功能
XL6控制器可以通過(guò)兩種方法采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)，一種是將傳感器的模擬量信號(hào)直接連接到XL6控制器的輸入端子上，另一種是通過(guò)RS232/RS485方式與傳感器通訊來(lái)采集數(shù)據(jù)。XL6控制器本機(jī)內(nèi)置點(diǎn)數(shù)最多達(dá)42點(diǎn)，如果傳感器數(shù)量多，可以再連接擴(kuò)展I/O模塊。
2． 數(shù)學(xué)運(yùn)算及報(bào)警功能
XL6控制器較一般普通的PLC具有更強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)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(jí)的表達(dá)式運(yùn)算功能，其編程功能不亞于高級(jí)語(yǔ)言，而編程操作的簡(jiǎn)便性更適合于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用。XL6控制器具有豐富的報(bào)警功能，現(xiàn)場(chǎng)操作人員可根據(jù)理論計(jì)算值設(shè)定不同的報(bào)警上下限值，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)自動(dòng)報(bào)警。
3． 本地顯示及操作功能
XL6控制器本身集成了一個(gè)5.7”寸TFT真彩色觸摸屏，可以用來(lái)在現(xiàn)場(chǎng)顯示各種動(dòng)態(tài)圖形和曲線，同時(shí)還可以輸入各種報(bào)警上下限值或其它參數(shù)，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供了一個(gè)友好的人機(jī)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(jì)算機(jī)通訊，例如以太網(wǎng)﹑無(wú)線AP﹑GPRS/GSM﹑MODEM等，同時(shí)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(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控
在上位機(jī)只需安裝EnvisionRV軟件，而無(wú)需再按常規(guī)方法開(kāi)發(fā)組態(tài)畫面，即可輕松實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)控，在上位機(jī)可同步或異步地看到不同現(xiàn)場(chǎng)控制器的監(jiān)控畫面并可對(duì)控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)登錄和故障報(bào)警功能使該遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)更加完善。
6． 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能
XL6控制器支持普通的SD卡存儲(chǔ)，存儲(chǔ)量可達(dá)2G，它可用來(lái)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序，存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)上通過(guò)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(cè)系統(tǒng)集數(shù)據(jù)采集﹑數(shù)學(xué)運(yùn)算﹑實(shí)時(shí)報(bào)警﹑本地顯示與操作﹑遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸﹑本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)及上位機(jī)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(jì)算機(jī)的靈活性，這是一個(gè)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(shí)現(xiàn)深基坑施工安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的新型解決方案。
雖然該方案目前還為實(shí)際項(xiàng)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(huì)推動(dòng)我國(guó)深基坑施工安全監(jiān)測(cè)水平的提高，本文研究結(jié)果僅供參考。
參考文獻(xiàn):
[1] 中國(guó)建筑科學(xué)研究院. JGJ120- 99 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1999.
[2] 劉建航,侯學(xué)淵. 基坑工程手冊(cè)[M]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.
王華強(qiáng) 浩納爾（天津）自動(dòng)化科技有限公司 高級(jí)工程師 郵編：300192 電話 13312075882
湯石男 深圳市地鐵有限公司 高級(jí)工程師 郵編：518026 電話 13828701168
