CN102226874B - 供砂计量子系统的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了供砂计量子系统以及控制方法，供砂计量子系统，包括上位计算机、数据通讯、PLC模块和外接设备，所述外接设备包括皮带机、计量斗、计量斗传感器和提升斗，所述外接设备与PLC模块相连，通过PLC模块控制外接设备动作。供砂计量子系统的控制方法，包括PLC程序输入、皮带机运行反馈、皮带机运行控制、计量斗传感器的监测、计量斗门的控制和提升斗的控制。本发明设计了一套高效、准确地砂料计量系统，通过计量斗传感器获得计量斗内砂料的物位高度，精确计量出需要的不同砂方量。通过对计量斗中砂方量的计量与包括计量斗门，提升斗门等设备状态的监视，就可以对施工过程中向桩管加入砂料的方量进行准确的统计。
Description
技术领域
本发明涉及水下挤密砂桩领域，尤其涉及水下挤密砂桩的供砂计量子系统以及该供砂计量子系统的控制方法。
背景技术
目前，我国近海条件较好的深水岸线已基本得到开发，为适应港口吞吐能力发展的要求，离岸群岛间的深水岸线和深水港建设正大量兴起，地基基础也更为复杂，如洋山港、马迹山港、曹妃甸港等。伴随着港口建设的深水、离岸以及外海化的发展趋势，人工岛建设、深水筑堤、高填土驳岸结构越来越普遍。然而外海施工的特点是远离陆地、风浪条件恶劣、有效作业时间极为有限，无论是施工难度还是工期都受到极大的制约，这些都给外海人造陆域的地基处理带来了难度。
根据发达国家在离岸深水港建设中的经验，挤密砂桩在外海人工岛建设中具有无可比拟的优势。挤密砂桩对地基的适应性强，用于软弱地基加固时，它同时具有置换作用、挤密作用、加快固结作用，可以直接、快速、显著地提高软弱地基的承载力，对后继工序的快速推进十分有利。同时，由于水下挤密砂桩形成的高置换率复合地基具有较高的承载力，较低的压缩性，使得它可与多种形式的上部结构整合应用(例如在砂桩复合地基上采用沉箱等重力式结构)，从而达到减少工程造价的目的。随着我国外海筑港、筑岛、筑堤建设的发展，水下挤密砂桩的应用前景将十分广阔。
水下挤密砂桩是一种地基加固新技术，它是在砂桩船上通过振动设备和管腔增压装置把砂强制压入水下软弱地基中，经过振动拔管、回打、挤密扩径，形成挤密砂桩。通过挤密砂桩的置换、挤密、排水作用，可增加地基强度，加快地基固结，减少结构物沉降，提高地基的抗液化能力。水下挤密砂桩的适用范围广泛，可应用于对砂性土、粘性土、有机质土等几乎所有土质 的地基加固处理。与普通砂桩相比挤密砂桩桩体的密实性高，加固的置换率可达60～70％。水下挤密砂桩具有施工周期短、加固效果明显，工序可控性好等特点，优势独特，非常适用于外海人工岛、防波堤、护岸、码头等工程的地基基础加固。
由于挤密砂桩施工时的振动密实和强制扩径，每根挤密砂桩施工消耗的砂料远高于普通砂桩。因此砂料体积的计量对于挤密砂桩施工质量及施工效率有很大影响。实现砂料体积的精确计量与自动化输送对于提高挤密砂桩施工质量和施工效率有着重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了供砂计量子系统以及控制方法。
供砂计量子系统，包括上位计算机、数据通讯、PLC模块和外接设备，所述外接设备包括皮带机、计量斗、计量斗传感器和提升斗，所述外接设备与PLC模块相连，通过PLC模块控制外接设备动作，所述外接设备动作包括皮带机运行反馈、皮带机运行控制、计量斗传感器监测、计量斗门关到位、计量斗开门、提升斗开门。
进一步，所述计量斗传感器为导向微波式物位计。
供砂计量子系统的控制方法，包括PLC程序输入、皮带机运行反馈、皮带机运行控制、计量斗传感器的监测、计量斗门的控制和提升斗的控制，根据实际需要编制PLC程序，使用上位计算机将编制的PLC程序烧制到PLC模块中，变更PLC程序的参数，即可满足不同的需求；所述皮带机运行控制包括皮带机启动、停止以及皮带机启动、停止状态的显示，其中控制上分为“手动”与“自动”两种模式，两种控制模式的具体实现的由操作台上一个三位旋钮加以实现，旋钮的三个位置，分别对应“手动”，“自动”与“停止”，控制情况如下：
旋钮打至“停止”位置，系统无条件停止砂料输送带的运转；
旋钮打至“手动”位置，系统无条件停止输出皮带机运转控制，此时用户应根据实际情况将旋钮手动打至“停止”位置，以使皮带机停止运行；
旋钮打至“自动”位置，系统输出皮带机运行控制，自动控制皮带机运行。
进一步，所述皮带机的控制，旋钮打至“自动”位置，计量斗传感器通过监测计量斗内砂的高度，得出计量斗内砂方量，反馈给PLC模块，由所述PLC模块调整相应外接设备动作。
再进一步，所述计量斗传感器的监测，选用导向微波式物位计作为计量斗内砂料的测量传感器，高频率的微波脉冲沿着一根缆、棒或包含一根棒的同轴套管运行，接触到被测介质后，微波脉冲被反射回来，微处理器识别物位回波，分析计算后将它转换成物位信号给出，并实时向PLC模块传送模拟量信号，通过对模拟量信号的采样与换算，可以得出此时计量斗内砂面由底部向上的堆积高度，再根据计量斗的内部形状与砂的堆积角度等参数，进而计算出此时计量斗内砂方量的实时测量值。
再进一步，所述计量斗门的控制包括计量斗开门、关与计量斗门关到位三个状态以及对应的状态显示，控制上分为“手动”与“自动”两种模式，两种控制模式的具体实现的由操作台上一个三位旋钮加以实现，旋钮的三个位置，分别对应“手动”，“自动”与“关”，控制情况如下：
旋钮打至“关”位置，系统无条件关闭计量斗门；
旋钮打至“手动”位置，系统无条件打开计量斗门；
旋钮打至“自动”位置，系统将根据目前提升斗所处受料位置、沙面位置、提升斗中砂方量自动控制计量斗门动作。
再进一步，所述计量斗开门，计量斗内砂方量进入提升斗内，所述提升斗在PLC模块的控制下上升、门开下料，系统根据本阶段已加砂方量、本阶段应加砂方量，得出本阶段仍需加砂方量，进而计算出本斗需加砂方量，将信号传递给皮带机运行控制，经皮带机运行反馈传递给PLC模块，从而控制皮带机进行动作。
本发明的有益效果为：PLC可以实现相对复杂的控制逻辑，且在系统控制逻辑发生变化时，不太需要对线路本身进行大量的变化，而可能只需要对PLC内部的程序进行变更即可。此外，PLC程序运行可靠，并可以方便地进行自复位，从而保证了系统的可靠运行，本发明设计了一套高效、准确地砂料计量系统，通过计量斗内传感器获得计量斗内砂料的物位高度，通过传感器给出的物位高度与自动化控制系统的联动，控制输砂皮带机的启、停，精 确计量出需要的不同砂方量。通过对计量斗中砂方量的计量与包括计量斗门，提升斗门等设备状态的监视，就可以对施工过程中向桩管加入砂料的方量进行准确的统计。
附图说明
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明所述方法的计量原理图；
图3为本发明所述方法的计量逻辑关系图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参照图1和图2所示，供砂计量子系统，包括上位计算机1、数据通讯2、PLC模块3和外接设备4，所述外接设备包括皮带机41、计量斗41、计量斗传感器43和提升斗44，所述外接设备4与PLC模块3相连，通过PLC模块3控制外接设备动作；所述外接设备动作包括皮带机运行反馈Y1、皮带机运行控制Y2、计量斗传感器监测Y3、计量斗门关到位Y4、计量斗开门Y5、提升斗开门Y6。PLC模块3对外接设备4的工作状态进行采样，再根据控制逻辑形成较复杂控制输出信号，控制外接设备4的动作。在目前的系统中，PLC模块3主要负责各个信号采样点的信号采集，联动信号的计算、产生与自动控制信号的输出，基本工艺数据的计算以及部分未接入部分的推算等功能。所述计量斗传感器43为导向微波式物位计。
如图2和3所示，供砂计量子系统的控制方法，其特征在于：包括PLC程序输入、皮带机运行反馈Y1、皮带机运行控制Y2、计量斗传感器的监测Y3、计量斗门的控制和提升斗的控制，根据实际需要编制PLC程序，使用上位计算机将编制的PLC程序烧制到PLC模块中，变更PLC程序的参数，即可满足不同的需求；所述皮带机运行控制Y2包括皮带机启动、停止以及皮带机启动、停止状态的显示，其中控制上分为“手动”与“自动”两种模式，两种控制模式的具体实现的由操作台上一个三位旋钮加以实现，旋钮的三个位置， 分别对应“手动”，“自动”与“停止”，控制情况如下：
旋钮打至“停止”位置，系统无条件停止砂料输送带的运转；
旋钮打至“手动”位置，系统无条件停止输出皮带机运转控制，此时用户应根据实际情况将旋钮手动打至“停止”位置，以使皮带机停止运行；
旋钮打至“自动”位置，系统输出皮带机运行控制Y2，自动控制皮带机运行。所述皮带机运行控制Y2，旋钮打至“自动”位置，计量斗传感器43通过监测计量斗内砂的高度，得出计量斗内砂方量，反馈给PLC模块3，由所述PLC模块3调整相应外接设备动作。
所述计量斗传感器的监测Y3，选用导向微波式物位计作为计量斗内砂料的测量传感器，高频率的微波脉冲沿着一根缆、棒或包含一根棒的同轴套管运行，接触到被测介质后，微波脉冲被反射回来，微处理器识别物位回波，分析计算后将它转换成物位信号给出，并实时向PLC模块3传送模拟量信号，通过对模拟量信号的采样与换算，可以得出此时计量斗内砂面由底部向上的堆积高度，再根据计量斗的内部形状与砂的堆积角度等参数，进而计算出此时计量斗内砂方量的实时测量值。
所述计量斗门的控制包括计量斗开门Y5、关与计量斗门关到位Y4三个状态以及对应的状态显示，控制上分为“手动”与“自动”两种模式，两种控制模式的具体实现的由操作台上一个三位旋钮加以实现，旋钮的三个位置，分别对应“手动”，“自动”与“关”，控制情况如下：
旋钮打至“关”位置，系统无条件关闭计量斗门；
旋钮打至“手动”位置，系统无条件打开计量斗门；
旋钮打至“自动”位置，系统将根据目前提升斗所处受料位置、沙面位置、提升斗中砂方量自动控制计量斗门动作。
所述计量斗开门Y5，计量斗42内砂方量进入提升斗44内，所述提升斗44在PLC模块的控制下上升、门开下料，系统根据本阶段已加砂方量45、本阶段应加砂方量46，得出本阶段仍需加砂方量47，进而计算出本斗需加砂方量423，将信号传递给皮带机运行控制Y2，经皮带机运行反馈Y1传递给PLC模块，从而控制皮带机进行动作。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.供砂计量子系统的控制方法，其特征在于：包括PLC程序输入、皮带机运行反馈、皮带机运行控制、计量斗传感器的监测、计量斗门的控制和提升斗的控制，根据实际需要编制PLC程序，使用上位计算机将编制的PLC程序烧制到PLC模块中，变更PLC程序的参数，即可满足不同的需求；所述皮带机运行控制包括皮带机启动、停止以及皮带机启动、停止状态的显示，其中控制上分为“手动”与“自动”两种模式，两种控制模式的具体实现的由操作台上一个三位旋钮加以实现，旋钮的三个位置，分别对应“手动”，“自动”与“停止”，控制情况如下：
旋钮打至“停止”位置，系统无条件停止砂料输送带的运转；
旋钮打至“手动”位置，系统无条件停止输出运转控制，此时用户应
根据实际情况将旋钮手动打至“停止”位置，以使皮带机停止运行；
旋钮打至“自动”位置，系统输出皮带机运行控制，自动控制皮带机运行；
所述计量斗传感器的监测，选用导向微波式物位计作为计量斗内砂料的测量传感器，高频率的微波脉冲沿着一根缆、棒或包含一根棒的同轴套管运行，接触到被测介质后，微波脉冲被反射回来，微处理器识别物位回波，分析计算后将它转换成物位信号给出，并实时向PLC模块传送模拟量信号，通过对模拟量信号的采样与换算，得出此时计量斗内砂面由底部向上的堆积高度，再根据计量斗的内部形状与砂的堆积角度参数，进而计算出此时计量斗内砂方量的实时测量值。
2.根据权利要求1所述的供砂计量子系统的控制方法，其特征在于：所述
皮带机运行控制，旋钮打至“自动”位置，计量斗传感器通过监测计量斗内砂的高度，得出计量斗内砂方量，反馈给PLC模块，由所述PLC模块调整相应外接设备动作。
3.根据权利要求1所述的供砂计量子系统的控制方法，其特征在于：所述计量斗门的控制包括计量斗开门、关与计量斗门关到位三个状态以及对应的状态显示，控制上分为“手动”与“自动”两种模式，两种控制模式的具体实现的由操作台上一个三位旋钮加以实现，旋钮的三个位置，分别对应“手动”，“自动”与“关”，控制情况如下：
旋钮打至“关”位置，系统无条件关闭计量斗门；
旋钮打至“手动”位置，系统无条件打开计量斗门；
旋钮打至“自动”位置，系统将根据目前提升斗所处受料位置、沙面位置、提升斗中砂方量自动控制计量斗门动作。
4.根据权利要求1或2所述的供砂计量子系统的控制方法，其特征在于：所述计量斗开门，计量斗内砂方量进入提升斗内，所述提升斗在PLC模块的控制下上升、门开下料，系统根据本阶段的已加砂方量、本阶段应加砂方量，得出本阶段仍需加砂方量，进而计算出本斗需加砂方量，将信号传递给皮带机运行控制，经皮带机运行反馈传递给PLC模块，从而控制皮带机进行动作。
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