CN111364440A - 一种真空预压施工监控仪及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种真空预压施工监测仪及其工作方法，该监测仪包括开关电源、主控板卡、液晶屏、负压传感器、流量传感器、继电器、接触器和泵机；开关电源输入端连接到第一电源，输出端连接到所述主控板卡、负压传感器、流量传感器和液晶屏；主控板卡与所述负压传感器、流量传感器相连，接收负压信号和流量信号；主控板卡和所述继电器控制端相连，根据负压信号和流量信号控制继电器的开关和闭合；所述继电器输出端连接到所述接触器的控制端，控制所述接触器的开关和闭合，接触器的输入端连接到第二电源，输出端连接到所述泵机；所述主控板卡还与所述液晶屏相连，主控板卡具有网络通讯模块。该监测仪能够实现施工数据的实时监测。

Description

一种真空预压施工监控仪及其工作方法

技术领域

本发明属于施工技术领域，特别涉及一种真空预压施工监控仪及其工作方法。

背景技术

真空预压法就是在需要加固的软基中插入竖向排水通道(如砂井、袋装砂井或塑料排水板等)，然后在地面铺设一层砂垫层，再在其上覆盖一层不透气的薄膜。在膜下抽真空形成负压(相对大气压而言)，负压沿竖向排水通道向下传递土体与竖向排水通道的不等压状态又使负压向土体中传递，在负压作用下，孔隙水逐渐渗流到竖向排水通道中而达到土体排水固结、强度增长的效果。真空预压法作为新一代软基加固方法，以其工期短、施工安全、无污染环境、费用低等优点而广泛应用于港口、码头、机场、工业与民用建筑等工程建设，但理论研究的落后限制了其工程上的进一步推广应用。用真空预压加固软土地基，在固结过程中不仅土体产生垂直沉降，侧向也会产生向着负压源的水平位移。当在真空预压的影响范围内有其他建筑设施时，使用该法可能会危及其上部结构物的安全。真空预压法施工流程如下：测量放线→铺设主支滤排水管→铺设上层砂垫层→砂面整平→铺设聚氯乙烯薄膜→施工密封沟→设置测量标志→安装真空泵→抽真空预压固结土层。

现有技术的缺点：1.目前的真空预压施工系统，只能够进行施工作业操作。不具备对施工过程的实时在线监控和施工历史数据的保存追溯等功能。在作业工程中，存在操作全凭施工员经验和责任心，工程管理单位监管难度大的问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种真空预压施工监控仪及其工作方法，能够在施工过程中，监控排水量和压力情况，实现数据的可监控性。

具体采用的技术方案如下：

一种真空预压施工监测仪，包括开关电源、主控板卡、液晶屏、负压传感器、流量传感器、继电器、接触器和泵机；

所述开关电源输入端连接到第一电源，输出端连接到所述主控板卡、负压传感器、流量传感器和液晶屏，将所述第一电源转换为所述主控板卡、负压传感器、流量传感器和液晶屏所需的工作电压；

所述主控板卡与所述负压传感器、流量传感器相连，接收负压信号和流量信号；所述主控板卡和所述继电器控制端相连，根据所述负压信号和流量信号控制继电器的开关和闭合；所述继电器输出端连接到所述接触器的控制端，控制所述接触器的开关和闭合，所述接触器的输入端连接到第二电源，输出端连接到所述泵机；所述主控板卡还与所述液晶屏相连，所述主控板卡具有网络通讯模块。

可选的，所述开关电源包括隔离变压器，采用双路开关电源实现两路电源输出，其中一路连接到所述主控板卡，另一路连接到所述负压传感器和流量传感器。

可选的，所述第一电源为AC220V，所述第二电源为AC220V或者AC380V。

可选的，所述主控板卡包含多路电流信号采集输入端、多路电流模拟量控制转换输出端、多路电压开关量的采集输入端、多路电压开关量的控制输出端、RS232接口、RS485接口和无线通信接口模块；所述负压传感器和所述流量传感器通过不同路的电流信号采样输入端连接到所述主控板卡，所述液晶屏通过接口连接到所述主控板卡。

可选的，还包括智能电表，所述智能电表通过所述RS485接口连接到所述主控板卡。

可选的，还包括定位单元，所述定位单元通过串口连接到所述主控板卡。

一种真空预压施工工作方法，适用于上述真空预压施工监测仪，所述工作方法包括步骤：

开启泵机进行抽水；

检测剩余水量，并判断所述剩余水量是否小于下限值；若否，继续控制泵机抽水；若是，则停泵等待，并保持当前压力；

判断停泵时间是否达到等待时间；若否，则继续停泵等待并保持当前压力；若是，则判断是否需要继续抽水，若是，则再次开启泵机抽水。

可选的，所述检测剩余水量，并判断所述剩余水量是否小于下限值包括步骤：检测泵机电流，并判断所述泵机电流是否稳定在空载电流标准值，若稳定在空载电流标准值表明剩余水量小于下限值；

所述判断是否需要继续抽水包括步骤：开启泵机，并判断泵机电流是否达到空载电流标准值，若达到则表明不需要继续抽水。

可选的，所述判断停泵时间是否达到等待时间包括步骤：

确定等待时间后，再判断停泵时间是否到达等待时间。

可选的，所述确定等待时间包括步骤：

设定第一次停泵等待时间为T01；

记录第N次排水时间T_N；

计算第(N+1)次等待时间T0(N+1)，T0(N+1)＝(T_N/T_N+1)*T0(N)，其中N为大于等于1的自然数。

本发明提供的一种真空预压施工监测仪，能够通过流量传感器和负压传感器进行排水量和压力监测，并通过主控板卡的通信模块进行发送，实现了施工数据的实时监控，有利于对施工作业数据进行分析统计，判断施工是否达标，有利于提高工程的可靠性和可溯源性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本申请一实施例提供的真空预压施工监控仪的模块框图；

图2为本申请另一实施例提供的真空预压施工方法的流程图；

图3为本申请另一实施例提供的真空预压施工方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本申请实施例提供了一种真空预压施工监测仪，如图1所示，包括开关电源11、主控板卡12、液晶屏13、负压传感器14、流量传感器15、继电器16、接触器17和泵机18；

所述开关电源11输入端连接到第一电源AC1，输出端连接到所述主控板卡12、负压传感器14、流量传感器14和液晶屏13，将所述第一电源AC1转换为所述主控板卡12、负压传感器14、流量传感器15和液晶屏13所需的工作电压，为真空预压施工监测仪中需要供电的模块进行供电。

主控板卡12与负压传感器14、流量传感器15相连，接收负压信号和流量信号；负压信号表征竖向排水通道的压力，流量信号表征抽水量；主控板卡12和继电器16控制端相连，根据所述负压信号和流量信号控制继电器的开关和闭合；继电器16输出端连接到所述接触器17的控制端，控制所述接触器17的开关和闭合，所述接触器17的输入端连接到第二电源AC2，输出端连接到所述泵机18；所述主控板卡12还与所述液晶屏13相连，所述主控板卡具有网络通讯模块。根据负压信号和流量信号可以判断竖向排水通道中的施工情况，根据施工情况控制泵机工作，具体的，继电器为弱点控制，其工作电源也可以从开关电源11处获得，也可以利用其它方式获取，对此不做限定。而泵机为强电供电电机，利用接触器可以实现泵机与强电电源AC2之间的通断控制，而接触器的控制由继电器控制，即主控板卡12通过开关量控制数据接口，控制中间继电器16，再控制接触器17实现对泵机18的控制，实现强弱电的隔离效果。主控板卡的网络通讯模块可以直接与施工人员或者监工人员的设备端相连，实现对施工过程的实时观测，保证了施工可靠性。

进一步的，在一个实施例中，所述开关电源11包括隔离变压器，并采用双路开关电源实现两路电源输出，其中一路连接到所述主控板卡，另一路连接到所述负压传感器和流量传感器。其中隔离变压器在电源系统中起到了低通滤波器的作用，能有效隔离施工作业环境下电源扰动，保护主控板卡。双路开关电源具备宽电压输入范围，隔离的双路直流输出，能够将主控板卡的电源和传感器电路电源隔离，提高传感器采用精度。

进一步的，在一个实施例中，所述第一电源为AC220V，所述第二电源为AC220V或者AC380V。

上述实施例中，可以设置主控板卡12包含多路电流信号采集输入端、多路电流模拟量控制转换输出端、多路电压开关量的采集输入端、多路电压开关量的控制输出端、RS232接口、RS485接口和无线通信接口模块；所述负压传感器和所述流量传感器通过不同路的电流信号采样输入端连接到所述主控板卡，所述液晶屏通过接口连接到所述主控板卡。不同接口可以按需连接不同模块，无线通信接口模块可以连接外置的通信模块，实现通信。

进一步的，在一个实施例中，真空预压施工监测仪还包括智能电表，所述智能电表通过所述RS485接口连接到所述主控板卡，起到该仪器的用电量监测作用。进一步的，该监测仪还包括定位单元，所述定位单元通过串口连接到所述主控板卡。

具体的，在一个实施例中，主控板卡可以采用类PLC的设计，包含了8路4-20毫安变送电流信号的采集输入端、2路4-20毫安电流模拟量的控制转换输出端、8路0-24伏开关量的采集输入端、6路0-24伏开关量的采集输出端、2路频率脉冲信号的采集输入端；并且包含了RS232串行接口、RS485串行接口、RJ45以太网接口以及USB3.0串行通信总线的有限通信接口；包含了LTE(4G)、LORA(RF)两部分的无线通信模块。该监测仪的结构可以邮筒式站立设计，有利于滩涂水面安装，提高整体控制柜防水性能。该主控板卡能够实时采集真空预压施工过程中各大关键施工数据，包括：真空压力(一路4-20ma信号)、阀门状态(开关量采集)、累计排水(一路4-20ma信号)、累计用电(RS485总线采集)、实时地理位置信息(GPS定位)等。能够实时将记录参数(包括用电量、排水量、当前工作状态、定位位置)，统计参数通过4G网络发送至物联网平台，实现远程施工管理监督、历史数据统计存储的功能。即，主控板卡通过各接口与各模块连接。通过RS485总线接口，与智能电表相连，能够采集当前设备电压、电流、用电量等参数。通过4-20ma模拟量接口与负压传感器相连，能够实时采集当前(-0.1mpa～0.1mpa)量程范围内的压力数据。通过4-20ma模拟量接口与流量传感器相连，实时采集当前排水流量，并统计累计排水流量。主板自带4G网络通讯，能够和监控系统建立数据连接。

本申请提供的真空预压施工监测仪能够实现真空预压作业的自动控制，自动抽水，自动保压，能够记录累计排水量，能够记录作业用电能耗；能够解决真空预压施工过程中的，作业数据监控记录功能，对施工作业数据进行分析统计；能够判断施工是否达标，并对数据存储可追溯。

基于上述真空预压施工监测仪，本申请实施例还提供了一种真空预压施工工作方法，适用于上述真空预压施工监测仪，如图2所示，所述工作方法包括步骤：

S11泵机抽水，监测仪刚接入电源工作时，开启泵机进行抽水；

S12检测剩余水量，并判断所述剩余水量是否小于下限值；若否，则返回步骤S11继续控制泵机抽水；若是，则进入步骤S13停泵等待，并保持当前压力；

S14判断停泵时间是否达到等待时间；若否，则返回步骤S13继续停泵等待并保持当前压力；若是，则进入步骤S15判断是否需要继续抽水，若是，则再次返回步骤S11开启泵机抽水。如此循序，直至步骤S15判断结果为不需要继续抽水，施工完成，结束真空预压工作。

进一步的，可以利用主控板卡监测泵机电流，此时如图3所示，步骤S12检测剩余水量，并判断所述剩余水量是否小于下限值包括步骤S121：检测泵机电流，并判断所述泵机电流是否稳定在空载电流标准值，若稳定在空载电流标准值表明剩余水量小于下限值；具体的，稳定为常规概念，比如预设时间泵机电流均小于或等于空载电流标准值，则表示泵机电流已经稳定在空载电流标准值，或者联系监测若干次泵机电流，每次泵机电流均小于或等于空载电流标准值，则表示泵机电流已经稳定在空载电流标准值；对此不做限定。

步骤S15判断是否需要继续抽水包括步骤S151：开启泵机，并判断泵机电流是否达到空载电流标准值，若达到则表明不需要继续抽水。开启泵机，泵机工作，如果水已抽完，则泵机会空载运行，如果泵机电流达到空载电流标准值，则表示水已抽完，不需要继续抽水，施工完成。

进一步的，在上述实施例中，步骤S14判断是否到达停泵时间是否达到等待时间包括步骤：确定等待时间S141和步骤S142判断停泵时间是否到达等待时间，具体的，确定等待时间后，再判断停泵时间是否到达等待时间。

在另一个实施例中，等待时间由上次等待时间、本次排水时间、上次排水时间决定，排水时间为泵机开启时间，具体的，所述确定等待时间包括步骤：

设定第一次停泵等待时间为T01；

记录第N次排水时间T_N；

计算第(N+1)次等待时间T0(N+1)，T0(N+1)＝(T_N/T_N+1)*T0(N)，其中N为大于等于1的自然数。

在一个实施例中，当该监测仪开启作业时，控制系统则自动开启泵机进行抽水作业，直至剩余水量小于设置下限值后，进行停泵，保持当前压力；并根据排水时间和停泵时间，自动计算此后的停泵时间。具体的，第一次启动泵排水后，根据电流进行判断，当电流稳定在泵机空载电流标准值时，控制停泵，并记录此次排水时间T1；此时，监测仪将等待系统预设的“等待时间”T01后，自动开启泵第二次排水，直至泵机电流再次到达空载电流标准值时停泵，并记录第二次排水时间T2；第二次停泵等待时间T02＝T1/T2*T01。第三次排水至电流达到空载电流标准值后记录排水时间T3，第三次停泵时间则为T2/T3*T02.依次类推。即泵机作业时间为泵机开机作业后，泵机电流达到“空载电流标准值”停止。第(N+1)次停止至第(N+2)开启泵机的等待时间T0(N+1)的计算公式为T0(N+1)＝(T_N/T_N+1)*T0(N),其中T_N、T_N+1分别为第N、(N+1)次排水时间，T0(N)为第N次停止至第(N+1)开启泵机的等待时间，其中N为大于等于1的自然数。

在一个实施例中，结合该工作方法的真空预压施工监测仪支持自动抽真空、自动保持真空、排水流量记录、泵机保护等功能。能够记录累计预压排水量、累计用电量等统计参数。支持4G网络通信，数据及运行状态可同步上报云端。且能够实时记录控制系统的工作状态，包括泵机状态(排水中，暂停中)，泵机启停时间(排水时长、排水间隔时间)，累计排水量(流量传感器量，4-20ma信号采集)，累计用电量(通过智能电表测量，RS485总线采集)，并能将记录数据实时上报服务器云平台。另外通过监控累计排水量(即反应施工排水效果。排水越多，即作业效果越好)、累计电量(即施工能耗统计。用电越少，施工费用越省钱)、真空负压力(排水压力效果。负压压力越低，施工的真空效果越好，作业速度越快)，匹配控制算法(即泵机的启动时间控制计算)，能够进一步提高作业高效，节约能耗。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种真空预压施工监测仪，其特征在于，包括开关电源、主控板卡、液晶屏、负压传感器、流量传感器、继电器、接触器和泵机；

所述开关电源输入端连接到第一电源，输出端连接到所述主控板卡、负压传感器、流量传感器和液晶屏，将所述第一电源转换为所述主控板卡、负压传感器、流量传感器和液晶屏所需的工作电压；

所述主控板卡与所述负压传感器、流量传感器相连，接收负压信号和流量信号；所述主控板卡和所述继电器控制端相连，根据所述负压信号和流量信号控制继电器的开关和闭合；所述继电器输出端连接到所述接触器的控制端，控制所述接触器的开关和闭合，所述接触器的输入端连接到第二电源，输出端连接到所述泵机；所述主控板卡还与所述液晶屏相连，所述主控板卡具有网络通讯模块。

2.如权利要求1所述的一种真空预压施工监测仪，其特征在于，所述开关电源包括隔离变压器，采用双路开关电源实现两路电源输出，其中一路连接到所述主控板卡，另一路连接到所述负压传感器和流量传感器。

3.如权利要求1所述的一种真空预压施工监测仪，其特征在于，所述第一电源为AC220V，所述第二电源为AC220V或者AC380V。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种真空预压施工监测仪，其特征在于，所述主控板卡包含多路电流信号采集输入端、多路电流模拟量控制转换输出端、多路电压开关量的采集输入端、多路电压开关量的控制输出端、RS232接口、RS485接口和无线通信接口模块；所述负压传感器和所述流量传感器通过不同路的电流信号采样输入端连接到所述主控板卡，所述液晶屏通过接口连接到所述主控板卡。

5.如权利要求4所述的一种真空预压施工监测仪，其特征在于，还包括智能电表，所述智能电表通过所述RS485接口连接到所述主控板卡。

6.如权利要求4所述的一种真空预压施工监测仪，其特征在于，还包括定位单元，所述定位单元通过串口连接到所述主控板卡。

7.一种真空预压施工工作方法，其特征在于，适用于权利要求1-6任一项所述真空预压施工监测仪，所述工作方法包括步骤：

开启泵机进行抽水；

检测剩余水量，并判断所述剩余水量是否小于下限值；若否，继续控制泵机抽水；若是，则停泵等待，并保持当前压力；

判断停泵时间是否达到等待时间；若否，则继续停泵等待并保持当前压力；若是，则判断是否需要继续抽水，若是，则再次开启泵机抽水。

8.如权利要求7所述的一种真空预压施工工作方法，其特征在于，所述检测剩余水量，并判断所述剩余水量是否小于下限值包括步骤：检测泵机电流，并判断所述泵机电流是否稳定在空载电流标准值，若稳定在空载电流标准值表明剩余水量小于下限值；

所述判断是否需要继续抽水包括步骤：开启泵机，并判断泵机电流是否达到空载电流标准值，若达到则表明不需要继续抽水。

9.如权利要求8所述的一种真空预压施工工作方法，其特征在于，所述判断停泵时间是否达到等待时间包括步骤：

确定等待时间后，再判断停泵时间是否到达等待时间。

10.如权利要求9所述的一种真空预压施工工作方法，其特征在于，所述确定等待时间包括步骤：

设定第一次停泵等待时间为T01；

记录第N次排水时间T_N；

计算第(N+1)次等待时间T0(N+1)，T0(N+1)＝(T_N/T_N+1)*T0(N)，其中N为大于等于1的自然数。

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