CN202443299U - 灌浆现场过程监控系统 - Google Patents

Abstract

灌浆现场过程监控系统。包括:1) 在多个灌浆记录仪中设一台现场监控中心,后方数字大坝中设一台中央服务器, 三者间均用有线或无线加密传输灌浆数据。2)用密码和加密狗打开系统装置。3)设异常情况监控、报警、上传数据软件；实现可疑数据实时监控及即时处理;保证数据可靠及灌浆工程质量。4）设自动报警，有效地防止事故发生, 5)设有控制记录仪记录流程的软件，可防止施工方逃避监控等作弊发生。7)设有检测各记录仪位置，能自动绘制记录仪分布图的软件，方便现场设备管理。6）数据可靠后，方可上传服务器存储。本实用新型解决了监理人少监控分散的难题；保证数据安全和工程质量。3G传输成本低可靠。用无线网，施工面更换不需重新布线。管理人员不在现场也可远程监控。

Description

灌浆现场过程监控系统

（一）技术领域：本实用新型涉及一种灌浆现场监控系统。主要用于水利水电灌浆工程中对分布于各处灌浆现场中各施工面的各种参数记录仪的监控。属水利工程基础类（E02D）和测量装置类(G01D)。 

(二)背景技术：

这里的灌浆工程是指在水电站水坝施工中的灌浆工程。灌浆是指向电站水坝的堤岸、地基等灌入水泥、沙浆等物质，以加强牢固性。因此，灌浆质量将决定电站水坝的整体质量。压水是对灌浆后的堤岸、地基进行检测性试验。 

灌浆工程是隐蔽工程，灌浆工程各施工面施工过程存在监督困难，监督手段有限。由于记录仪分布的面广，监理的人数有限，且各施工面之间交通不便造成了施工过程监督困难。此外，传统的监理旁站式的监督手段，不能24小时每台机器旁站，造成有人监督的情况下施工单位不灌浆，无人监督情况下灌浆数据与实际不符等情况。 

目前灌浆记录普遍采用灌浆自动记录仪进行计量，可以在记录仪处进行自动测量、采集、处理和打印完整的过程，又由于记录仪分布范围较大而监理人员有限，造成监管上的困难，不仅资料查询不便，且打印出资料数据的真实可靠性有限，造成灌浆质量、灌浆工程量失控。因此如何解决大范围分散记录仪数据的集中化监控和管理成为当务之急。 

(三)实用新型内容：

本实用新型提供的灌浆现场过程监控系统，其目的之一是解决现有记录仪分布范围较大，监理人员有限，监管困难、查询不便。其目的之二是通过对灌浆过程全面监控，防止作弊导致的灌浆质量、灌浆工程量失控，以保证获得的灌浆数据真实可靠，有效的确保工程质量和工程安全的问题。 

技术方案如下：灌浆现场过程监控系统，其特征是 

①在灌浆现场中，各灌浆参数记录仪内, 增设通过总线与记录仪主机连接的记录仪数据收发器和加密模块；②在灌浆工程每处灌浆现场中均增设一台现场监控中心，现场监控中心包括：监控中心主机、监控打印机和报警器，通过总线与监控中心主机连接的监控中心数据收发器和加密模块；每台记录仪和现场监控中心间设有线网络或无线网络T12密文传输灌浆数据；③在距每处灌浆现场后方的数字大坝中设置一台中央服务器，中央服务器包括：中央服务器主机、中央打印机、通过总线与中央服务器主机连接的中央服务器数据收发器和加密模块；每处现场监控中心和中央服务器间用局域网或广域网T23的有线或无线密文传输灌浆数据; ④配有有权限设置的硬件加密狗，用于登陆现场监控中心、中央服务器和联网计算机；⑤现场监控中心主机内设有异常情况监控、报警、上传数据的软件；⑥现场监控中心主机内设有控制记录仪记录流程的软件；⑦现场监控中心主机内设有检测各记录仪位置，并能自动绘制记录仪分布图的软件。 

上述记录仪数据收发器、监控中心数据收发器或中央服务器数据收发器均分别包括数据收发电路、协议控制器和通信协议软件。上述通过数据收发器收发的记录仪和现场监控中心间设置的有线网络或无线网络T12可选择如下:无线网：无线电台、无线局域网Wifi、通用分组无线服务技术GPRS或便宜的低功耗近距离无线通讯技术Zigbee；有线网：电力线载波、485通信或现场总线技术。上述加密模块可采用处理器外增设加密芯片或在处理器内设加密软件。上述现场监控中心和中央服务器间有线或无线传输的局域网或广域网T23选择如下：有线网:光纤或网线;无线网：电信3G、移动3G、联通3G、第4代通信技术或通用分组无线服务技术GPRS。其余特征结合附图进一步说明。 

本实用新型有益效果： 

1）在一灌浆工程中有多处灌浆现场，见图1，左岸帷幕灌浆现场、右岸帷幕灌浆现场、大坝固结灌浆现场…..; 见图2, 每个灌浆现场内有分布于山体廊道、坝面、边坡等处对每个施工面进行测量和记录的灌浆记录仪。设置的现场监控中心对此灌浆现场监控网中的分散的记录仪进行统一监控，且通过监控中心进行资料集中打印，解决了监理人少，不能同时监控分散施工面的难题。2) 由于记录仪内未设打印装置，且只允许记录议操作者上传数据和执行指令，因此施工单位人员不是自己通过操纵记录仪打印资料，整个记录、传输、打印、资料存储,施工单位人员均无法接触和修改数据。3）设加密模块、多级密文传输和对操作者限定，能保证灌浆现场系统传输和监控中数据的安全性。4)现场监控中心设有异常情况监控、报警、上传数据的软件，实现可疑数据的实时监控及即时处理;通过网络遥控记录仪，防止了灌浆工程量失控、保证数据可靠及灌浆工程质量。5）现场监控中心设超过设定参数自动报警，例如：最大压力、最大流量、最大抬动值等，一旦监控参数超出设定值，报警器自动通知施工人员停止施工，有效地防止事故发生,例如灌浆抬动过大造成大坝裂缝等;同时记录下报警时刻的各种相关数据，供分析和处理。6) 现场监控中心主机内设有控制记录仪记录流程的软件，可有效防止施工单位逃避监控等作弊发生。7) 现场监控中心主机内设有检测各记录仪位置，并能自动绘制记录仪分布图的软件，方便现场设备管理。8）采用现场监控中心打印资料并双方认可后上传中央服务器，为后期资料汇总及处理提供标准化和真实可靠的数据。9）各个现场监控中心通过网络将数据传输到中央服务器，实现数据的汇总，且中央服务器可以为管理人员提供方便的各种查询服务。10）推荐使用成熟的电信无线3G信号或更先进得第四代无线通信技术传输，实现成本低、稳定可靠。11）采用无线网传输，记录仪所处的施工面更换时不需要像有线那样要重新进行布线，方便快捷，节省后期的使用维护成本。12）现场监控中心及中央服务器基于硬件加密狗（类似银行的U盾）进行用户管理，可以满足安全和管理的需要。例如插上具有相应权限的加密狗，便能在现场监控中心进行实时数据监控、施工记录表预览、报表打印。13）如果管理人员不在灌浆现场，也可以通过任何一台联网计算机插上硬件加密狗，实现现场监控。 

(四)附图说明：

图1  水电站灌浆工程中各处灌浆现场的过程监控系统总布置示意图。 

图2   每个灌浆现场的过程监控系统布置示意图。 

图3   记录仪1电路框图。 

图4   无线收发器电路框图。 

图5   现场监控中心2电路框图。 

图6   数字大坝中中央服务器3电路框图。 

图7   硬件加密狗4外形图。 

（五）具体实施方式

灌浆现场过程监控系统，本实施例中记录仪1与现场监控中心2间传输网络T12和记录仪1与中央服务器3间传输网络T13均采用无线网络。灌浆现场过程监控系统如下形成：①见图2，图3，在每处灌浆现场中分布的各灌浆自动记录仪1，组成如下：设记录仪主机1.2，以及通过电缆与记录仪主机相连的各种传感器1.3，可为流量传感器、压力传感器、密度传感器、位移传感器等及其组合。增设记录仪无线收发器1.1和加密模块1.3。记录仪主机1.2由数据采集模块、记录仪处理器、键盘、显示器和电子硬盘组成，数据采集模块、键盘和显示器分别与记录仪处理器单向连接，电子硬盘、记录仪无线收发器1.1和加密模块1.3与记录仪处理器双向连接。见图2、图3、图5，记录仪1与现场监控中心2间密文传输灌浆数据通过无线网络T12。 

见图4，无线收发器1.1包括无线收发电路、协议控制器和通信协议软件。协议控制器可采用单片机。无线收发电路接囗方式即无线网络T12采用无线局域网Wifi、通用分组无线服务技术GPRS和便宜的低功耗近距离无线通讯技术Zigbee。加密模块1.3采用在记录仪处理器外增设加密芯片1.3或在记录仪处理器内设加密软件。设加密软件是记录仪向现场监控中心和中央服务器传输数据前对记录仪主机1.2原始数据加密:包括密文存储和加入校验码。原始数据及校验码以密文形式存储, 任何人打开文件, 只看见一堆乱码, 无法读懂。经过密文传输至现场监控中心和中央服务器后进行数据解密。 

②见图2，图5，在灌浆现场增设现场监控中心2，包括：由监控中心处理器、键盘、显示器和电子硬盘组成的监控中心主机2.2、监控打印机2.4、报警器2.5,键盘和显示器分别与监控中心处理器单向连接，电子硬盘与监控中心处理器双向连接。监控中心主机2.2内增设与监控中心处理器双向连接的加密模块2.3；增设与加密模块2.3双向连接并通过加密模块与监控中心处理器双向连接的监控中心无线收发器2.1，现场监控中心2通过监控中心无线收发器2.1、无线网络T12与记录仪1间进行密文传输灌浆数据。监控中心无线收发器2.1与记录仪无线收发器1.1相同。均为图4无线收发器。现场监控中心2还设与加密模块2.3双向连接并通过加密模块与监控中心处理器双向连接的监控中心无线收发器2.1F和监控中心有线收发器2.1E;现场监控中心通过无线收发器2.1F、无线网络T23(例如电信3G)与中央服务器3间无线密文传输灌浆数据。现场监控中 

心也可通过有线收发器2.1E、有线网T23<例如电信internet有线网(网线或光纤)>与中央服务器3间有线密文传输灌浆数据。 

③见图1，图2和图6，在距灌浆现场后方的“数字大坝”中设置中央服务器3，包括：由中央处理器、键盘、显示器和电子硬盘组成的中央服务器主机3.2和中央打印机3.4，键盘和显示器分别与中央处理器单向连接，电子硬盘与中央处理器双向连接。中央服务器主机3.2内增设与中央处理器双向连接的加密模块3.3；增设与加密模块3.3双向连接并通过加密模块与中央处理器双向连接的中央处理器无线收发器3.1，中央服务器3通过中央处理器无线收发器3.1、无线网络T13与记录仪1间进行密文传输灌浆数据。中央处理器无线收发器3.1与记录仪无线收发器1.1相同。均为图4无线收发器。中央处理器3还设与加密模块3.3双向连接并通过加密模块与中央处理器双向连接的中央服务器无线收发器3.1F和中央服务器有线收发器3.1E; 中央服务器通过中央服务器无线收发器3.1F, 无线网络T23(例如电信3G)与现场监控中心2间无线密文传输灌浆数据。中央服务器也可通过中央服务器有线收发器3.1E, 有线网T23<例如电信internet有线网(网线或光纤)>与现场监控中心2间有线密文传输灌浆数据。见图2, 远处任意一台与中央服务器联网计算机5, 也可通过有线网或无线网T35(例如internet有线网)登陆中央服务器。 

④见图2, 图7,监控系统中还设有硬件加密狗4，并按安全需要，对加密狗各相关方的操作权限进行如下设置：操作记录仪1的施工人员只允许通过无线网络T12、T13分别向现场监控中心和中央服务器上传数据；业主和监控人员通过系统验证后允许获得自己需要的数据。硬件加密狗4原理类似银行的U盾（即“电子钥匙”）,U盾中存有授权信息，在网上银行操作时，只有插上U盾才能付款, 在此不再提供硬件加密狗芯片电路图。此硬件加密狗内也存有加密的授权信息，该硬件加密狗内容无法被修改。由持有硬件加密狗4的现场管理人员打开现场监控中心。现场监控主机2.2内设有实时数据监控、施工记录表预览、报表打印的软件。 

⑤现场监控中心主机内设有异常情况监控、报警、上传数据的软件，具体程序为：A.监控人员发现可疑数据,通过键盘、网络发送指令远程遥控记录仪1，直接中断记录仪工作和发出记录仪将当前数据上传到监控中心指令，供监控人员分析；同时通知监理工程师，现场检查处理；B. 监控中心内灌浆参数值超过设定值,报警器报警,施工人员停止施工,同时记录下报警时刻的各种相关数据，供分析和处理。 

⑥现场监控中心主机内设有控制记录仪记录流程的软件；具体程序为： ①现场监控中心自动检测记录仪是否处在在线状态下，若是进行步骤②，若不是，记录仪停止记录;②记录仪向现场监控中心上报上次的记录仪数据，并得到现场监控中心的联网确认; ③记录仪开始本次新的记录。 

⑦现场监控中心主机内设有检测各记录仪位置，并能自动绘制记录仪分布图的软件。现场监控中心主机通过检测数字收发器所联网络收发距离确定各记录仪位置，并能自动绘制记录仪分布图。 

Claims (6)

1.灌浆现场过程监控系统，其特征是

①在灌浆现场中，各灌浆参数记录仪内, 增设通过总线与记录仪主机连接的记录仪数据收发器和加密模块；②在灌浆工程每处灌浆现场中均增设一台现场监控中心，现场监控中心包括：监控中心主机、监控打印机和报警器，通过总线与监控中心主机连接的监控中心数据收发器和加密模块；每台记录仪和现场监控中心间设有线网络或无线网络T12密文传输灌浆数据；③在距每处灌浆现场后方的数字大坝中设置一台中央服务器，中央服务器包括：中央服务器主机、中央打印机、通过总线与中央服务器主机连接的中央服务器数据收发器和加密模块；每处现场监控中心和中央服务器间用局域网或广域网T23的有线或无线密文传输灌浆数据; ④配有有权限设置的硬件加密狗，用于登陆现场监控中心、中央服务器和联网计算机。

2.按权利要求1所述的灌浆现场过程监控系统，其特征是记录仪数据收发器、监控中心数据收发器或中央服务器数据收发器均分别包括数据收发电路、协议控制器和通信协议软件。

3.按权利要求1或2所述的灌浆现场过程监控系统，其特征是通过数据收发器收发的记录仪和现场监控中心间设置的有线网络或无线网络T12选择如下:无线网：无线电台、无线局域网Wifi、通用分组无线服务技术GPRS或便宜的低功耗近距离无线通讯技术Zigbee；有线网：电力线载波、485通信或现场总线技术。

4.按权利要求1所述的灌浆现场过程监控系统，其特征是所述加密模块采用处理器外增设加密芯片或在处理器内设加密软件。

5.按权利要求1所述的灌浆现场过程监控系统，其特征是现场监控中心和中央服务器间有线或无线传输的局域网或广域网T23选择如下：有线网:光纤或网线;无线网：电信3G、移动3G、联通3G、第4代通信技术或通用分组无线服务技术GPRS。

6.按权利要求1所述的现场过程监控系统，其特征是记录仪主机、监控中心主机和中央服务器主机分别由处理器、键盘、显示器和电子硬盘组成，所述键盘、显示器和电子硬盘分别与处理器连接。 

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