摘要：利用美國HORNER公司的一體化控制器（OCS）自身所具有的強大的數據采集功能﹑邏輯運算和控制功能及超強的網絡通訊能力，完成對地鐵施工安全監測傳感器數據的采集和監控，從而使城市軌道交通深基坑施工的風險的監測和預控更加科學和準確。

　　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.

　　關鍵詞：

　　OCS：OPERATOR CONTROL STATION可編程人機界面控制器

　　PLC：PROGRAMABLE LOGIC CONTROLLER 可編程邏輯控制器

　　GPRS：基于GSM網絡的一種通訊方式

　　Cscape：HORNER公司的編程軟件

　　一、深基坑施工安全監測系統的必要性

　　按傳統的觀念，往往把地鐵站工程基坑土體的挖除視作僅僅是一項簡單的土方工程，并不與基坑工程的安全、經濟有關。傳統的計算理論和經驗也著重解決基坑穩定性，但是在喪失穩定之前，由于挖土引起土中應力場、應變場的變化，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策。因此，隨著基坑工程迅速發展，研究解決基坑開挖過程中基坑的位移具有重要的意義，而現場數據采集和實時報警是基坑施工監測系統的關鍵，尤其是在城市高樓林立區域，地鐵車站施工的安全監測有重要的現實意義，所以如何設計監測系統就變得更加重要了。

　　在地鐵站工程深基坑的施工中，一般采用地下連續墻加內支撐的支護方法。按設計要求，為保證基坑開挖及結構施工安全，基坑施工應與現場監測相結合，根據現場所得的信息進行分析，及時反饋并通知有關人員，以便及時調整設計、改進施工方法、達到動態設計與信息化施工的目的。 基坑的監測內容主要有：基坑壁（地下連續墻）的水平位移觀測數據（測斜）；地下連續墻頂水平位移監測數據；混凝土內支撐梁的軸力測試數據；鋼管支撐梁的軸力測試數據。通過基坑位移與支撐梁的內力監測，基本上可以了解基坑的穩定情況。但目前我國在基坑施工安全監測方面還很落后，特別是在監測、控制及網絡的結合方面很薄弱，還沒有形成一套穩定、實用、可靠的遠程監控系統。下文將對一種新的解決方案做詳細的論述。

　　二、深基坑施工安全監測一體化解決方案

　　可編程控制器（PLC）---這個在工業自動化領域非常普遍使用的控制產品，依其超強的抗干擾﹑抗惡劣環境能力和實時采集與控制能力，使我國工業自動化的水平在20多年來迅速提升，然而其在地鐵站工程深基坑的施工監測系統中的應用還是一個空白。

　　本文介紹的一體化解決方案就是采用當今在歐美自動化市場非常流行的一體化工業控制器既“可編程人機界面控制器（OCS）”，其主要特點是將人機界面，PLC控制器，I/O及網絡和GPRS模塊集成為一體，解決了傳統PLC與顯示屏分體，連接復雜的問題，同時也減少了通訊故障點并節省了安裝空間，方便了安裝。

　　在程序開發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發，屏幕畫面編輯，硬件I/O配置和網絡設定功能。界面友好，直觀易學，無需太多培訓便可輕松掌握軟件的應用。

　　OCS控制器在開放性和連接功能方面也是十分強大的。它支持多種通訊方式：例如串口通訊（每款OCS都會內置2－3個串口），可支持RS232或RS485通訊,對于標準Modbus主/從協議，只需簡單配置便可與Modbus設備通訊，它還支持自由口編程通訊；標準以太網通訊；GPRS/GSM通訊；無線網絡通訊；電話調制解調器通訊；并且支持多種現場總線連接：CANopen，CsCAN，DeviceNet，Profibus，Interbus，SAE J1939。簡單方便的與各種工控設備進行連接，體現了OCS強大的開放性。

　　在深基坑施工安全監測系統中，OCS可方便地與精力水準儀等傳感器組成現場數據采集裝置，OCS可通過MODBUS協議與傳感器通訊并利用GPRS無線網絡將采集的數據傳輸到監控中心，實現對地鐵工程多工點深基坑施工安全的遠程監測。

　　1．  數據采集功能

　　XL6控制器可以通過兩種方法采集現場數據信號，一種是將傳感器的模擬量信號直接連接到XL6控制器的輸入端子上，另一種是通過RS232/RS485方式與傳感器通訊來采集數據。XL6控制器本機內置點數最多達42點，如果傳感器數量多，可以再連接擴展I/O模塊。

　　2．  數學運算及報警功能

　　XL6控制器較一般普通的PLC具有更強的數學運算能力，它除了具有各種豐富的數學函數外，還支持高級的表達式運算功能，其編程功能不亞于高級語言，而編程操作的簡便性更適合于工業現場使用。XL6控制器具有豐富的報警功能，現場操作人員可根據理論計算值設定不同的報警上下限值，實現實時自動報警。

　　3．  本地顯示及操作功能

　　XL6控制器本身集成了一個5.7”寸TFT真彩色觸摸屏，可以用來在現場顯示各種動態圖形和曲線，同時還可以輸入各種報警上下限值或其它參數，為現場人員提供了一個友好的人機界面。

　　4．  遠程數據傳輸功能

　　XL6控制器可支持多種通訊方式與遠方的控制計算機通訊，例如以太網﹑無線AP﹑GPRS/GSM﹑MODEM等，同時也支持與各種組態軟件或自編的應用軟件通訊。

　　5．  上位機遠程實時監控

　　在上位機只需安裝EnvisionRV軟件，而無需再按常規方法開發組態畫面，即可輕松實現遠程在線監控，在上位機可同步或異步地看到不同現場控制器的監控畫面并可對控制器進行遠程操作，強大的數據登錄和故障報警功能使該遠程實時監控系統更加完善。

　　6．  數據存儲功能

　　XL6控制器支持普通的SD卡存儲，存儲量可達2G，它可用來存儲歷史數據和應用程序，存儲文件的格式可以是EXCEL格式。HORNER公司還有專用的遠程數據傳輸軟件EnvisionFX，支持在遠程計算機上通過FTP方式直接讀取SD卡中的數據。

　　三、結論

　　由XL6控制器組成的深基坑監測系統集數據采集﹑數學運算﹑實時報警﹑本地顯示與操作﹑遠程數據傳輸﹑本地數據存儲及上位機遠程監控等多種功能于一體，既具有PLC的安全可靠性，又具有計算機的靈活性，這是一個采用工業應用“一體化”控制理念，利用城市GPRS/GPS網絡實現深基坑施工安全監測系統的新型解決方案。 

　　雖然該方案目前還為實際項目中應用，但類似應用在其它行業已非常普及，相信這種新穎的控制理念一定會推動我國深基坑施工安全監測水平的提高，本文研究結果僅供參考。

　　參考文獻:

　　[1] 中國建筑科學研究院. JGJ120- 99 建筑基坑支護技術規程[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 1999.

　　[2] 劉建航,侯學淵. 基坑工程手冊[M]. 北京:中國建筑工業出版社,1997.

　　王華強  浩納爾（天津）自動化科技有限公司 高級工程師 郵編：300192 電話 13312075882

　　湯石男  深圳市地鐵有限公司               高級工程師 郵編：518026 電話 13828701168