專利名稱:供砂計量子系統以及控制方法
技術領域:
本發明涉及水下擠密砂樁領域,尤其涉及水下擠密砂樁的供砂計量子系統以及該供砂計量子系統的控制方法。
背景技術:
目前,我國近海條件較好的深水岸線已基本得到開發,為適應港口吞吐能力發展的要求,離岸群島間的深水岸線和深水港建設正大量興起,地基基礎也更為復雜,如洋山港、馬跡山港、曹妃甸港等。伴隨著港口建設的深水、離岸以及外海化的發展趨勢,人工島建設、深水筑提、高填土駁岸結構越來越普遍。然而外海施工的特點是遠離陸地、風浪條件惡劣、有效作業時間極為有限,無論是施工難度還是工期都受到極大的制約,這些都給外海人造陸域的地基處理帶來了難度。根據發達國家在離岸深水港建設中的經驗,擠密砂樁在外海人工島建設中具有無可比擬的優勢。擠密砂樁對地基的適應性強,用于軟弱地基加固時,它同時具有置換作用、 擠密作用、加快固結作用,可以直接、快速、顯著地提高軟弱地基的承載力,對后繼工序的快速推進十分有利。同時,由于水下擠密砂樁形成的高置換率復合地基具有較高的承載力,較低的壓縮性,使得它可與多種形式的上部結構整合應用(例如在砂樁復合地基上采用沉箱等重力式結構),從而達到減少工程造價的目的。隨著我國外海筑港、筑島、筑提建設的發展,水下擠密砂樁的應用前景將十分廣闊。水下擠密砂樁是一種地基加固新技術,它是在砂樁船上通過振動設備和管腔增壓裝置把砂強制壓入水下軟弱地基中,經過振動拔管、回打、擠密擴徑,形成擠密砂樁。通過擠密砂樁的置換、擠密、排水作用,可增加地基強度,加快地基固結,減少結構物沉降,提高地基的抗液化能力。水下擠密砂樁的適用范圍廣泛,可應用于對砂性土、粘性土、有機質土等幾乎所有土質的地基加固處理。與普通砂樁相比擠密砂樁樁體的密實性高,加固的置換率可達60 70%。水下擠密砂樁具有施工周期短、加固效果明顯,工序可控性好等特點,優勢獨特,非常適用于外海人工島、防波提、護岸、碼頭等工程的地基基礎加固。由于擠密砂樁施工時的振動密實和強制擴徑,每根擠密砂樁施工消耗的砂料遠高于普通砂樁。因此砂料體積的計量對于擠密砂樁施工質量及施工效率有很大影響。實現砂料體積的精確計量與自動化輸送對于提高擠密砂樁施工質量和施工效率有著重要意義。
發明內容
為了解決上述問題,本發明提供了供砂計量子系統以及控制方法。供砂計量子系統,包括上位計算機、數據通訊、PLC模塊和外接設備,所述外接設備包括皮帶機、計量斗、計量斗傳感器和提升斗,所述外接設備與PLC模塊相連,通過PLC模塊控制外接設備動作,所述外接設備動作包括皮帶機運行反饋、皮帶機運行控制、計量斗傳感器監測、計量斗門關到位、計量斗開門、提升斗開門。進一步,所述計量斗傳感器為導向微波式物位計。
供砂計量子系統的控制方法,包括PLC程序輸入、皮帶機運行反饋、皮帶機運行控制、計量斗傳感器的監測、計量斗門的控制和提升斗的控制,根據實際需要編制PLC程序, 使用上位計算機將編制的PLC程序燒制到PLC模塊中,變更PLC程序的參數,即可滿足不同的需求;所述皮帶機運行控制包括皮帶機啟動、停止以及皮帶機啟動、停止狀態的顯示,其中控制上分為“手動”與“自動”兩種模式,兩種控制模式的具體實現的由操作臺上一個三位旋鈕加以實現,旋鈕的三個位置,分別對應“手動”,“自動”與“停止”,控制情況如下旋鈕打至“停止”位置,系統無條件停止砂料輸送帶的運轉;旋鈕打至“手動”位置,系統無條件停止輸出皮帶機運轉控制,此時用戶應根據實際情況將旋鈕手動打至“停止”位置,以使皮帶機停止運行;旋鈕打至“自動”位置,系統輸出皮帶機運行控制,自動控制皮帶機運行。進一步,所述皮帶機的控制,旋鈕打至“自動”位置,計量斗傳感器通過監測計量斗內砂的高度,得出計量斗內砂方量,反饋給PLC模塊,由所述PLC模塊調整相應外接設備動作。再進一步,所述計量斗傳感器的監測,選用導向微波式物位計作為計量斗內砂料的測量傳感器,高頻率的微波脈沖沿著一根纜、棒或包含一根棒的同軸套管運行,接觸到被測介質后,微波脈沖被反射回來,微處理器識別物位回波,分析計算后將它轉換成物位信號給出,并實時向PLC模塊傳送模擬量信號,通過對模擬量信號的采樣與換算,可以得出此時計量斗內砂面由底部向上的堆積高度,再根據計量斗的內部形狀與砂的堆積角度等參數, 進而計算出此時計量斗內砂方量的實時測量值。再進一步,所述計量斗門的控制包括計量斗開門、關與計量斗門關到位三個狀態以及對應的狀態顯示,控制上分為“手動”與“自動”兩種模式,兩種控制模式的具體實現的由操作臺上一個三位旋鈕加以實現,旋鈕的三個位置,分別對應“手動”,“自動”與“關”,控制情況如下旋鈕打至“關”位置,系統無條件關閉計量斗門;旋鈕打至“手動”位置,系統無條件打開計量斗門;旋鈕打至“自動”位置,系統將根據目前提升斗所處受料位置、沙面位置、提升斗中砂方量自動控制計量斗門動作。再進一步,所述計量斗開門,計量斗內砂方量進入提升斗內,所述提升斗在PLC模塊的控制下上升、門開下料,系統根據本階段已加砂方量、本階段應加砂方量,得出本階段仍需加砂方量,進而計算出本斗需加砂方量,將信號傳遞給皮帶機運行控制,經皮帶機運行反饋傳遞給PLC模塊,從而控制皮帶機進行動作。本發明的有益效果為PLC可以實現相對復雜的控制邏輯,且在系統控制邏輯發生變化時,不太需要對線路本身進行大量的變化,而可能只需要對PLC內部的程序進行變更即可。此外,PLC程序運行可靠,并可以方便地進行自復位,從而保證了系統的可靠運行,本發明設計了一套高效、準確地砂料計量系統,通過計量斗內傳感器獲得計量斗內砂料的物位高度,通過傳感器給出的物位高度與自動化控制系統的聯動,控制輸砂皮帶機的啟、 停,精確計量出需要的不同砂方量。通過對計量斗中砂方量的計量與包括計量斗門,提升斗門等設備狀態的監視,就可以對施工過程中向樁管加入砂料的方量進行準確的統計。
圖1為本發明的系統示意圖;圖2為本發明所述方法的計量原理圖;圖3為本發明所述方法的計量邏輯關系圖。
具體實施例方式為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解,下面結合具體圖示,進一步闡述本發明。參照圖1和圖2所示,供砂計量子系統,包括上位計算機1、數據通訊2、PLC模塊 3和外接設備4,所述外接設備包括皮帶機41、計量斗41、計量斗傳感器43和提升斗44,所述外接設備4與PLC模塊3相連,通過PLC模塊3控制外接設備動作;所述外接設備動作包括皮帶機運行反饋Yl、皮帶機運行控制Y2、計量斗傳感器監測TO、計量斗門關到位W、計量斗開門仍、提升斗開門Y6。PLC模塊3對外接設備4的工作狀態進行采樣,再根據控制邏輯形成較復雜控制輸出信號,控制外接設備4的動作。在目前的系統中,PLC模塊3主要負責各個信號采樣點的信號采集,聯動信號的計算、產生與自動控制信號的輸出,基本工藝數據的計算以及部分未接入部分的推算等功能。所述計量斗傳感器43為導向微波式物位計。如圖2和3所示,供砂計量子系統的控制方法,其特征在于包括PLC程序輸入、 皮帶機運行反饋Y1、皮帶機運行控制Y2、計量斗傳感器的監測Y3、計量斗門的控制和提升斗的控制,根據實際需要編制PLC程序,使用上位計算機將編制的PLC程序燒制到PLC模塊中,變更PLC程序的參數,即可滿足不同的需求;所述皮帶機運行控制Y2包括皮帶機啟動、 停止以及皮帶機啟動、停止狀態的顯示,其中控制上分為“手動”與“自動”兩種模式,兩種控制模式的具體實現的由操作臺上一個三位旋鈕加以實現,旋鈕的三個位置,分別對應“手動”,“自動”與“停止”,控制情況如下旋鈕打至“停止”位置,系統無條件停止砂料輸送帶的運轉;旋鈕打至“手動”位置,系統無條件停止輸出皮帶機運轉控制,此時用戶應根據實際情況將旋鈕手動打至“停止”位置,以使皮帶機停止運行;旋鈕打至“自動”位置,系統輸出皮帶機運行控制Y2,自動控制皮帶機運行。所述皮帶機運行控制Y2,旋鈕打至“自動”位置,計量斗傳感器43通過監測計量斗內砂的高度, 得出計量斗內砂方量,反饋給PLC模塊3,由所述PLC模塊3調整相應外接設備動作。所述計量斗傳感器的監測Y3,選用導向微波式物位計作為計量斗內砂料的測量傳感器,高頻率的微波脈沖沿著一根纜、棒或包含一根棒的同軸套管運行,接觸到被測介質后,微波脈沖被反射回來,微處理器識別物位回波,分析計算后將它轉換成物位信號給出, 并實時向PLC模塊3傳送模擬量信號,通過對模擬量信號的采樣與換算,可以得出此時計量斗內砂面由底部向上的堆積高度,再根據計量斗的內部形狀與砂的堆積角度等參數,進而計算出此時計量斗內砂方量的實時測量值。所述計量斗門的控制包括計量斗開門Y5、關與計量斗門關到位W三個狀態以及對應的狀態顯示,控制上分為“手動”與“自動”兩種模式,兩種控制模式的具體實現的由操作臺上一個三位旋鈕加以實現,旋鈕的三個位置,分別對應“手動”,“自動”與“關”,控制情況如下
旋鈕打至“關”位置,系統無條件關閉計量斗門;旋鈕打至“手動”位置,系統無條件打開計量斗門;旋鈕打至“自動”位置,系統將根據目前提升斗所處受料位置、沙面位置、提升斗中砂方量自動控制計量斗門動作。所述計量斗開門Y5,計量斗42內砂方量進入提升斗44內,所述提升斗44在PLC 模塊的控制下上升、門開下料,系統根據本階段已加砂方量45、本階段應加砂方量46,得出本階段仍需加砂方量47,進而計算出本斗需加砂方量423,將信號傳遞給皮帶機運行控制 Y2,經皮帶機運行反饋Yl傳遞給PLC模塊,從而控制皮帶機進行動作。以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解,本發明不受上述實施例的限制,上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理,在不脫離本發明精神和范圍的前提下,本發明還會有各種變化和改進,這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.供砂計量子系統,其特征在于包括上位計算機、數據通訊、PLC模塊和外接設備,所述外接設備包括皮帶機、計量斗、計量斗傳感器和提升斗,所述外接設備與PLC模塊相連, 通過PLC模塊控制外接設備動作,所述外接設備動作包括皮帶機運行反饋、皮帶機運行控制、計量斗傳感器監測、計量斗門關到位、計量斗開門、提升斗開門。
2.根據權利要求1所述的供砂計量子系統,其特征在于所述計量斗傳感器為導向微波式物位計。
3.供砂計量子系統的控制方法,其特征在于包括PLC程序輸入、皮帶機運行反饋、皮帶機運行控制、計量斗傳感器的監測、計量斗門的控制和提升斗的控制,根據實際需要編制 PLC程序,使用上位計算機將編制的PLC程序燒制到PLC模塊中,變更PLC程序的參數,即可滿足不同的需求;所述皮帶機運行控制包括皮帶機啟動、停止以及皮帶機啟動、停止狀態的顯示,其中控制上分為“手動”與“自動”兩種模式,兩種控制模式的具體實現的由操作臺上一個三位旋鈕加以實現,旋鈕的三個位置,分別對應“手動”,“自動”與“停止”,控制情況如下旋鈕打至“停止”位置,系統無條件停止砂料輸送帶的運轉;旋鈕打至“手動”位置,系統無條件停止輸出皮帶機運轉控制,此時用戶應根據實際情況將旋鈕手動打至“停止”位置,以使皮帶機停止運行;旋鈕打至“自動”位置,系統輸出皮帶機運行控制,自動控制皮帶機運行。
4.根據權利要求3所述的供砂計量子系統的控制方法,其特征在于所述皮帶機運行控制,旋鈕打至“自動”位置,計量斗傳感器通過監測計量斗內砂的高度,得出計量斗內砂方量,反饋給PLC模塊,由所述PLC模塊調整相應外接設備動作。
5.根據權利要求3所述的供砂計量子系統的控制方法,其特征在于所述計量斗傳感器的監測,選用導向微波式物位計作為計量斗內砂料的測量傳感器,高頻率的微波脈沖沿著一根纜、棒或包含一根棒的同軸套管運行,接觸到被測介質后,微波脈沖被反射回來,微處理器識別物位回波,分析計算后將它轉換成物位信號給出,并實時向PLC模塊傳送模擬量信號,通過對模擬量信號的采樣與換算,可以得出此時計量斗內砂面由底部向上的堆積高度,再根據計量斗的內部形狀與砂的堆積角度等參數,進而計算出此時計量斗內砂方量的實時測量值。
6.根據權利要求3所述的供砂計量子系統的控制方法,其特征在于所述計量斗門的控制包括計量斗開門、關與計量斗門關到位三個狀態以及對應的狀態顯示,控制上分為“手動”與“自動”兩種模式,兩種控制模式的具體實現的由操作臺上一個三位旋鈕加以實現,旋鈕的三個位置,分別對應“手動”,“自動”與“關”,控制情況如下旋鈕打至“關”位置,系統無條件關閉計量斗門;旋鈕打至“手動”位置,系統無條件打開計量斗門;旋鈕打至“自動”位置,系統將根據目前提升斗所處受料位置、沙面位置、提升斗中砂方量自動控制計量斗門動作。
7.根據權利要求2、3或4所述的供砂計量子系統的控制方法,其特征在于所述計量斗開門,計量斗內砂方量進入提升斗內,所述提升斗在PLC模塊的控制下上升、門開下料, 系統根據本階段已加砂方量、本階段應加砂方量,得出本階段仍需加砂方量,進而計算出本斗需加砂方量,將信號傳遞給皮帶機運行控制,經皮帶機運行反饋傳遞給PLC模塊,從而控制皮帶機進行動作。
全文摘要
本發明公開了供砂計量子系統以及控制方法,供砂計量子系統,包括上位計算機、數據通訊、PLC模塊和外接設備,所述外接設備包括皮帶機、計量斗、計量斗傳感器和提升斗,所述外接設備與PLC模塊相連,通過PLC模塊控制外接設備動作。供砂計量子系統的控制方法,包括PLC程序輸入、皮帶機運行反饋、皮帶機運行控制、計量斗傳感器的監測、計量斗門的控制和提升斗的控制。本發明設計了一套高效、準確地砂料計量系統,通過計量斗傳感器獲得計量斗內砂料的物位高度,精確計量出需要的不同砂方量。通過對計量斗中砂方量的計量與包括計量斗門,提升斗門等設備狀態的監視,就可以對施工過程中向樁管加入砂料的方量進行準確的統計。
文檔編號G05B19/05GK102226874SQ20111008846
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月8日 優先權日2011年4月8日
發明者劉波, 劉璐, 熊文峰, 陸梅興 申請人:中交第三航務工程局有限公司