水泥土搅拌桩监测系统多设计方案及对比.doc

水泥土搅拌桩监测系统 多设计方案及对比 (版本：1.0) 设计公司：廊坊市博富电子技术有限公司 设计人：孙宝武 日期：2014.6 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 2 - 目目 录录 1、前言2 2、引论3 3、目录5 4、正文7 4.1.1、设计目的7 4.1.2、系统实现功能7 4.2、系统总体方案设计8 4.2.1、系统总体设计框图8 4.2.2、系统硬件设计方案8 4.2.3、系统软件设计方案8 4.3、系统各个模块设计9 4.3.1、单片机最小系统9 4.3.2、显示电路11 4.3.3、串行通信电路13 4.3.4、DS18B20温度传感器电路13 4.3.5、电源电路15 4.3.6、单片机与 PC 机串口连接电路15 4.4、系统软件设计17 4.4.1、单片机软件设计17 4.4.2、上位机软件设计17 4.5、系统调试19 5、结论20 6、致谢20 7、参考文献21 8、附录22 附录1、系统总体电路图22 附录二、单片机程 序22 附录三、PC 机程 序28 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 1 - 一、一、前言前言 廊坊市博富电子技术有限公司长期致力于各类控制监测类 电子产品的研发、生产和销售，创业以来，在中国科学电池研 究院的技术支持下，凭着多年丰富的市场管理经验和雄厚的综 合实力，公司生产的各类控制器在国内外享有较高的知名度。 其中台球类的控制器更是取得市场占有率达到 25%,全国销量第 一的成绩。 公司拥有一批精干的研发、生产技术人员和先进的生产、 检测设备，运用精密的测试技术和完善的管理体系，严格对产 品质量进行多重把关。通过公司全体员工的不断努力，积累了 大量宝贵经验。自 2010 年起公司开始推行标准化操作，规范公 司管理生产体制。生产的各类控制器出厂达到 0 缺陷广受新老 用户好评。 公司产品包括： 以下四个方面： 软件类产品 鳌科台球计费灯控系统、军遥台球计费灯控系统、北京 铁路局分房计价系统、鳌科健身娱乐收费系统等。 硬件产品 鳌科系列计时电控计费器、JY/HZ/TY 系列灯光控制器、 升降机重量限制仪、比赛计时计分显示器、通用打桩控制器等。 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 2 - 公司生产的各系列产品规格多样化，以满足客户的不同需 求，并且我们可以根据客户的要求设计生产。 公司执着地追求产品的先进性、可靠性、经济型和实用性， 销售网络遍布全国、竭诚为广大客户提供完善的技术支持和售 后服务。 我们以优质的产品和技术做后盾，用服务实现增值，立足 市场，以实际行动来满足客户需求，回报社会。 公司创建以来，一直坚持“以人为本、质量为根、品牌兴 企”的发展战略，以“诚信、拼搏、务实、创新”为核心的优 秀企业文化，全力以赴跟进时代的步伐，满足客户的需求。 廊坊市博富电子技术有限公司与国内外各界朋友精诚合作， 帮助企业解决问题携手企业共创未来。 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 3 - 一、项目需求分析一、项目需求分析 依照甲方对系统的需求，本着架构合理、安全可靠、操作简易、降低成本、 低维护量作为出发点，提供先进、安全、可靠、高效的系统解决方案。 系统建成后将达到如下功能： 实时对工区、桩机施工情况进行监测。 记录桩机施工过程中产生的各种数据并保存。 对厂区桩机施工异常进行实时报警，有效保证厂内生产的安全。 通过互联网技术将施工数据共享。全球任何接入互联网设备可即时查 看。 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 4 - 项目总体规划 整套监控系统由前端采集部分、信号传输部分、中心储存控制部分、互联 网数据分享部分和电源、防雷四大部分组成。 前端采集部分前端采集部分 前端采集部分通过传感模块对桩机工作情况进行监控，采集监控的变量主 要有以下几项: 1 钻桩深度 2 内钻杆电流 3 外钻杆电流 4 前后倾角 5 左右倾角 6 水泥浆密度 7 泥浆流速 8 喷浆状态或压力 9 钻杆状态 通过以上变量结合系统时间变量可以计算出以下参数： 1 累计浆量 2 累计灰量 3 平均浆量 4 平均灰量 5 钻速 6 提钻速度 以上参数可以分段分时计量根据分段情况可以计算以下参数： 1 下部桩体累计浆量 2 下部桩体累计灰量 3 下部桩体平均浆量 4 下部桩体平均灰量 5 扩大头累计浆量 6 扩大头累计灰量 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 5 - 7 扩大头平均浆量 8 扩大头平均灰量 其它有还应记录的整体参数和其它较有意义的数据有： 1 实际桩长 2 扩大头桩长 3 下部桩体桩长 4 最大斜度 5 最大钻速 6 最大提速 7 最大外钻杆电流 8 最大内钻杆电流 信号传输部分信号传输部分 信号经传感器采集后通过传输部分将数据转到数据储存中心。数据传输方 法甚多。参照国内外工业总线系统和国内应用现况，我处设计了以下几种传输 方案，客户可以根据具体情况时行选择。 方案一 在互联网设立数据中心服务器。在施工现在设立现现数据中心。在桩机上 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 6 - 安装的传感器和相对简单的只起到数据采集中转功能的记录仪,采集的信号先传 输到现场的数据中心。现场的数据中心对现场数据进行处理，现场的数据中心 再通过电信的无线网络将处理好的数据上传到互联网中心的数据中心。现场数 据中心可以集中查看打印输出现场采集的数据。同时现场的数据中心也有施工 异常监控作用。能对现场发生的异常进行实时报警响应。其中现场的数据中心 电脑起关键作用需 24 小时开机。对运行稳定性有需求应为工业级电脑。 方案二 在互联网设立数据中心服务器。在施工现在设立现现数据监控中心。在桩 机上安装的传感器采集的信号通过现场的数据记录仪进行初步处理存临时存储。 然后现场记录仪再将初步处理的现场的数据通过电信的无线网络上传到互联网 中心的数据中心。现场可以设立现场数据中心也可以不设立。现场数据中心主 要起到集中查看打印输出现场采集的数据的作用。同时现场的数据中心也有施 工异常监控作用能对现场发生的异常进行实时报警响应。但由于电信网络的延 迟和网况影响实时性有所下降。现场的记录仪可联网工作或是脱机工作均可。 其中现场的数据中心电脑开不开机不影响系统工常工作一般 PC 即可上胜任。 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 7 - 2.3.3 中中心储存控制部分心储存控制部分 中心储存控制部分主要作用为储存全国各地上传来的施工数据。需 24 小时 在线。根据用户对数据储存安全性的需求有以下几个方案： 方案一 在互联网 IDC 租用两台云主机。两台主机上安装数据库系统。两个服务器 对数据进行实时热备。当一台主机感染病毒或是被攻击瘫患时另一台服务器仍 可正常工作。不影响系统正常工作。 方案二 在互联网 IDC 租用一台云主机。主机采用 RAD 方式储存数据。主机有感染 病毒或是被攻击瘫患的几率。但可以防止硬盘物理损坏而丢失数据。系统管理 员可以通过定时备份防止数据损失。 互联网数据分享部分互联网数据分享部分 在互联网上建立 WEB 站点。工作人员和客户可以通过对 WEB 站点的访问查 看下载施工数据。Web 服务器接到工作人员或客户需求对数据中心储存的数据 进行的读取并显示出要查看的数据。 2.3.42.3.4 电源、其它及防雷部分电源、其它及防雷部分 由于监控点比较分散且距离较远，宜采用分布式供电方式；由于各传感器 和模块对电压需求不甚相同。根据统计 80%以上的硬件故障均是电源系统引起 的。系统采用多电压输出高频电源，并且根据实际功率进行在冗余设计。输入 采用宽电压输入。设备间通过光电模块进行分离。在适当地点安装防雷器对电 源、视频、信号进行保护。 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 8 - 系统硬件设计方案系统硬件设计方案 前端采集部分前端采集部分 传感器传感器 前端采集部分通过传感模块对桩机工作情况进行监控，采集监控的变量主 要有以下几项: 1 钻桩深度、2 内钻杆电流、3 外钻杆电流、4 前后倾角、5 左右倾角、6 水 泥浆密度、7 泥浆流速、8 喷浆状态或压力、9 钻杆状态 其中 模拟量采集的有 2 内钻杆电流、3 外钻杆电流、6 水泥浆密度、7 泥浆流速、 8 喷浆状态或压力、 数字量采集的有 1 钻桩深度、4 前后倾角、5 左右倾角、9 钻杆状态 开关量采集的有 分项设计 1 1 钻桩深度钻桩深度 钻桩深度可以通过钻台下降的位移进行测量，目前成熟的测量方法较多，主要 有位移标尺测量，超声测量，和激光测量。标尺法安装标尺较麻烦。超声测量 精度受温湿度影响较大精度在 1CM 范围内。国内的传感器一般量程在 20M 以内 通过对发谢和接收头改造。可以达到 40M 但随着距离的增大声波反射面变大测 量精度受影响大。建议可以采用分段测量的方法进行测量。激光测量精度可以 控制在 1MM 内。现在市面上成熟传感器测量距离在 100M 以内。精度高测量距离 长。制约其应用主要的因素主要是价格。虽然量长的激光测距仪价格不高但是 激光测距传感器一个探头的价格都在千元以上。距离超过 40 米的价格一般都在 几千元。 设备选型：GLS-B60 激光距离传感器 GLS-B60 是新一代简约高性价比的一款测距传感器,尺寸很小，适合集成到客户的设备中； 性能还好，精度稳定度较好。 产品图片： 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 9 - 产品特点： 体积更小，更易安装； 稳定性更高； 高性价比； 温控大，散热效果好； 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 10 - 产品参数： 品名品名 GLS-B60GLS-B60 量程量程 60m60m 精度精度 1.5mm1.5mm 端口端口 RSRS 232232 输出量输出量数字量输出数字量输出 工作温度工作温度 -20+50-20+50 工作电压工作电压 3V3V 体积体积 81*60*24mm81*60*24mm 2-32-3 内钻杆、外钻杆电流内钻杆、外钻杆电流 因工作电流较大电流测量必须采用互感器进行转换 电流互感器原理是依据电磁感应原理的。电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。它的一 次绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，二 次绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器在工作时，它的 2 次回路 始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接 近短路。电流互感器是有一次高电压转换成二次低电压来使用 二次不可开路 产品选型：HWCT（20A）微型精密电流互感器 产品图片： 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 11 - 产品特点： 1、输入线圈为内置式；小巧轻便。 2、全封闭，机械和耐环境性能好，电压隔离能力强，安全可靠。 产品参数： 4-5 前后倾角、左右倾角 产品选型：产品选型：进口 Nti NEC2 单轴倾角传感器 主要技术指标： 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 12 - 产品图片： 产品特点： 产品参数： 测量分辨率：0.005 度 测量范围 ：30 度 （即 60 度），NEC2 型 温度漂移 ：0.020mV/，Max. 输出信号 ：模拟信号，引出线 3 根（红色线:Vcc，黑色线:Gnd，白色线:信号） 灵敏度 ：6.0mV/度（NEC2 型） 线性度 ：0.2%FS 供电电压 ：3V6V DC，标准 5V 使用温度 ：40+85 产品尺寸 ：外径 27mm，厚度 13mm 产品组成 ：传感器本体，固定环 重量 ：21.5g，含固定环 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 13 - 6 水泥浆密度 水泥密度传感器分为在线式和非在线式 产品选型：自行开发 产品图片： 产品特点： 产品参数： 7 泥浆流速 产品选型：LD6000 系列智能电磁流量计 LD6000 系列智能电磁流量计是我公司采用国内外最先进技术研制开发的 全智能型电磁流量计，全中文电磁转换器内核采用高速中央处理器。计算速度 非常快、精度高、测量性能可靠。转换器电路设计采用国际先进技术，输入阻 抗高达 1015 欧姆，共模抑制比优于 100db，对于外来干扰以及 60Hz/50Hz 干扰 抑制能力优于 90db,可以测量更低的电导率的流体介质流量。其传感器采用非均 匀磁场技术及特殊的磁路结构，磁场稳定可靠，而且大的缩小了体积，减轻了 重复，使流量计小型流量化的特点。使客户“买的放心，用的省心，服务称心” 是我公司的宗旨。 1.产品特点：产品特点： 管道内无可动部件，无阻流部件，测量中几乎没有附加压力损失。 测量结果与流速分布，流体压力，温度、密度、粘度等物理参数无关。 在现场可根据用户实际需要在线修改量程。 高清晰度背光 LCD 显示，全中文菜单操作，使用方便，操作简单，易学易懂。 采用 SMD 器件和表面贴装（SMT 电路可靠性高。 采用 16 位嵌入式微处理器，运算速度快，精度高，可编程频率低频矩形波励 磁，提高了流测量的稳定性，功耗低。 全数字量的处理，抗干扰能力强，测量可靠，精度高，流量测量范围可达 150:1 超低 EMI 开关电源，使用电源电压变化范围大，抗 EMC 好 内部具有三个积算器可分别显示正向累计量及差值积算量，内部设有不掉电 时钟，可记录 16 次掉电时间 具有 RS485、RS232、Hart 和 Modbus 等数字通讯信号输出。 具有自检与自论功能 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 14 - 产品图片： 产品参数： 1).公称通经 ND(mm): 管道式四氟衬里: 10、15、20、25、32、40、50、65、80、100、125、150、200、300、350、40 0、450、500 管道式橡胶衬里： 40、50、65、80、100、125、150、200、300、350、400、450、500、600、70 0、800、900、1000、1100、1200 注：特殊规格可以定制 2).流动方向: 正、反、净流量;量程比:150:1;重复性误差:测量值的0.1% 3)精度等级: 管道式:0.5 级,1.0 级 4)被测介质温度: 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 15 - 普通橡胶衬里:-20+60; 高温橡胶衬里:-20+90 聚四氟乙烯衬里:-20+100; 高温型四氟衬里:-20+180 5)额定工作压力管道式: DN6-DN80:1.6MPa, DN100-DN250:1MPa, :DN300-DN1200:0.6MPa 高压可定制 6)流量测量范围: 流量测量范围对应流速范围是 0.1-15m/s 7)电导率范围: 被测流体电导率5us/cm(一体式),大多数以水为成分的介质,其电导率在 200- 800 us/cm 范围内,均可选用电磁流量计来测量其流量计. 8)电流输出: 负载电阻:0-10mA 时,0-1.5k, 4-20mA 时,0-750k, 9)数字频率输出:输出频率上限可在 1-5000HZ 内设定带光电隔离的晶体管集电 极开路双向输出. 外接电源35V 导通时集电极最大电流为 250mA 10)供电电源:85-265V,45-63HZ电磁流量计默认工作电源为交流 220V。如需其他电源 供电订货时需要注明。精度为 0.5%FS。 11)直管段长度:管道式:上游5DN,下游2DN 12)连接方式:流量计与配管之间均采用法兰连接,法兰连接尺寸应符合 GB11988 的规定. 13)防爆标志:MDIIBT4 14)环境温度湿度:-25-+60;5%-95%. 15)消耗总功率:小于 20W 8 喷浆状态或压力 产品选型： 产品图片： 产品特点： 工作温度范围-40125 度 重工业 CE 认证 反向极性保护 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子 - 16 - 3700BAR 测量范围 100V/W 电磁干扰保护 0.25%综合精度 17-4PH 钢材 产品参数： 压力范围0200700BAR 精度0.25%(可选 0.1%) 介质兼容性17-4PH 钢(若需其他材质，请与厂家联系) 压力接口G1/4,1/4NPT 等 过载压力100BAR(15 倍),200BAR(7 倍),300700BAR(5 倍)注: 额定 破坏压力100BAR(35 倍),200BAR(18 倍),300700BAR(10 倍) 注:额定 长期稳定性(一年)0.25% 供电电源1028VDC 供电电流15mA 输出信号420mA 05V 15V 0.54.5V 等 电气连接电缆线，航空插头，赫思曼插头 零点偏差0.2% 量程偏差0.25% 噪音2mVRMS 频带宽7 直流至 1kHz 防爆等级有 防护等级IP67 9 钻杆状态 产品选型： 产品图片： 产品特点： 产品参数： 灌浆记录仪部分灌浆记录仪部分 水泥搅拌桩监测系统设计方案 博富电子