在小浪底灌浆工程中开发和应用的灌浆监控系统

韩 伟 赵存厚
（中国水利水电基础工程局 天津 ，301700）

关键词：计算机 灌浆监控 系统 应用 资料整理
摘 要：在小浪底灌浆工程中应用的灌浆监控系统，实现了一台计算机同时监控多个灌浆过程，对灌浆过程中的各项参数进行自动采集、处理和输出，同时可以按照规范要求生成用于分析灌浆效果的各种图表。该监控系统既可进行普通灌浆过程的监控，同时也可进行GIN法灌浆过程的监控。对灌浆过程中的压力、流量、密度、温度等各种参数进行实时监控，还可以曲线的形式同步反应各参数间的关系。可随时查阅当前和历史灌浆成果，智能提示各个传感器故障，自动判断灌浆结束标准。该系统是目前国内唯一将数据采集、处理、输出和及时生成灌浆成果分析资料合二为一的智能灌浆监控和处理系统。

1 课题的提出

　　水泥注浆技术是建筑物地基加固和防渗处理的重要手段，但因其属隐蔽工程，其施工质量和效果不可能直观地评价，只能借助于分析检查孔资料和分析记录施工过程中的数据来进行评价。过去，这些参数的量测和记录全由人工完成，数据的准确性会受到人为因素的影响，从而影响灌浆成果的分析。1987年，中国水利水电基础工程局和天津大学联合研制出了国内第一台智能化灌浆自动记录仪，并很快在许多灌浆工程中推广应用。随后，国内又有几家相继研制出功能相近的灌浆自动记录仪。这样基本解决了灌浆参数的准确性问题。但仍然存在一些问题令业内人士感到棘手，以致久而未克。如灌浆过程中浆液密度的自动采集、灌浆过程的监控和智能处理、直接利用灌浆过程中采集并处理的数据生成符合要求的灌浆成果资料等等。中国水利水电基础工程局小浪底工程项目经理部在分析和研究国内外灌浆自动记录仪原理、结构和功能的基础上，应用现代科技手段，解决了上述难题。相继开发出了智能灌浆监控系统g2000（包括硬件和软件）、浆液密度传感器及相应的软件系统和与灌浆监控软件系统链接为一体的灌浆成果自动生成软件系统。这些成果在国内均属首创，并已在小浪底帷幕灌浆工程中得以成功的应用，受到了业主、监理工程师、设计人员和许多业内人士的认同。

2 硬件和软件的总体设计
2.1 硬件
2.1.1硬件的设计思路
　　开发者应用全新的概念和现代高新技术手段，开发适合我国国情的灌浆自动化监控系统。本系统在设计中主要考虑自身的稳定性和对环境的适应性，努力减轻人工操作强度。硬件力求结构简单、小巧轻便、抗干扰能力强、内部高度集成、功能强大且兼容性强等。设有自动保护电路和备用电源，即使出现致命的故障，也不会造成资料的丢失。其功能完全能够适应水利水电工地温度湿度变化大和频繁搬迁的需要，且支持远程控制。
2.1.2 硬件的组成
　　g2000智能灌浆监控系统的结构分为：工业控制机系统、数据转换系统、打印输出系统、抗干扰电源、压力变送器、流量变送器、密度变送器、多路显示器和转换机、监视器、压力执行机构等部分组成。
2.1.3 硬件各组成部分的主要功能（参见图1）
（1）变送器 即压力、流量和密度传感器，它们直接连接在灌浆管路中，将灌浆浆液的压力、流量和密度转变为电流信号送入转换机。
（2）多路显示器 现场实时显示灌浆过程中的压力和流量，便于现场操作人员监控制灌浆过程中的压力、流量和浆液密度。
（3）转换机 将变送器的电信号经过I/V、A/D转换后，传输给工业主控机；
（4）工业控制机系统 在计算机的控制下完成数据采集、数字滤波、故障诊断、数据处理、通过监视器实时显示压力、流量、密度及各参数间的关系，输出各种需要的数据，自动生成灌浆成果资料。
（5）监视器 用以监视各灌浆参数及图形数据；
（6）打印输出系统 用以输出各种形式的数据或成果。
2.1.3 变送器和主机的主要技术性能
（1）压力变送器
适应范围∶0～9.99MPa或更大
计量精度∶0.5%
（2）流量变送器
适应范围∶0～99.9L/min或更大
适应压力∶4～6MPa
计量精度∶0～20L/min为0.2L/min
20～99.9L/min时为1%
（3）密度变送器
适应范围∶0～3kg/L, 1～2kg/L 1～3kg/L
适用各种水灰比(包括膏状浆液)
(4)工业控制机
主机精度∶1%
数据采集频率∶4次/sec
记录时间间隔∶从1min开始无极任意调节
打印纸宽∶标准A4 、A3纸
记录存储容量∶20GB(相当于15万张A4纸的记录)
适用环境温度∶不大于40℃(加冷风机后可在60℃的环境中正常工作)
环境湿度∶95%
工作电源∶AC 50HZ 220V ±30%
消耗功率∶150W
（5）与管路接口
压力传感器∶M20×1.5
流量传感器∶Φ25、Φ40法兰
（6）电缆
主机∶2×2.5mm2
数据传输线为4×1.5 mm2电缆
g2000监控系统的核心部件是工控机和转换机。转换机是一个专用32通道I/V、A/D数据采集和转换系统