一种无线低功耗支撑轴力伺服系统的制作方法

1.本发明涉及支撑轴力伺服系统技术领域，尤其是涉及一种无线低功耗支撑轴力伺服系统。


背景技术：

2.基坑开挖过程中需要对基坑的侧壁进行支护，防止其发生变形从而导致周边邻近建筑物的地下结构部件损坏，普通钢支撑在开挖过程中的支护已经难以达到近几年复杂的地下工程设计要求，钢支撑的轴力伺服技术快速发展起来，为基坑开挖过程中的邻近既有建筑物保护提供更好的保障。
3.中国实用新型专利cn206616566u号揭示了一种无线分布式钢支撑轴力控制系统，支撑头与钢支撑连接后安装在基坑围护结构上，数控泵站安装在基坑施工现场并通过线缆和油管连接各个钢支撑的支撑头，本地总控机安装在基坑施工现场，并通过无线网络与数控泵站内置plc控制器之间进行数据传输与指令下达。然而此种钢支撑轴力控制系统具有如下缺点：
4.1)数控泵站为外置型，需要占用施工场地；
5.2)数控泵站需要通过油路、线缆连接各支撑头，油路、线缆在施工过程中容易被误损而导致钢支撑失控；
6.3)一台数控泵站控制多个支撑头，在对单个支撑头进行加卸载过程中数据采集与系统控制的周期与所控制的支撑头控制点数成正比，控制点数多时，采集控制的周期较长，响应率下降，实时性差；
7.4)施工场地需配置本地总控机，作为数控泵站内置plc控制器与云端之间数据传输、指令接收的中间媒介；
8.5)施工现场需对数控泵站接市电以满足数控泵站的运行及无线网络数据传输，功耗大。
9.因此，有必要提供一种不占用施工场地，无线低功耗运行的支撑轴力伺服系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

10.本发明提供一种无线低功耗支撑轴力伺服系统，以实现无线低功耗更智能的支撑轴力调节，防止基坑围护结构位移。
11.为了达到上述目的，本发明提供一种无线低功耗支撑轴力伺服系统，包括：支撑头总成、云端管理平台、远程监控机及移动客户端；
12.所述支撑头总成与钢支撑连接后安装在基坑围护结构上；
13.所述支撑头总成内部集成有千斤顶、液压站、控制器、cat1/nb
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iot通讯模块、位移传感器、电源系统及压力传感器，所述千斤顶与液压站通过油路连接，油路上安装有所述压力传感器，所述控制器通过线缆分别与液压站、cat1/nb
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iot通讯模块、位移传感器及压力
传感器连接，所述电源系统对支撑头总成内部的各部件进行供电，所述控制器与云端管理平台之间通过所述cat1/nb
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iot通讯模块经cat1/nb
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iot网络进行信号传输；
14.所述控制器以一定的频率f抓取位移传感器监测的千斤顶的位移量及压力传感器监测的钢支撑轴力值，控制器通过cat1/nb
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iot通讯模块将位移量或轴力值发送至云端管理平台，远程监控机或移动客户端通过网络访问查看云端管理平台内的数据。
15.进一步地，控制器内预设有正常轴力值区间，控制器监测抓取的轴力值是否超出正常轴力值区间，若超出正常轴力值区间，控制器将通过云端管理平台向远程监控机或移动客户端发出报警提醒。
16.进一步地，当基坑围护结构发生位移变形且当前轴力值未超出正常轴力值区间时，监测人员通过远程监控机或移动客户端查看云端管理平台内的位移量并下发轴力调节指令，指令经云端管理平台传输至控制器，控制器依指令控制液压站对千斤顶进行加载或卸载以增加或降低轴力；
17.控制器以频率f再次抓取位移传感器监测的位移量及压力传感器监测的轴力值并通过cat1/nb
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iot通讯模块将位移量及轴力值发送至云端管理平台，当前轴力值未超出正常轴力值区间时，监测人员通过远程监控机或移动客户端查看云端管理平台内的位移量以判定基坑围护结构是否仍在发生位移变形；
18.若仍在发生位移变形，监测人员将再一次下发轴力调节指令，再次观察下一次轴力值未超出正常轴力值区间情况下的位移量决定是否继续下发轴力调节指令，以此反复监测控制，直至基坑围护结构不再发生位移变形，并保持对位移量持续监测。
19.进一步地，所述控制器内设置有指令，该指令依据位移量数值区间设置有相应的轴力调节指令，当基坑围护结构发生位移变形且当前轴力值未超出正常轴力值区间，控制器监测到位移量具体数值，并依位移量具体数值匹配相应的轴力调节指令，并依相应的轴力调节指令控制液压站对千斤顶进行加载或卸载以增加或降低轴力；
20.控制器以频率f再次抓取位移传感器监测的位移量及压力传感器监测的轴力值，当前轴力值未超出正常轴力值区间时，控制器依位移量具体数值判定基坑围护结构是否仍在发生位移变形；
21.若仍在发生位移变形，控制器将再一次下发相应的轴力调节指令，再次观察下一次轴力值未超出正常轴力值区间情况下的位移量决定是否继续下发轴力调节指令，以此反复监测控制，直至基坑围护结构不再发生位移变形，并保持对位移量持续监测。
22.进一步地，所述频率f以基坑围护结构所处具体环境进行确定。
23.进一步地，所述无线低功耗支撑轴力伺服系统支持多个基坑围护结构内的多个支撑头总成加卸载监控，云端管理平台可对单个的支撑头总成进行单独数据管理。
24.进一步地，所述支撑头总成内部还集成有蓝牙模块，所述蓝牙模块与控制器通过线缆连接，移动客户端可通过连接蓝牙模块对各需要调试的支撑头总成进行现场一对一调试。
25.进一步地，所述电源系统包括电池模块及电源管理模块，所述电池模块为由多个锂电池组成的储能装置，对电池模块可进行更换或充电。
26.进一步地，控制器控制支撑头总成内部的相应部件工作的同时控制电源管理模块对该些部件进行供电，各部件未被触发工作时处于休眠模式。
27.进一步地，所述远程监控机为电脑、平板、手机等电子设备，所述移动客户端为平板、手机等便携式电子设备。
28.本发明具有如下有益效果：
29.1)本技术由于将液压站、控制器集成在支撑头总成内，因此连接各部件的油路、线缆也集成在支撑头总成内，不占用施工现场场地，也避免油路及线缆被误损；
30.2)本技术由于将控制器集成在支撑头总成内，可实现对支撑头总成的实时控制，系统实时性与可拓展性可通过云端服务器集群架构支持海量设备高频控制，响应率不会随着支撑头总成控制点数的增加而等比下降，真正实现系统采集控制的实时有效性；
31.3)本技术单个支撑头总成内集成有cat1/nb
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iot通讯模块，可实现单个支撑头总成与云端管理平台之间直接通过cat1/nb
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iot网络进行数据传递与指令接收，无需在现场安装本地总控机作为传输数据的媒介；
32.4)由于单个支撑头总成内集成有cat1/nb
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iot通讯模块，在基坑侧壁支护现场，可实现各支撑头总成的单独数据传输及控制，实现海量支撑头总成的独立控制，且运行功耗低；
33.5)本技术支撑头总成内集成有电源系统，通过电池模块对支撑头总成内部的各部件供电，而无需在基坑支护现场接入市电，使用更具便捷性，且各部件未被触发工作时将不会被上电而是处于休眠模式，以实现低功耗运行；
34.6)本技术支撑头总成内集成有监测千斤顶位移量的位移传感器及监测钢支撑轴力值的压力传感器，并将监测数据上传至云端管理平台，方便远程查看现场伺服系统运行情况；
35.7)本技术支撑头总成内集成有蓝牙模块，可实现现场移动客户端对支撑头总成一对一调试；
36.8)依现场基坑支护情况，可远程对云端管理平台下达指令，轴力伺服调节更具智能性；
37.9)所有现场设备的运行数据、项目信息可实现云端化，便于集中管理；
38.10)本技术可通过人工控制或者自动控制或者两者结合的方式来对基坑侧壁进行支护调节。
附图说明
39.图1是本发明无线低功耗支撑轴力伺服系统的工作示意图；
40.图2是本发明无线低功耗支撑轴力伺服系统的支撑头总成内部集成部件示意图；
41.图3是本发明无线低功耗支撑轴力伺服系统工作流程示意图；
42.图中：1、支撑头总成；11、千斤顶；12、液压站；13、控制器；14、cat1/nb
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iot通讯模块；15、位移传感器；16、电源系统；17、压力传感器；18、蓝牙模块；2、云端管理平台；3、远程监控机；4、移动客户端；5、钢支撑；6、基坑围护结构。
具体实施方式
43.基坑开挖过程中需要对基坑的侧壁进行支护，防止其发生变形从而导致周边邻近建筑物的地下结构部件损坏。
44.以下结合附图1至附图3，通过具体实施方式进一步说明本发明，以实现对基坑侧壁支护的目的。
45.本技术提供一种无线低功耗支撑轴力伺服系统，包括：支撑头总成1、云端管理平台2、远程监控机3及移动客户端4。
46.支撑头总成1内部集成有千斤顶11、液压站12、控制器13、cat1/nb
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iot通讯模块14、位移传感器15、电源系统16、压力传感器17及蓝牙模块18。液压站12由泵、阀及电机组成。千斤顶11与液压站12通过油路连接，油路上安装有压力传感器17。控制器13通过线缆分别与液压站12、cat1/nb
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iot通讯模块14、位移传感器15、压力传感器17及蓝牙模块18连接。电源系统16对支撑头总成1内部的各部件进行供电，电源系统16包括电池模块及电源管理模块，电池模块为由多个锂电池组成的储能装置，对电池模块可进行更换或充电，电源管理模块控制对各部件进行供电。控制器13与云端管理平台2之间通过cat1/nb
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iot通讯模块14经cat1/nb
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iot网络进行信号传输；
47.由于千斤顶11、液压站12、控制器13、cat1/nb
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iot通讯模块14、位移传感器15、电源系统16、压力传感器17及蓝牙模块18集成在支撑头总成1的内部，因此各油路及线缆也集成在支撑头总成1内，而不占用基坑施工现场场地。
48.支撑头总成1与钢支撑5连接后安装在基坑围护结构6上。
49.控制器13以一定的频率f(以基坑围护结构6所处具体环境进行确定)抓取位移传感器15监测的千斤顶11的位移量及压力传感器17监测的钢支撑轴力值，控制器13通过cat1/nb
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iot通讯模块14将位移量或轴力值发送至云端管理平台2，远程监控机3或移动客户端4通过网络访问查看云端管理平台2内的数据。
50.控制器13内预设有正常轴力值区间，控制器13以一定的频率f抓取位移量及轴力值，控制器13会监测抓取的轴力值是否超出正常轴力值区间，若超出正常轴力值区间，控制器13将通过云端管理平台2向远程监控机3或移动客户端4发出报警提醒，若未超出正常轴力值区间，且基坑围护结构6实际发生了位移变形，此时可通过人工控制或者自动控制或者两者结合的方式来对基坑侧壁进行支护调节。
51.人工控制的方式：
52.当基坑围护结构6发生位移变形且当前轴力值未超出正常轴力值区间时，监测人员通过远程监控机3或移动客户端4查看云端管理平台2内的位移量并下发轴力调节指令，指令经云端管理平台2传输至控制器13，控制器13依指令控制液压站12对千斤顶11进行加载或卸载以增加或降低轴力；
53.控制器13以频率f再次抓取位移传感器15监测的位移量及压力传感器17监测的轴力值并通过cat1/nb
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iot通讯模块14将位移量及轴力值发送至云端管理平台2，当前轴力值未超出正常轴力值区间时，监测人员通过远程监控机3或移动客户端4查看云端管理平台2内的位移量以判定基坑围护结构6是否仍在发生位移变形；
54.若仍在发生位移变形，监测人员将再一次下发轴力调节指令，再次观察下一次轴力值未超出正常轴力值区间情况下的位移量决定是否继续下发轴力调节指令，以此反复监测控制，直至基坑围护结构6不再发生位移变形，并保持对位移量持续监测。
55.自动控制的方式：
56.控制器13内设置有指令，该指令依据位移量数值区间设置有相应的轴力调节指
令，当基坑围护结构6发生位移变形且当前轴力值未超出正常轴力值区间，控制器13监测到位移量具体数值，并依位移量具体数值匹配相应的轴力调节指令，并依相应的轴力调节指令控制液压站12对千斤顶11进行加载或卸载以增加或降低轴力；
57.控制器13以频率f再次抓取位移传感器15监测的位移量及压力传感器17监测的轴力值，当前轴力值未超出正常轴力值区间时，控制器13依位移量具体数值判定基坑围护结构6是否仍在发生位移变形；
58.若仍在发生位移变形，控制器13将再一次下发相应的轴力调节指令，再次观察下一次轴力值未超出正常轴力值区间情况下的位移量决定是否继续下发轴力调节指令，以此反复监测控制，直至基坑围护结构6不再发生位移变形，并保持对位移量持续监测。
59.自动控制方式下，控制器13仅对抓取的发生变更的位移量及轴力值数据上传至云端管理平台2，相对上一次监测的数据未发生变更的可被设置为不上传数据，以实现低功耗运行。
60.远程监控机3或移动客户端4可通过云端管理平台2修改控制器13内设置的轴力调节指令及监测频率f。
61.本技术无线低功耗支撑轴力伺服系统支持多个基坑围护结构6内的多个支撑头总成1加卸载监控，云端管理平台2通过cat1/nb
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iot网络可对单个的支撑头总成1进行单独数据管理。
62.移动客户端4可通过连接支撑头总成1内的蓝牙模块18对各需要调试的支撑头总成1进行现场一对一调试。
63.本技术控制器13控制支撑头总成1内部的相应部件工作的同时控制电源管理模块对该些部件进行供电，各部件未被触发工作时处于休眠模式，以实现低功耗运行，增加电源系统的供电时间，本技术电源系统电池模块可持续供电九个月。
64.本技术远程监控机3为电脑、平板、手机等电子设备，移动客户端4为平板、手机等便携式电子设备。
65.本发明具有如下有益效果：
66.1)本技术由于将液压站12、控制器13集成在支撑头总成1内，因此连接各部件的油路、线缆也集成在支撑头总成1内，不占用施工现场场地，也避免油路及线缆被误损；
67.2)本技术由于将控制器13集成在支撑头总成1内，可实现对支撑头总成1的实时控制，系统实时性与可拓展性可通过云端服务器集群架构支持海量设备高频控制，响应率不会随着支撑头总成1控制点数的增加而等比下降，真正实现系统采集控制的实时有效性；
68.3)本技术单个支撑头总成1内集成有cat1/nb
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iot通讯模块14，可实现单个支撑头总成1与云端管理平台2之间直接通过cat1/nb
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iot网络进行数据传递与指令接收，无需在现场安装本地总控机作为传输数据的媒介；
69.4)由于单个支撑头总成1内集成有cat1/nb
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iot通讯模块14，在基坑侧壁支护现场，可实现各支撑头总成1的单独数据传输及控制，实现海量支撑头总成1的独立控制，且运行功耗低；
70.5)本技术支撑头总成1内集成有电源系统16，通过电池模块对支撑头总成1内部的各部件供电，而无需在基坑支护现场接入市电，使用更具便捷性，且各部件未被触发工作时将不会被上电而是处于休眠模式，以实现低功耗运行；
71.6)本技术支撑头总成1内集成有监测千斤顶11位移量的位移传感器15及监测钢支撑轴力值的压力传感器17，并将监测数据上传至云端管理平台2，方便远程查看现场伺服系统运行情况；
72.7)本技术支撑头总成1内集成有蓝牙模块18，可实现现场移动客户端4对支撑头总成1一对一调试；
73.8)依现场基坑支护情况，可远程对云端管理平台2下达指令，轴力伺服调节更具智能性；
74.9)所有现场设备的运行数据、项目信息可实现云端化，便于集中管理；
75.10)本技术可通过人工控制或者自动控制或者两者结合的方式来对基坑侧壁进行支护调节。
76.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。