全自动云平台测斜仪研制

廖彦程 刘金德 陈展壮 曾海洋 赵贵泉 李友恒 廖榜元

摘  要：国家强制规定地基开挖深度超过5 m需要测斜，在工程施工过程中，如果不进行测斜，就会发生塌方、建筑倾斜等危险。为了解决以上问题，该文研制了全自动智能测斜仪，该设备由自动收放线机构、PLC控制系统、智能云平台以及太阳能电源组成，自动收放线机构可以提高检测的效率，PLC控制系统则可以编程实现各种深度的测斜，智能云平台计数可以提供精准的数据降低危险发生的概率，太阳能电源可以让设备脱离外加电源，提高设备灵活性同时也更符合国家对机器绿色环保的要求。

关键词：全自动   云平台   实时监控   测斜

中图分类号：P634.3+3                     文獻标识码：A文章编号：1672-3791（2021）08（c）-0017-03

Development of Automatic Cloud Platform Inclinometer

LIAO Yancheng  LIU Jinde  CHEN Zhanzhuang  ZENG Haiyang  ZHAO Guiquan  LI Youheng

LIAO Bangyuan

（Guangdong Polytechnic of Water Resources and Electric Engineering， Guangzhou， Guangdong Province， 510925 China）

Abstract： It is mandatory for the state to measure the inclination when the foundation excavation depth exceeds 5 m. In the process of engineering construction， if the inclination is not measured， there will be dangers such as collapse and building inclination. In order to solve the above problems， we developed the automatic intelligent inclinometer， which consists of automatic line winding mechanism， PLC control system， intelligent cloud platform and solar power supply. Automatic line winding mechanism can improve the efficiency of detection， and PLC control system can be programmed to achieve various depths of the inclinometer. Intelligent cloud platform counting can provide accurate data to reduce the probability of danger. Solar power supply can separate the equipment from external power supply， improve the flexibility of the equipment and better meet the national requirements for green machine environmental protection.

Key Words： Fully automatic; Cloud platform; Real-time monitoring; Inclinometer

中国基础建设行业巨大的发展潜力，为基坑测斜仪产业的迅猛成长开拓了广阔空间，在基础建设中，将近90%的基建项目要用到测斜仪。随着我国基建规模的不断扩大，传统测斜及测斜手段已经不能满足现代生产的需求，其主要体现在成本高、效率低、检测误差大、受环境影响大、数据安全性差、数据状态无法实时反馈。

1  设计思路

该设计的目的是研发一款无人值守、远程监控、自动收放线、自动检测、自动整理数据、数据自动上传云平台、自动预警的测斜平台。机器将测斜探头自动送入测孔中，达到自动放线测量的效果;测量数据通过云平台数据整理，可达到加强数据保密性及数据实时更新的效果;测斜数据通过远程监控，可以数据实时监控。

2  设备原理及设计

2.1 原理

在操作终端设定测量参数，然后启动系统，设备便能根据所设定的参数进行工作，PLC控制伺服电机下放探头线缆，编码器实施采集探头所处位置，对探头的数据进行采集，并发送到远程智能终端模块[1]。到达底部时，逆向再采集一次，回到管道顶部。步进电机将探头旋转180°，重复上述数据采集行为，从而实现数据测量的无人化、自动化以及数据分析的智能化。

2.1.1 机械结构总体设计

收放线机构用来实现自动收放线功能;绕线机构是将收起来的线排列整齐，使绕线不会出现打结的情况，降低对导线的外部损坏;换向机构可以将测斜探头旋转180°，完成测孔正反两面的测斜数据采集[2]。

2.1.2 收放线机构设计

收放线机构的功能是完成导线的自动收放。安装在安装架上的伺服电机带动同步轮转动，通过同步带带动同步轮转动，从而带动轴承座上的转轴转动，绕线装置（由集线轮、绕线套筒组成）也会随转轴进行绕线与放线[3];用安装在滑台架上的滑台座和排线器进行移动排线，让缆线排的更整齐。

2.1.3 绕线机构设计

绕线称重机构的功能是记录收放线的长度，并控制探头的升降。导线从相邻的两个导线轮中间穿入，环绕测线轮一圈后从另一边相邻的导线轮穿出，同时安装在编码器安装架上的编码器记录测线轮转动的圈数，随着测线轮转动的圈数不断增加[4]，压力梁的受力也不断增加，同时安装在压力安装板上的称重传感器受到的压力也不断增大，当测斜探头触碰到底端的瞬间，称重传感器受到的压力会减少，当终端收到称重传感器数值减少的信号时就会停止导线的下放。

2.1.4 换向机构设计

换向机构功能是使测斜探头精准无误地旋转180°，测量测孔的另一面数据。以换向架导向头为整体的支撑，在这个架子上方安装一个换向架安装板，用一个回转职称内圈（固定）来固定安装板和换向架导向头，且为回转职称外圈支撑起一定高度，方便旋转;外圈安装在内圈正上方，且与换向动架通过螺钉连接在一起，形成联动;而换向动架又与换向定位块通过螺钉连接在一起，形成联动;在安装板旁边装一个换向电机安装架，上方再装一个伺服电机和一个小齿轮，小齿轮紧靠着外圈，形成联动[5]。当伺服电机转动小齿轮时，小齿轮就会带动外圈反方向旋转，外圈就会带动定位块运动，而定位块固定着一个探管，探管里面卡位处固定着测斜探头，工作时定位块转动，带动探管跟着转动，探管内的探头同时跟着探管旋转。

2.1.5 清洗模塊设计

清洗模块包括转向单元和清洗套。转向单元包括套管组件，套管组件包括上下连通的外套管和设于外套管内部的内套管，外套管和内套管均为圆柱形，且表面均开设有若干圆孔。当处于非清洗状态时，外套管的圆孔与内套管的圆孔不连通，反之圆孔连通。转向单元优选为圆柱体，且转向单元的上表面设有通孔和注水孔，注水孔与外套管的顶部连接;通孔位于转向单元的中心，用于放置活塞，活塞是由磁铁材料制成的;转向单元的下表面还设有出水孔。

清洗套的内部两侧纵向且相对设有入水槽和出水槽，入水槽和出水槽均设有若干流水孔[6]。另外，清洗套的内部中间横向且相对设有若干第一连接槽和若干第二连接槽，当对测斜仪进行清洗时，注水后，水流从入水槽流入，经过流水孔、第一连接槽、第二连接槽，最后从出水槽排出。

2.2 技术核心关键

2.2.1 电气控制系统

该设备以西门子S7-1200 PLC为控制核心，通过PLC的输入口采集按钮开关、压力传感器、编码器的数据，用于三路高速脉冲输出的方式控制绕线机构、收放线机构、换线机构的运动，同时通过CM1241的485通信模块与高精度测斜传感器进行通信读取测斜传感器的X和Y的偏移值，并通过以太网接口将数据发送至网关模块，网关模块安装了4G的SIM卡，用以将测斜传感器的关键点数据发送至工业云端，也可利用无人机进行数据的采集，实现数据的自动化采集;与此同时也可以通过手机App对设备进行远程操控[7]。

2.2.2 工业云平台

云平台采用广州蓝谷科技有限公司的LG2000型云平台系统，该系统基于阿里云开发，在自动模式下用户可云通过智能网关的继电器输出平台定时唤醒设备，并发出测量启动信号。

3  结语

随着我国经济的高速发展，城市化水平的不断提高，人们对地下空间的开发利用也越来越多。在地下工程的施工过程中，由于基坑开挖过程中会破坏土层原有的状态，可能导致土体移动，沉降等危害，从而导致周围建筑物、道路、地下管线的破坏。要预防上述可能会出现的危险，就必须用到测斜仪这一基建施工过程中必不可少的重要仪器。相关数据统计我国投资在基建的资金逐年稳定增加，所以该产品未来发展会更加快速。

参考文献

[1] 谢长岭，汤继新，方宝民.自动化测斜技术在基坑监测中的应用[J].城市住宅，2021，28（3）：251-252.

[2] 郭林云，徐泮林，冯鹏睿.测斜仪在基坑工程中的应用研究[J].北京测绘，2020，34（10）：1451-1454.

[3] 石永强，李雨菲，车录锋.基于MEMS加速度计阵列的测斜仪设计[J].传感器与微系统，2020，39（9）：66-68，72.

[4] 李沁，黄津松，石利星，等.电子式随钻直井测斜仪在塔里木油田的应用[J].石化技术，2020，27（7）：73-74.

[5] 齐侃侃，董昊.测斜仪温度特性研究[J].电子世界，2020（4）：82-84.

[6] 詹文彬.智能钻孔测斜仪设计[D].成都：西南交通大学，2009.

[7] 李俊明，孟宪超.自动化测斜仪在基坑监测中的应用[J].科学技术创新，2021（20）：125-126.

作者简介：廖彦程（1997—），男，大专，研究方向为机电一体化。