深基坑内外联合布井自动化降水水位控制系统的制作方法

本发明涉及自动化控制，尤其涉及深基坑内外联合布井自动化降水水位控制系统。

背景技术：

1、自动化控制技术领域涉及利用计算机设备对现场采集数据进行汇集、计算、存储和调用，并形成对应控制指令的数据处理方式。其中，深基坑内外联合布井自动化降水的水位控制是指服务器接收基坑内外井点上传的水位数据、泵组运行数据和时间戳数据，将对应数据写入数据库，控制程序按照预设采样周期读取数据库记录并计算水位变化值，再向现场控制器发送对应的抽水控制指令。

2、随着城市化进程的加速，地下空间开发规模不断扩大，深基坑工程日益增多。在富水地区，特别是在地下水位埋深较浅、含水层渗透性较差的地质条件下，如何安全、高效、经济地控制地下水位，确保基坑干槽作业和周边环境安全，成为施工技术的关键。

3、现有的深基坑降水控制主要以经验布井配合人工巡查或单井分散控制开展，多侧重单井水位显示或局部报警，坑内疏干、坑外降压、观测井反馈与泵组运行之间缺乏统一联动，水泵启停和运行频率也多按固定阈值或人工指令执行。

4、主要存在以下技术问题：

5、一，井位布置与水泵运行控制相互分离，坑内疏干井和坑外降压井难以根据基坑尺度、含水层条件和设计降深形成协同抽排关系，容易出现局部水位降深不足或局部过度抽排；

6、二，水位监测依赖人工巡查或间隔采集，实时性不足，当地下水位快速回升或观测井水位异常波动时，现场处置往往滞后，增加坑底突涌、管涌及周边地层沉降风险；。

7、三，多台潜水泵运行缺少基于运行状态的均衡调度，部分水泵长期高负荷运行，部分水泵闲置备用，导致泵组磨损不均，后期维护压力增大，故障发生后也难以及时联锁处置；

8、因此，现有以经验布井、人工巡查、分散启停和局部控制为特征的方案，难以满足深基坑降水工程对水位稳定控制、内外井协同抽排、设备均衡运行和风险及时处置的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种深基坑内外联合布井自动化降水水位控制系统，使坑内疏干井、坑外降压井、观测井、水位监测、plc判断、水泵启停、变频调节及报警联锁形成对应控制关系，从而使深基坑降水过程中能够按照不同井位、不同目标水位及不同运行状态进行自动化监测与控制。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，深基坑内外联合布井自动化降水水位控制系统包括：

3、布井监测单元，基于基坑等效半径、含水层厚度、渗透系数和设计降深确定井位，在基坑内布置坑内疏干井并在基坑外布置坑外降压井，形成降水井群，在所述降水井群和观测井内布置投入式水位传感器，采集实时水位hc；

4、控制单元，与所述联合布井单元连接，通过plc读取所述实时水位hc，将所述实时水位与目标水位、上限偏差比较，当所述实时水位大于所述目标水位与所述上限偏差之和时，plc发出启动指令，执行对应井抽水；当所述实时水位不大于所述目标水位与所述上限偏差之和，，并持续达到稳定设定时间时，plc发出停机指令，并在触发报警水位、水泵故障或通信中断时生成报警联锁指令；

5、泵组执行单元，与所述控制决策单元连接，远程终端接收所述启动指令、所述停机指令和所述报警联锁指令，根据所述实时水位的水位变化率动态调整变频器输出频率，并优先启动累计运行时长最短的潜水泵。

6、具体来说，所述坑内疏干井用于疏干开挖范围地下水，所述坑外降压井用于拦截侧向径流补给并降低坑外水压力。

7、具体来说，所述布井监测单元采集基坑等效半径、含水层厚度、渗透系数和设计降深，得到布井基础参数；

8、读取所述布井基础参数并区分坑内疏干井与坑外降压井的作用范围，计算基坑总涌水量和单井出水量，并确定理论井数，形成降水井群；

9、将投入式水位传感器分别设置于坑内疏干井、坑外降压井和观测井内，并将投入式水位传感器的采样水位转换为统一高程基准下，输出所述实时水位；

10、其中，投入式水位传感器的安装深度应低于对应井的目标水位并高于井底沉砂段。

11、具体来说，通过标准非完整井公式计算基坑总涌水量和单井出水量，按照公式n=1.1q/q计算理论井数，其中，q表示基坑总涌水量，q表示单井出水量，n表示理论井数；

12、其中，理论井数按安全富余系数进行取整校核。

13、具体来说，所述控制单元通过plc接收投入式水位传感器采集的所述实时水位，并按照降水井群中各井的井号分别读取对应的目标水位、上限偏差和稳定设定时间；

14、当实时水位大于目标水位与上限偏差之和时，即hc＞h+δh，其中，hc表示实时水位，h表示目标水位，δh表示上限偏差，plc向对应井发出启动指令；

15、当实时水位不大于目标水位与上限偏差之和，即hc≤h+δh，并持续达到所述稳定设定时间时，plc向对应井发出停机指令。

16、具体来说，plc向对应井发出停机指令时，需要对同一井号对应的所述实时水位进行连续读取，并在每次读取后将所述实时水位与所述目标水位、所述上限偏差之和进行比较；

17、若任一次读取重新满足hc＞h+δh条件时，此时plc清除已经累计的稳定时间并重新计时；若连续读取均满足hc≤h+δh，并且累计时间达到所述稳定设定时间，则plc发出所述停机指令。

18、具体来说，所述控制单元还读取报警水位、水泵运行反馈信号和通信状态信号，并将所述实时水位与所述报警水位进行比较，将水泵运行反馈信号与plc已发出的启动指令或停机指令进行对应核对；

19、当所述实时水位达到所述报警水位、水泵运行反馈信号与plc已发出的启动指令或停机指令不一致，或者通信状态信号出现中断时，plc发出所述报警联锁指令。

20、具体来说，所述控制单元按照坑内疏干井、坑外降压井和观测井的井号分别保存目标水位、上限偏差、报警水位和稳定设定时间，并在接收所述实时水位时按照井号读取对应的所述目标水位、所述上限偏差、所述报警水位和所述稳定设定时间；

21、plc仅将同一井号对应的所述实时水位与对应的所述目标水位、所述上限偏差、所述报警水位和所述稳定设定时间进行联合判断。

22、具体来说，所述泵组执行单元由远程终端、变频器和潜水泵组成，远程终端接收plc发出的启动指令、停机指令和报警联锁指令，并按照降水井群中各井的井号将相应指令发送至对应变频器；

23、变频器在接收到启动指令时驱动对应潜水泵运行，在接收到停机指令时停止对应潜水泵运行，在接收到报警联锁指令时停止执行对应潜水泵的启停调节；

24、远程终端连续读取同一井号对应的实时水位，并根据前后两次读取的实时水位差值和读取时间间隔计算水位变化率；

25、当所述水位变化率小于预设下降速率值时，远程终端提高对应变频器的输出频率；当所述水位变化率大于预设下降速率值且所述实时水位接近目标水位时，远程终端降低对应变频器的输出频率；所述变频器按照调整后的输出频率驱动对应潜水泵运行。

26、具体来说，所述泵组执行单元在执行启动指令前，读取同一井型下各潜水泵的累计运行时长和运行状态，并从处于可启动状态的潜水泵中选取累计运行时长最短的潜水泵作为待启动潜水泵；

27、当所述待启动潜水泵对应的变频器处于可运行状态时，远程终端将启动指令发送至对应变频器；

28、当所述待启动潜水泵对应的变频器处于故障状态时，远程终端排除所述待启动潜水泵，并在剩余处于可启动状态的潜水泵中重新选取累计运行时长最短的潜水泵。

29、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

30、本发明中，依据基坑等效半径、含水层厚度、渗透系数和设计降深确定井位，使坑内疏干与坑外降压在空间上形成协同抽排关系，连续获取降水井与观测井实时水位，将水位同目标水位和偏差阈值联动比较，结合稳定时间抑制频繁启停、超限时触发抽水、达标稳定时停机、报警水位、泵故障和通信异常同步联锁，抽排强度随水位变化率调整，同时潜水泵按累计运行时长均衡轮换，水位波动获得及时控制，使得城市富水地区突涌沉降和空转损耗风险降低，能耗与维护压力减轻，施工降水过程更加稳定可靠。