基于rs-485总线的土工布渗透率测控系统

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1、基于RS-485总线的土工布渗透率测控系统 杨学昭  摘要:土工布在工程应用中,其渗透率是一项重要的参考性能指标。该系统通过RS-485总线连接上位机与89C52单片机(下位机),实现了土工布水平渗透率的自动测控系统。下位机具有自动加压﹑水力梯度控制及渗透率计算功能。上位机与多个下位机通讯进行实时监测,并实现测试数据的报表打印、曲线绘制,提高了测量精度,减少了测试时间。关键词:土工布;渗透率;RS-485总线;单片机;测控系统中图分类号:TP23文献标识码:A文章编号:1006-883X(2003)02-0028-05    一、引言土工

2、布是一种新型建筑材料,它综合了纺织、化工、塑料等行业的技术成就,具有防护、隔离、过滤及排水等功能,在国内外广泛应用于岩石及土木工程等领域。土工布种类较多,不同种类的土工布其性能指标及应用领域也不相同。在工程应用时,根据不同的环境﹑地质条件﹑工程结构及土工布在工程中的作用及其土工布本身的性能等因素,对土工布的品种及指标的选择有不同的要求,因此必须通过测试了解土工布的性能指标,供使用单位选用,达到合理使用土工布的目的。同时土工布的生产厂家也应通过测试,保证产品的质量,生产出合格的土工布产品。土工布的性能指标主要包括物理学、力学、水力学等方面的

3、指标,对于这些性能指标的测试,我国已制定相应的接近国际标准的测试标准[1],这对我国土工布的推广应用起了很大的推动作用。但目前测试仪器普遍比较简单,测量误差大,技术含量较低,有些甚至完全人工操作,人为测量误差较大,没有应用到最新的测量手段及技术,这不利于土工布的合理选用。因此,有必要利用计算机及现代测量技术改造土工布的测试仪器。在土工布所有的性能指标中,水力学的指标更为重要,特别在排水工程应用中,必须充分考虑土工布平面内渗透率。而其测试装置要求较高,测试过程复杂。我们于1999年承担了土工布平面内渗透率测试仪研制的河南省科技攻关项目,并已

4、研制出了实现单台具有手动/自动测试功能的土工布平面内渗透率测试仪[2-3]。但由于土工布平面内渗透率测试需要选取试样多,测试数据量大,单台测试装置测试时间长(一周时间),这势必会因停电造成测试中途失败。而且,在测试过程中,需要人工更换试样,操作复杂。为此在原测试仪的基础上,我们采用RS-485通讯方式,实现对了对多台(6台)测试装置进行控制,使测试时间缩短至一天,并由上位机实现测试参数的报表打印,绘制试验结果曲线,很好地满足了实际要求。 二、测试过程根据国标定义[1]:在规定的水力梯度和接触材料下,改变法向压力,测量土工布平面内单位时间的

5、渗水量即为平面内的渗透率,即:q压力/梯度=式中:q压力/梯度—一定的压力和梯度下,土工布单位宽度的平面内水流量(m2/s);V—集水器中收集水的体积(m3);RT—水温修正系数(无量纲);W—试样宽度(m);t—时间(s)(集水器中收集水的体积V所需时间)。由于生产土工布的材料和厚度不同,应选取3或6块土工布试样进行测试。每块试样应在三种压力(20kPa、100kPa、200kPa)﹑两个水力梯度(0.1、1.0)下(共6种测试状态)分别测试渗透值,在每个压力、梯度下,各测3次,再对3次测试结果取平均值,得到该土工布试样在此状态下的渗透

6、率。最后所有试样测试完毕后,取相同测试状态下渗透率平均值,以此作为该土工布平面内渗透率的测试值。上式中,各参数取值分别为:V=0.5m3,W=0.2m,RT=1(实验温度为20oC)。因此,在不同测试状态下,只要测试出集水器水满时间(t),即可计算出该状态下一次渗透率的测试值。 三、系统的组成该测控系统由3部分组成:测试装置﹑下位机﹑上位机,如图1所示。图中,因土工布测试的试样数需要3块或6块,所以下位机构成测控仪及控制的测控装置个数应为3的整数倍,本测控系统取6个。(1)测试装置主要用来放置试样,形成规定的水力梯度及加压装置和溢出水的收

7、集,如图2所示。它由土工布的试样框、加压步进电机及传动装置、0.1梯度阀、1.0梯度阀、压力传感器、进水阀及集水器的排水阀等组成。在测试过程中,应保证水沿试样的截面内流过,其它与试样接触的部分不能漏水。因此上盖板与试样之间必须配合严密,移动板能上下移动,由步进电机经传动装置驱动。(2)下位机采用89C52单片机,包含A/D转换接口、RS-485接口、微型打印机接口、并行输入/输出扩展接口等,实现对系统的检测、控制、数据处理、通讯、打印、显示及按键处理等功能,如图3所示。使用应变片式压力传感器检测压力值,通过步进电机控制加压装置,使压力保持

8、在所需的恒定值。通过控制进水阀、0.1梯度阀、1.0梯度阀及集水器的排水阀等相应的电磁阀,满足测试过程的要求,用位置传感器检测水满信号。其中,对于输出信道中的步进电机和电磁阀的控制采用了光电耦

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