摘要：在水利水電工程建設(shè)中，帷幕灌漿工程量大，需采用智能灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)替代常規(guī)灌漿記錄儀，以規(guī)范施工操作。設(shè)計(jì)了一種包含制漿機(jī)、灌漿泵及儲漿桶的水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，集成智能傳感器、PLC、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)模塊等設(shè)備，利用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)云服務(wù)器數(shù)據(jù)爬取技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)漿及返漿流量、進(jìn)漿密度、壓力等數(shù)據(jù)的采集和處理，并能提供觸摸屏人機(jī)交互及數(shù)據(jù)存儲功能，且實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程物聯(lián)透傳顯示及控制。該系統(tǒng)已在南水北調(diào)中線雄安調(diào)蓄庫灌漿試驗(yàn)工程中付諸應(yīng)用，結(jié)果表明：該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性好，為實(shí)現(xiàn)全過程智能灌漿和管控奠定了基礎(chǔ)。

關(guān) 鍵 詞：水泥灌漿； 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測； 智能傳感器； PLC控制； 遠(yuǎn)程監(jiān)控； 南水北調(diào)中線

中圖法分類號： TV543.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.11.032

0 引 言

帷幕灌漿技術(shù)在水電站建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，包括巖體加固、滲漏控制、基坑抗?jié)B、堆石壩加固和支護(hù)導(dǎo)流洞等方面^［1-2］，為水電站的安全建設(shè)和穩(wěn)定運(yùn)行提供了有效的技術(shù)手段。近年來，灌漿工程自動(dòng)化和智能化控制成為研究的熱點(diǎn)^［3-4］。灌漿行業(yè)設(shè)備發(fā)展大體經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：人工灌漿手工記錄階段、人工灌漿記錄儀監(jiān)測階段及智能灌漿階段^［5-6］。水利水電工程建設(shè)中帷幕灌漿工程量大，傳統(tǒng)的灌漿記錄儀依賴人工操作和經(jīng)驗(yàn)，存在數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性差的問題^［7-9］，無法滿足現(xiàn)代工程對灌漿過程實(shí)時(shí)監(jiān)控和智能化管理的需求。因此，采用智能灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)替代常規(guī)灌漿記錄儀，以規(guī)范施工操作，實(shí)現(xiàn)灌漿過程智能化，對保障工程質(zhì)量及提升智能建造水平具有重要意義。

實(shí)現(xiàn)智能灌漿首先需將灌漿全過程數(shù)據(jù)無線接入云服務(wù)器，然后采用智能控制算法實(shí)現(xiàn)智能壓力控制、自動(dòng)配漿、灌漿工藝控制等，從而實(shí)現(xiàn)灌漿全過程智能化施工及管理。本文介紹了一種水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成智能傳感器、PLC、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)模塊、模擬量/數(shù)字量模塊等，通過使用物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)云服務(wù)器數(shù)據(jù)爬取技術(shù)，實(shí)現(xiàn)進(jìn)漿及返漿流量、進(jìn)漿密度、壓力等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理，提供觸摸屏人機(jī)交互及數(shù)據(jù)存儲功能，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制。同時(shí)，該系統(tǒng)在南水北調(diào)中線雄安調(diào)蓄庫灌漿試驗(yàn)工程中成功應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)全過程智能灌漿和管控奠定了基礎(chǔ)，有望在更廣泛的工程項(xiàng)目中推廣應(yīng)用，提高施工效率和質(zhì)量。

1 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

圖1所示為水泥灌漿作業(yè)工區(qū)布置圖。灌漿工程主要設(shè)備包括鉆機(jī)、制漿機(jī)、儲漿桶、攪拌槽、灌漿泵等^［10-11］。鉆機(jī)用于在工程中進(jìn)行鉆孔作業(yè)，制漿機(jī)則用來將水泥與水充分混合形成灌漿漿液，儲漿桶通常用來儲存制備好的灌漿漿液，而攪拌槽則用于對漿液進(jìn)行充分?jǐn)嚢杌旌?，灌漿泵則是將漿液從儲存容器輸送至施工現(xiàn)場的關(guān)鍵設(shè)備。水泥灌漿作業(yè)在土建工程中扮演著至關(guān)重要的角色，其施工質(zhì)量直接影響著工程的穩(wěn)定性和耐久性。為了更好地監(jiān)控和管理水泥灌漿工程全過程，在現(xiàn)代科技的支持下，開發(fā)水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為重要^［12-13］。

本文開發(fā)的水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層^［14-15］。其中感知層主要包括智能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、PLC本體及模擬量/數(shù)字量采集模塊，智能傳感器及PLC通過有線傳輸實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)采集，PLC與觸摸屏通過以太網(wǎng)網(wǎng)口進(jìn)行Modbus TCP/IP通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過有線傳輸讀取PLC采集數(shù)據(jù)并通過無線方式（4G）傳輸至網(wǎng)絡(luò)層；網(wǎng)絡(luò)層中，云服務(wù)器得到感知層的數(shù)據(jù)后，通過MQTT協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸至應(yīng)用層；應(yīng)用層中，采用Python開發(fā)的云平臺監(jiān)測軟件獲取網(wǎng)絡(luò)層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。同時(shí)云平臺監(jiān)測軟件可通過物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)灌漿泵的啟停控制。圖2所示為水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)。

水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在制漿機(jī)、儲漿桶、灌漿泵及其循環(huán)管路上安裝流量、壓力、溫度、密度及液位等智能傳感器，實(shí)現(xiàn)注漿和返漿的流量、壓力、密度、溫度等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的全過程監(jiān)測。圖3所示為水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖，整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)以PLC為控制核心，物聯(lián)網(wǎng)模塊和觸摸屏通過交換機(jī)以TCP/IP協(xié)議與PLC進(jìn)行通信。數(shù)字量輸出傳感器與PLC進(jìn)行串口總線通信，PLC控制器I/O口可實(shí)現(xiàn)灌漿泵啟停的點(diǎn)位控制。

2 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)PLC輸入端接入3個(gè)密度傳感器，輸出信號為4～20 mA的模擬量信號；流量傳感器、溫度傳感器、稱重傳感器、壓力傳感器、液位計(jì)等采用RS485數(shù)字量輸出，支持Modbus串口通訊協(xié)議，數(shù)字量輸出每個(gè)傳感器都有屬于自己的站號，該站號可人為設(shè)置，PLC進(jìn)行輪巡讀取過程中通過站號來識別不同傳感器；遠(yuǎn)程控制采用PLC繼電器進(jìn)行開關(guān)量控制。根據(jù)輸入及輸出數(shù)，確定如表1所列的控制系統(tǒng)I/O分配。

水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)采用的PLC型號為西門子S7-200 Smart的ST40 CPU模塊，模擬量模塊采用西門子擴(kuò)展模塊EM AM06。其中，ST40 CPU模塊有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn)，支持RS232/422/485通訊；EM AM06模塊具有4點(diǎn)模擬量輸入/2點(diǎn)模擬量輸出^［16-17］。觸摸屏的型號為昆侖通泰Tpc1231Ni，自動(dòng)通訊偵測，支持以太網(wǎng)通訊。觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，通過以太網(wǎng)與PLC進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)近端操作及數(shù)據(jù)顯示和存儲。

圖4所示為水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)主控區(qū)電氣接線圖，圖中SB1和SB2分別為物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測啟動(dòng)自鎖按鈕和急停按鈕。高低位密度計(jì)和回漿密度計(jì)可輸出4～20 mA模擬量信號接入至西門子擴(kuò)展模塊EM AM06中，實(shí)現(xiàn)模擬量實(shí)時(shí)原始信號的采集，然后需進(jìn)行傳感器的標(biāo)定。稱重傳感器等6個(gè)傳感器通過Modbus協(xié)議及PLC的RS485接口實(shí)現(xiàn)串口總線通訊。當(dāng)多個(gè)傳感器通過總線接入一個(gè)RS485口時(shí)，通過傳感器的站號實(shí)現(xiàn)傳感器信號分辨。為了減少信號反射和提高信號完整性，串口總線的兩端一般連接終端電阻。

3 物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)調(diào)試

3.1 PLC程序設(shè)計(jì)

水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的控制流程是順序流程，圖5所示為PLC程序流程。

（1） 初始化與配置：配置PLC的通訊參數(shù)，包括Modbus地址、波特率等；初始化系統(tǒng)傳感器和執(zhí)行器的接口。

（2） 設(shè)計(jì)一個(gè)主循環(huán)：周期性地檢查與控制各采集程序，循環(huán)檢測是否啟動(dòng)采集，若是則啟動(dòng)模擬量和數(shù)字量接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并對收集到的數(shù)據(jù)執(zhí)行必要的濾波處理；否則停止數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)上云。

（3） 模擬量信號的順序化采集：模擬模塊EM AM06密度計(jì)中的4～20 mA模擬量信號，并按傳感器標(biāo)定結(jié)果實(shí)現(xiàn)高低位和回漿密度數(shù)據(jù)的獲取。

（4） 數(shù)字量信號的輪詢采集：在PLC程序中設(shè)置一個(gè)輪詢循環(huán)，依次輪詢每個(gè)傳感器。發(fā)送請求后，等待傳感器的響應(yīng)并處理接收到的數(shù)據(jù)；在程序中添加異常處理機(jī)制，處理傳感器通信異?；虺瑫r(shí)情況，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。根據(jù)數(shù)字量輸出傳感器的站號來識別不同傳感器，并存儲到對應(yīng)PLC對應(yīng)的寄存器進(jìn)行存儲。

（5） 數(shù)據(jù)上云：設(shè)定數(shù)據(jù)上傳至云網(wǎng)關(guān)的邏輯及上傳策略，將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)通過安全加密方式上傳至云網(wǎng)關(guān)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?。云網(wǎng)關(guān)接收上傳的數(shù)據(jù)并將其存儲在云服務(wù)器中，建立數(shù)據(jù)庫用于存儲和管理水泥灌漿監(jiān)測數(shù)據(jù)。云平臺監(jiān)測軟件可在云端對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，生成報(bào)表、圖表等形式用以展示，并支持遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。

3.2 觸摸屏程序設(shè)計(jì)

觸摸屏界面采用McgsPro組態(tài)軟件開發(fā)，如圖6所示，包括進(jìn)漿及高低位密度顯示區(qū)、流量及液位顯示區(qū)、溫壓及稱重信號顯示區(qū)，同時(shí)觸摸屏界面可對數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)上云進(jìn)行開關(guān)操作，并對孔號、段號等信息進(jìn)行設(shè)置，方便數(shù)據(jù)的存儲及上云。界面設(shè)計(jì)了故障預(yù)警顯示，設(shè)置報(bào)警閾值和范圍，對進(jìn)漿返漿密度、流量及液位、溫壓及稱重進(jìn)行超限報(bào)警。

連接好網(wǎng)口通訊線后，在McgsPro組態(tài)軟件中設(shè)置默認(rèn)的連接方式TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置目標(biāo)機(jī)名PLC的IP地址即可完成觸摸屏與PLC的通訊。通過以上合理的端口設(shè)計(jì)和配置，結(jié)合直觀友好的觸摸屏界面設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的高效運(yùn)行和便捷管理。

3.3 云平臺監(jiān)測軟件設(shè)計(jì)

水泥灌漿全過程云平臺監(jiān)測軟件采用Python進(jìn)行開發(fā)，設(shè)計(jì)四大模塊功能，即實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、報(bào)表過程數(shù)據(jù)模塊及歷史記錄模塊，實(shí)現(xiàn)水泥灌漿全過程數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程獲取顯示、灌漿泵的遠(yuǎn)程啟停及歷史數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程存儲，圖7為水泥灌漿全過程云平臺監(jiān)測軟件界面。云平臺想要識別并顯示網(wǎng)關(guān)傳輸過來的不同數(shù)據(jù)，首先需配置好MQTT服務(wù)和VPN服務(wù)，然后根據(jù)采集程序中各個(gè)不同數(shù)據(jù)的寄存器類型、地址偏移和數(shù)據(jù)類型配置數(shù)據(jù)點(diǎn)表，最后確定上報(bào)方式是定時(shí)上報(bào)還是變化時(shí)上報(bào)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳、下發(fā)及存儲。

實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程上傳與下發(fā)需建立云平臺監(jiān)測軟件與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的API連接，并將 API接口內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過 Python代碼爬取到本地的 CSV數(shù)據(jù)庫中且存儲，最后將本地?cái)?shù)據(jù)庫中的對應(yīng)數(shù)據(jù)通過代碼賦予給網(wǎng)頁中對應(yīng)地址，實(shí)現(xiàn)可視化。

（1） 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器及云平臺監(jiān)測軟件API連接設(shè)計(jì)：網(wǎng)關(guān)服務(wù)器能夠通過HTTP API實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上報(bào)下發(fā)，請求類型為 GET型和POST型。API接口內(nèi)的每行數(shù)據(jù)包括的內(nèi)容都是“time”“value”以及最后的數(shù)據(jù)名稱，并且每行數(shù)據(jù)的時(shí)間格式都是一串?dāng)?shù)字，這串?dāng)?shù)字就是時(shí)間戳，為了實(shí)現(xiàn)跨平臺兼容性及數(shù)據(jù)解析，使用UNIX時(shí)間戳進(jìn)行時(shí)間記錄。

（2） 接口數(shù)據(jù)的爬取及本地的存儲設(shè)計(jì)：數(shù)據(jù)存儲主要有TXT、JSON、CSV等幾種^［18-20］，本文所述監(jiān)測軟件采用CSV存儲方式。數(shù)據(jù)爬取前需安裝requests庫、json庫、pandas庫、os庫及time庫。查詢數(shù)據(jù)中間存儲的API網(wǎng)址并將數(shù)據(jù)存儲到臨時(shí)地址res中，篩選數(shù)據(jù)中的test文件并根據(jù)名稱賦予給對應(yīng)的存儲地址。以下為數(shù)據(jù)爬取并存儲到臨時(shí)地址res中的關(guān)鍵指令：

url=https：∥cloud.truhigh.com/api/IoTDevice/getdata？id=628eee9737779b7145628cba

res=requests.get（url）

其中test文件中的數(shù)據(jù)賦予給對應(yīng)存儲地址并進(jìn)行本地存儲的關(guān)鍵指令為

text=json.loads（res.text，encoding=\"utf-8\"）

next_PT=text［points］［next_Pamp;T］ ［value］

（3） 可視化前端設(shè)計(jì)及內(nèi)網(wǎng)透傳：通過Python腳本爬取傳感器數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中。利用Flask框架構(gòu)建Web應(yīng)用，通過結(jié)合HTML、CSS和JavaScript，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)可視化和用戶交互界面。此外，此系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)套件實(shí)現(xiàn)了內(nèi)網(wǎng)透傳功能。在這一過程中，客戶端先向本地服務(wù)器發(fā)送請求，本地服務(wù)器將這些請求轉(zhuǎn)發(fā)至內(nèi)網(wǎng)中的特定服務(wù)器，內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器處理完數(shù)據(jù)后，會將響應(yīng)發(fā)送回本地服務(wù)器，該服務(wù)器再將響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端。全程通信通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)套件中的加密通道進(jìn)行，保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院屯暾?。這種設(shè)計(jì)有效實(shí)現(xiàn)了內(nèi)外網(wǎng)之間的通信，同時(shí)確保了數(shù)據(jù)交換的安全性和高效性。

4 系統(tǒng)調(diào)試及應(yīng)用

研發(fā)的水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)在南水北調(diào)中線雄安調(diào)蓄庫灌漿試驗(yàn)工程中進(jìn)行了現(xiàn)場應(yīng)用，圖8所示為正常灌漿階段采集的實(shí)時(shí)灌漿壓力、灌漿流量及灌漿密度數(shù)據(jù)曲線。

水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了灌漿孔全過程灌漿數(shù)據(jù)的同時(shí)采集與管理，節(jié)省人工、提高工效、節(jié)約成本，為雄安灌漿庫智能化灌漿施工奠定了基礎(chǔ)。圖9所示為灌漿過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測控制柜及云平臺現(xiàn)場遠(yuǎn)程監(jiān)測界面。經(jīng)功能性和可靠性測試，水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)漿及返漿流量、進(jìn)漿密度、壓力等數(shù)據(jù)的采集，觸摸屏人機(jī)交互及近端數(shù)據(jù)存儲，以及遠(yuǎn)程物聯(lián)透傳顯示及控制，系統(tǒng)長期運(yùn)行穩(wěn)定，數(shù)據(jù)量完整，實(shí)時(shí)性好。

5 結(jié)論與展望

水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。在硬件方面，以PLC為核心，實(shí)現(xiàn)了灌漿過程中模擬量信號的分通道采集和數(shù)字量信號的串口總線采集，以及數(shù)據(jù)向觸摸屏和物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的高效傳輸。在軟件方面，包括PLC程序、觸摸屏程序和云平臺監(jiān)測軟件。PLC程序通過順序控制和數(shù)字量信號的輪巡，實(shí)現(xiàn)了多傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。觸摸屏程序則通過組態(tài)軟件編程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的即時(shí)顯示和故障預(yù)警。云平臺監(jiān)測軟件采用Python開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了API連接設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)爬取、本地存儲及通過內(nèi)網(wǎng)透傳技術(shù)的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和控制指令下發(fā)。此系統(tǒng)在南水北調(diào)中線雄安調(diào)蓄庫灌漿試驗(yàn)工程中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。測試結(jié)果顯示：該系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)時(shí)性能優(yōu)良，成功實(shí)現(xiàn)了灌漿返漿密度、流量等關(guān)鍵工藝數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程灌漿泵控制。

水泥灌漿全過程物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用提高了數(shù)據(jù)采集和處理的效率，確保了工藝數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性；系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測控制功能極大地提升了操作的靈活性和安全性，降低了人工操作的需求，進(jìn)而減少了操作成本。同時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性在長期實(shí)際運(yùn)用中得到了驗(yàn)證，這不僅增強(qiáng)了操作的連續(xù)性，也為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)全過程智能化灌漿及其自動(dòng)化管控奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 祝玉珊，王曉玲，崔博，等.壩基灌漿量預(yù)測ISSA-Stacking集成學(xué)習(xí)代理模型研究［J］.天津大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程技術(shù)版），2024，57（2）：174-185.

［2］ 曹文彬，羅鵬飛，鄧韶輝，等.特高土石壩首次蓄水期壩基滲控監(jiān)測分析評價(jià)［J］.人民長江，2023，54（6）：231-235.

［3］ 李蒙晰.灌漿監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2023.

［4］ 仝飛.數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的帷幕灌漿質(zhì)量全過程控制及評價(jià)方法研究［D］.西安：西安理工大學(xué)，2024.

［5］ 黃燦新，王團(tuán)樂，施炎，等.基于BIM的水利水電灌漿工程管理系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用［J］.人民長江，2022，53（9）：209-215.

［6］ 夏可風(fēng)，王克祥.從烏東德、白鶴灘水電站灌漿工程看我國灌漿施工智能化的前景［J］.水力發(fā)電，2022，48（7）：64-67.

［7］ ZHANG K，SHEN Z，XU L，et al.Inverse modeling of grout curtain hydraulic conductivity evolution considering the calcium leaching effect［J］.Mathematics，2022，10（3）：381-396.

［8］ ZHANG T，WANG X，YU J，et al.Multi-objective optimization of curtain grouting construction scheme with ensemble residual surrogate model［J］.Rock Mechanics and Rock Engineering，2024，32：1-19.

［9］ REN J，ZHAO H，ZHANG L，et al.Design optimization of cement grouting material based on adaptive boosting algorithm and simplicial homology global optimization［J］.Journal of Building Engineering，2022，49：104049.

［10］鞏凱杰.基于BIM與施工實(shí)時(shí)參數(shù)的壩基灌漿監(jiān)控分析及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)［D］.天津：天津大學(xué)，2022.

［11］蓋世聰，余佳，關(guān)濤，等.基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的灌漿協(xié)同決策可視化研究［J］.水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2022，41（1）：14-24.

［12］賈寶良，羅熠，張慧，等.灌漿工程自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)進(jìn)展與展望［J］.長江科學(xué)院院報(bào)，2021，38（10）：186-191.

［13］王瑞英，朱等民，郭炎椿.智能灌漿技術(shù)在烏東德水電站帷幕灌漿中的應(yīng)用［J］.人民長江，2020，51（增2）：200-202，259.

［14］范學(xué)偉，謝峰，汪小武，等.基于B/S與C/S融合架構(gòu)的電動(dòng)扭矩扳手遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化，2023，45（2）：175-178.

［15］張恒飛，李小龍，梅林輝.水利智能物聯(lián)感知平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.水利水電快報(bào)，2022，43（8）：118-121.

［16］李志梅，魏本建.基于S7-200 SMART PLC與MCGS觸摸屏的以太網(wǎng)自動(dòng)線系統(tǒng)構(gòu)建［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2019，48（10）：26-29.

［17］劉英會，岳偉利，張宗彩.基于EM AM06的模擬量控制在變頻調(diào)速中的應(yīng)用［J］.機(jī)電技術(shù)，2023（2）：75-77.

［18］黃秀麗，陳志.基于JSON的異構(gòu)Web平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2021，31（3）：120-125.

［19］段小蝶.基于數(shù)字孿生的自動(dòng)化生產(chǎn)線建模與仿真［D］.廈門：集美大學(xué)，2023.

［20］WU L，CHEN J，ZHOU J.Teaching case design of python data analysis course for non-computer majors［J］.Journal of Education and Educational Research，2023，3（1）：97-99.

（編輯：胡旭東）

Research on IoT monitoring system for entire process of cement grouting

ZHOU Zhigang^1，2，DING Ye^1，2，HUANG Fan^1，2，TAN Songcheng³，LI Changping⁴

（1.Changjiang Geotechnical Engineering Corporation，Wuhan 430010，China； 2.State Key Laboratory of Water Resources Engineering and Management，Wuhan University，Wuhan 430072，China； 3.Faculty of Engineering，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China； 4.School of Mechanical Engineering and Electronic Information，China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

Abstract：

In construction of water conservancy and hydropower projects，the curtain grouting amount is large，it is necessary to use IoT monitoring system for entire process of intelligent grouting to replace the conventional grouting recorder to standardize the construction operation.In this paper，an IoT monitoring system for entire process of cement grouting including pulping machine，grouting pump and slurry storage barrel was designed.This system integrated intelligent sensors，PLC，Internet of Things gateway modules and other equipment.The data crawling technology of IoT gateway cloud server was used to realize the collection and processing of data such as slurry flow，slurry density and pressure，and touch screen human-computer interaction and data storage functions are accessible.In addition，the system realized remote IoT transparent display and control.The system was applied in the grouting test of Xiong′an Regulating Reservoir in the Middle Route of South-to-North Water Diversion Project.The results show that the system ran stably and the data was real-time，which laid a foundation for the realization of intelligent grouting and control in the whole process.

Key words：

cement grouting； IoT monitoring； smart sensors； PLC control； remote monitoring； Middle Route of South-to-North Water Diverision Project