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【摘  要】城市综合管廊，建于地下用于容纳两类及以上城市工程管线的构筑物及附属设施。不破坏道路，不影响地面交通、建筑。根据设计要求，管廊顶部分段设有可开启盖板，利于检修维护更新。随着社会科技的发展，结合“互联网+”技术的引入，可以极大地提高工作效率。各种传感器、手机app以及终端监控室的加入，可以自动巡检，并能实现“防患于未然”。本文主要在机构选型设计与新兴互联网相结合，实现井盖智能化，利用现代化智能手段去感知、控制井盖。

【关键词】互联网+;管廊井盖;机构设计;手机远程实时控制

1.概述

由于井盖经常在太阳底下暴晒以及在阴冷湿暗地方放置，会让井盖腐蚀老化;工人在进行检查井盖和下水道里面维护维修也会不太方便;井盖内部会产生有毒有害气体会导致井盖爆炸，这样就会产生社会危害，井盖的损坏会造成社会经济损失。本文主要是利用现在的互联网时代，利用云端大数据和现在实用便捷工具手机APP相结合，通过对井盖进行机械自动化处理让它能够自我快速打开，并结合各种数据检测模块，来实时监控地下管廊的湿度、气压、有毒混合气体。以便快速的对突发事件的处理。

现在互联网快速发展，人工智能、智能机器人、智能家居，都在慢慢普及，城市也在逐渐升级改造，智能井盖，主要是给井盖智能化和转入现代科技。实现井盖自动翻转打开;可以实现远程定位;可以检测地下管道内气体密度成分和密集情况;还可以防止井盖被盗或者井盖损坏带来社会经济损失;是将来城市化建设重要一环。

在互联网下建立城市底下管道系统，实时监测城市地下管道状态。在每个井盖上装GPS定位、利用GPS定位让地下管道井盖出口，形成网格状分部，直接可以再终端显示上看见。井盖自动翻转可以实现井盖智能打开，并且可以防止一些不法分子进行犯罪。另外在井盖内部装有各种检测装置通过连接手机APP来对地下管廊进行监控，从而进一步的更加高效率来规避风险和灾害。更好保障人民财产安全。

2.基于互联网上井盖智能系统总体构架

传统井盖直接是一个圆形或是方形铸铁件，于防盗、快速打开等要求，无从谈起。近几年已经陆续有电机驱动丝杠方式的机械开启方式。

结合客户方使用要求，有快速开启、压紧防水等要求。虽然已有改良产品通过多油缸方式，可以可靠实现启闭、压紧防水功能，但于“快速10秒逃生”要求甚远！因此，在本轮机构设计中，倾向于采用一个油缸快速大流量输入，结合机械组合机构实现“启、闭+压紧密封”的动作。

2.1方案简介

智能井盖主要分四个模块：机构部分（液压泵站+液压缸+翻转机构）、实时定位模块（GPRS定位软件+无线通讯）、有毒气体、湿度气压模块（湿度气压传感器+有毒气体检测传感器+PLC一体机）、信息通讯模块（PLC一体机+通讯传感器）。

主要作用：发生突发状况让井盖能快速打开，以便维修人员维修，井盖发生角度偏移或位置移动，发送位置实时定位。检测地下管内部气压、湿度、有毒气体数据并传送到手机终端，有效管理城市的地下管廊体系。

主要优点：（1）高效率检查井盖自身动态和位置信息，智能化操作，手机APP软件随时查看地下管廊状态。（2）发现井盖丢会向监控中心发出警示。（3）通过液压液压传动打开井盖，增加井盖防盗安全。缺点：投入费用和传统井盖费用相比较大，利用现在智能需要技术人才支持。

结构表示如下图所示：

2.2运动机构的选择

（1）液压缸链轮式。液压缸一端固定住井壁，另一端与井盖上的链轮回转中心连接。链条一端与液压缸固定端连接;另一端固定住大链轮。

打开方式：通过液压缸的直线运动带动链轮的回转运动从而顶开井盖并实现翻转打开。

优点：链条输送装置具有不易滑动;通过调节末端链条长度，实现举升高度及翻转角度，传动可靠。

缺点：链条驱动，根据载荷、转速、工作环境等主要因素选择链型和长度，链条过长会出现链条颤动现象;滚子链零件较多润滑防锈不充分，潮湿环境中使用不便;采用滑轮方式，不利于实现快速启闭。

（2）导轨翻转式。液压缸顶部与井盖浮动连接，依照设定的导轨实现顶起、翻转。

打开方式：通过液压缸带动井盖翻转打开

优点：零件数量少，结构简单，容易实现。

缺点：连接不紧凑，翻转运动中容易卡顿、容易造成井盖的损坏。

（3）液压缸收缩翻转式。井盖一侧与支撑架铰接;支撑架两个支柱为反装液压缸，翻转液压缸（图中黄色液压缸）与井盖另一侧铰接。

打开方式：

①支柱液压缸顶起，解除密封并为打开井盖留下空间;

②通过液压缸的收缩运动，使得井盖逆时针翻转打开井盖。

优点：三个液压缸分工，按逻辑关系进行运作，密封及运动可靠。

缺点：使用多个液压缸，不经济;翻转运动属费力杠杆，有杆腔接触面积小，液压缸笨重。

（4）液压缸举升翻转式。井盖以铰链方式固定在支撑架一端，支撑架与井圈采用弹性连接，液压缸活塞杆与井盖铰接。

打开方式：

①液压缸顶起，支架弹性回复带动井盖升起;

②活塞杆推动井盖围绕铰链，翻转打开井盖。

优点：机构简单、传动效率高、井盖翻转迅速。

缺点：若是速度控制不当，易造成井盖铰链处损坏。

对比四个方案的优缺点，最终选择液压缸举升翻转式，该方式机构简单、可靠、相对于其他方式井盖翻转迅速，能满足客户在紧急情况下快速打开的要求。

3.智能井盖硬件设计

3.1启闭机构

人为手动是井盖启闭传统方式，该方式给操作人员带来众多工作负担。现采用机动装置，在井盖内部装入自动启闭装置。使用到液压缸、液压泵站、主副连接干、转动铰链、内壁支撑架。沿井盖下端面一边处固定一转动铰链，其下面连接着连接杆，连接杆连接着液压缸，液压缸连接着液压泵站，内壁支撑架安装在井盖孔壁下方位置。液压缸固定在内壁支撑架上面，设备连接到一起形成一条完整的井盖内部链。液压泵基站与液压缸相连接，液压泵站通电，液压油流入液压缸内使液压缸顶起，带动连接杆向上升起带动井盖向上升起，使井盖打开90度到120度转角。井盖打开收回时，液压泵站通电带动液压缸向下收缩，连接杆迅速收缩并关闭井盖。井盖内部装有密封圈能够起到一个良好的防水作用。

这样的优点有：①可以实现几秒之内快速自动打开井盖，减轻工作人员的工作负担。②在雨季天气情况下，井盖周围的密封圈，可以防止雨水进入地下管道溅湿地缆，以最大程度去保护地下光纤，减少经济损失，提高效益。如图7所示：

3.2实时定位模块

位置传输器安装在井盖上，主是由短距离无线通信和感应器、电源及功能指令组成。它的功能主要是检测井盖在地面状态信息，若井盖发生凸起、位置变化，位置传输器会把位置信息发送给手机终端。维修人员到达传输位置信息在根据具体情况处理问题。感应器主要是采用MEC原装滚轴开关SW-460D倾斜开关。倾斜感应器采用三线制。工作原理就是井盖在没有倾斜情况与无线电信通信模块的I/O口相连。当井盖在无倾斜角度时输出高电平不会发生警报，当井盖开始出现倾斜角度是输出低电平。设置每30秒检测一次I/O接口的电位，发现输出低电平时，发送当前所在位置到手机APP。位只要携带着打开手机APP就可以查询到，系统检测到发生变化会发出信息，平时处于休眠状态，减少能源消耗，采用电池供电。其结构如图8所示：

3.3地下管廊各种信息检查

地下管廊检测有两部分模块组成（有毒气体、湿度压力检测模块+通讯传输模块）主要检查：管廊内部湿度、气压、有毒混合气体。压力湿度485模拟量传感器、MQ-135害气体检测报警传感器、plc带触摸屏一体机、Suk-Box-W远程控制通讯。湿度传感器通过485接口与PLC进行自由协议通讯，将湿度传感器的数值传送给PLC。压力气体传感器将当前的压力，不良气体的浓度转换成4-20ma模拟量送给PLC，通过PLC内部程序计算出当前的压力值和不良气体的浓度值。触摸屏与PLC之间通过以太网连接，将PLC内部的湿度值、压力值，不良气体浓度值实时传送给触摸屏，通过触摸屏可设置湿度上下限、压力上下限、不良气体上下限数值，当实际的湿度、压力不良气体浓度超出所对应设定值的范围的时候，警报指示灯点亮。触摸屏上显示的数据在通过通讯传感器传输到手机APP上。电路图连接流程如右图9所示：

优点：（1）管廊内部湿度气压、混合气体被实时监测，可以在手机上查看。（2）连接方便，可以一个PLC同时接入多组地下管廊检测，更大程度上利用资源。（3）与现在智能化相结合，能更加准确规避发生意外风险。

3.4组装与调试

（1）零件的组装。把上述模块组装拼接，检测装置装在井盖内部，PLC和触摸屏使用防水盒保护，通过通讯传感器把接收到的信息传输到终端。

（2）调试。智能井盖固定四个枝干，以便更直接看到内部情况，打开电源连接机器开始运作。刚开机显示通讯故障，待启动5秒之后显示工作正常并实施监控。

4.结语

根据《数字化城市管理信息系统智能井盖基础信息》国家标准会议在北京召开，在会议上确定了井盖是城市基础设施，是建设智慧城市重要的一环。井盖设计智能化，与现在互联网相结合形成智能井盖是今后城市建设和发展必然趋势。

本文通过翻转机构设计选型、软硬件设置以及调试，初步实现了智慧井盖在物联网大环境下的远程监测与控制。限于时间，在机构设计中存在不成熟发展，后续可以追加调整一些适合温湿度环境较差的组合机构;控制部分，还可以选择更为可靠的模块进行较长时间的复杂环境测试，以期适应城市道路环境的可靠使用;软件，需要综合手机Android、IOS、PC端的应用稳定性测试。使得整个系统更加可靠地服务城市现代化发展。现阶段对整个系统运用不太成熟，在制作过程中还存在变量因素，硬件使用时间过长会产生老化，要增加对检测机器完善制作，采用先进的材料制作。

（指导老师：林伟，黄晓徐）

参考文献

[1]赵士鹏：‘基于Zig Bee和GPRS的智能井盖远程监控系统设计’20160914.001

[2]高 凡 ：‘走进湖南新光一《数字化城市管理信息系统智能井盖基础信息》国家标准第三次工作会’.2019.08.004

[3]尚治宇：‘智能井盖国家标准编制启动’ 2019年02期ISSN：2096-0824

[4]高永维： ‘井盖“吃”人须有治本之策’  广西日报 2018年/4月/13日/第009版

[5]许绍丽，陈天立，夏江，夏卓然 ：‘井盖健康检测系统 ’ 《电子技术》2018年06期

基金项目：本文系无锡职业技术学院2019年度大学生实践创新训练计划项目，项目编号：201910848013Y。

作者简介：王赛 （1999.11-），男 ，江苏宿迁人，大专在读，汉族，研究方向为数控技术。

刘豆豆（1999.11-），女，汉族，江苏盐城人，研究方向为机制。

李洪辉（1999.12-），男，苗族，湖南邵阳人，研究方向为数控。

胡启超（1999.12-），男，汉族，河南信阳人，研究方向为数控。