鐵路工地試驗(yàn)室壓力機(jī)萬能機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 江

（中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 信息中心， 成都 610031）

隨著鐵路建設(shè)工程不斷發(fā)展壯大，很多建設(shè)方對(duì)于工程建設(shè)過程中的各項(xiàng)要求也不斷提高，為了滿足當(dāng)前工程建設(shè)所需，實(shí)時(shí)控制工程段范圍內(nèi)質(zhì)量，包括各工序、分項(xiàng)、分部的質(zhì)量驗(yàn)收，進(jìn)場(chǎng)材料的質(zhì)量檢查等，設(shè)計(jì)用于鐵路工地試驗(yàn)室的壓力機(jī)萬能機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使得各級(jí)管理部門能及時(shí)監(jiān)控、獲取到各工地試驗(yàn)室的即時(shí)數(shù)據(jù)，減少漏檢等錯(cuò)誤，并能有效地對(duì)檢測(cè)結(jié)果追蹤溯源，滿足鐵路總公司對(duì)工地試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化的基本要求。利用壓力機(jī)與萬能機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配合試驗(yàn)室人員作業(yè)，自動(dòng)采集樣本數(shù)據(jù)，自動(dòng)繪制曲線圖，自動(dòng)生成數(shù)字報(bào)告，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)庫平臺(tái)，便于各級(jí)管理部門進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

工地試驗(yàn)室萬能機(jī)壓力機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)兩種設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和實(shí)時(shí)傳輸，具有提醒、分析、統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控等功能，在數(shù)據(jù)的采集及傳輸工程中應(yīng)確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠、試驗(yàn)過程規(guī)范、結(jié)果能夠追溯，對(duì)試驗(yàn)的結(jié)果能自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算及判定，按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)和表格自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告。利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將壓力機(jī)萬能機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到鐵路總公司信息化平臺(tái)，一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行處理。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖1中，壓力機(jī)和萬能機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的樣品編號(hào)后自動(dòng)采集檢測(cè)數(shù)據(jù)，自動(dòng)繪制曲線圖，自動(dòng)按試驗(yàn)規(guī)程生成格式統(tǒng)一的數(shù)字報(bào)告，并通過相應(yīng)數(shù)據(jù)接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫服務(wù)器中。在試驗(yàn)室中建立相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比數(shù)據(jù)庫，將自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)與之對(duì)比分析，生成分析統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)報(bào)告，并傳輸?shù)椒?wù)器平臺(tái)中。同時(shí)，監(jiān)管部門和用戶可以通過服務(wù)器平臺(tái)直觀地檢索、查看各個(gè)工程部位的試驗(yàn)曲線、原始數(shù)據(jù)和試驗(yàn)報(bào)告，自動(dòng)檢索不合格的試驗(yàn)報(bào)告并安排質(zhì)量安全檢查，有針對(duì)性地提出改進(jìn)意見。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要特點(diǎn)：集數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)檢測(cè)功能于一體，所測(cè)即所得，無紙化；保留全部測(cè)量原始數(shù)據(jù)，可瀏覽、編輯原始數(shù)據(jù)，方便用戶及監(jiān)管部門查詢；整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路專業(yè)、界面操作友好人性化，易學(xué)易用。

系統(tǒng)的采集流程如圖2所示。

2 數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集接口，采集系統(tǒng)通過相應(yīng)網(wǎng)關(guān)將現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備狀態(tài)通過接口采集至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，再由核心程序自動(dòng)完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析工作，在此基礎(chǔ)上，提供完善的管理功能。這樣，通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)多設(shè)備的集成實(shí)現(xiàn)以系統(tǒng)集成、功能集成、網(wǎng)絡(luò)集成和軟件界面集成等多種集成技術(shù)為基礎(chǔ)，通過公共的高速通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)筑起一個(gè)結(jié)構(gòu)合理、性能良好、安全可靠的平臺(tái)，運(yùn)行和操作在統(tǒng)一的人機(jī)界面環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)信息、資源和任務(wù)共享，完成集中與分布相結(jié)合的監(jiān)視、控制和綜合管理功能。

圖2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖

2.1 數(shù)據(jù)接口設(shè)計(jì)

為規(guī)范全路混凝土拌和站及工地試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，鐵路總公司工程管理中心制訂了《鐵路工程拌和站及試驗(yàn)室數(shù)據(jù)接口暫行規(guī)定》，該規(guī)定明確了鐵路工程建設(shè)混凝土拌和機(jī)、萬能試驗(yàn)機(jī)、壓力試驗(yàn)機(jī)與鐵路工程建設(shè)信息化平臺(tái)數(shù)據(jù)中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)內(nèi)容、代碼定義等。數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求：終端軟件要支持基于安全加密的GPRS無線傳輸技術(shù)和有線傳輸?shù)膬煞N數(shù)據(jù)傳輸方式；數(shù)據(jù)基于TCP/IP協(xié)議（包括但不限于）方式傳輸；支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，網(wǎng)絡(luò)中斷后，恢復(fù)連接可以繼續(xù)完成數(shù)據(jù)上傳工作；數(shù)據(jù)完整性。通過對(duì)接口標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、可靠性、完整性和安全性。同時(shí)對(duì)接口編碼的規(guī)范可以讓更多更好的軟件開發(fā)廠商能為鐵路工地試驗(yàn)室開發(fā)更好的管理系統(tǒng)軟件。

如表1的壓力試驗(yàn)機(jī)接口數(shù)據(jù)表所示，除了規(guī)定接口的采樣數(shù)據(jù)外，還要明確接口設(shè)備、委托編號(hào)和試件的具體編號(hào)。

2.2 傳輸協(xié)議設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議對(duì)應(yīng)于ISO/OSI定義的七層協(xié)議的應(yīng)用層，在基于不同傳輸網(wǎng)絡(luò)（該傳輸網(wǎng)絡(luò)被稱為基礎(chǔ)傳輸層）的采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)之間提供交互通信。應(yīng)用層依賴于所選用的傳輸網(wǎng)絡(luò)，在選定的傳輸網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行應(yīng)用層的數(shù)據(jù)通信，在基礎(chǔ)傳輸層已經(jīng)建立的基礎(chǔ)上，整個(gè)應(yīng)用層的協(xié)議和具體的傳輸網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，即介質(zhì)無關(guān)性。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口協(xié)議是建立在通過基礎(chǔ)傳輸層建立連接的基礎(chǔ)上的。協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖3所示。

表1 壓力試驗(yàn)機(jī)接口數(shù)據(jù)表

圖3 傳輸協(xié)議結(jié)構(gòu)圖

2.3 傳輸過程實(shí)現(xiàn)

通過調(diào)用壓力機(jī)和萬能機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳，上傳與現(xiàn)場(chǎng)操作同步：

（1）根據(jù)業(yè)務(wù)功能表（數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容表）組織需傳輸正文json字符串，并進(jìn)行校驗(yàn)（json串是否能正確解析）。

（2）通過數(shù)據(jù)傳輸接收地址，直接訪問確認(rèn)是否可聯(lián)通。

（3）對(duì)各傳輸參數(shù)進(jìn)行FORM賦值，并采用http方式進(jìn)行傳輸，將是否簽名（SFQM）設(shè)定為0，驗(yàn)證傳輸內(nèi)容是否組織正確。

（4）正文數(shù)據(jù)、簽名數(shù)據(jù)傳輸前使用url編碼，防止傳輸過程中base64編碼中的“+”、“=”等丟失。

（5）根據(jù)返回值進(jìn)行程序調(diào)整，為“8888”，則組織傳輸內(nèi)容程序正常，否則根據(jù)返回值進(jìn)行程序調(diào)整。

（6）對(duì)傳輸正文部分進(jìn)行數(shù)字證書簽名，并使用驗(yàn)簽工具判定是否簽名正確。

（7）調(diào)用SignRadom.d ll確定是否每條數(shù)據(jù)簽名，返回0則簽名；否則不簽名。

（8）簽名可以正常解簽后，將是否簽名（SFQM）設(shè)定為1，并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，正常（返回8888）則整個(gè)傳輸過程完成。

2.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

工地試驗(yàn)室萬能機(jī)壓力機(jī)自動(dòng)采集系統(tǒng)對(duì)獲得的樣品進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)，設(shè)置計(jì)算機(jī)控制參數(shù)，選擇測(cè)量通道，設(shè)定控制速度值（試驗(yàn)力、位移、變形），選擇試驗(yàn)方案、采樣速率等參數(shù)，利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和計(jì)算，通過取值比較算法求出試驗(yàn)所要求的最大載荷和最大位移等，停止采集后自動(dòng)顯示載荷和變形的最大值，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，自動(dòng)計(jì)算應(yīng)力、伸長(zhǎng)（壓縮）率、上下屈服點(diǎn)等試驗(yàn)指標(biāo)。同時(shí)，生成試驗(yàn)報(bào)告反映試驗(yàn)測(cè)試和數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，包括試驗(yàn)的說明部分（材料參數(shù)、環(huán)境參數(shù)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)編號(hào)、試驗(yàn)時(shí)間等）、試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的技術(shù)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)曲線，統(tǒng)計(jì)樣本的合格率及單位時(shí)間處理樣本的數(shù)量等信息，自動(dòng)與系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)庫比對(duì)，檢索不合格的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，第一時(shí)間安排質(zhì)量安全檢查，杜絕質(zhì)量隱患的出現(xiàn)。

3 結(jié)束語

工地試驗(yàn)室是工程質(zhì)量控制和評(píng)判工作的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源，是工程建設(shè)質(zhì)量保證體系的重要組成部分。工地實(shí)驗(yàn)室壓力機(jī)萬能機(jī)數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)使得不同地域的不同工程建設(shè)項(xiàng)目在工地試驗(yàn)室管理上保持一致，實(shí)時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢查，有效提高實(shí)驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，從而有力保證了建設(shè)項(xiàng)目的工程質(zhì)量。

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