預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生質(zhì)量監(jiān)控與管理系統(tǒng)

Quality Monitoring and Management System

for Spraying Conservation Process of Precast Beams

郝迎吉1　曾　定1　王海英2　王　鍇2

(西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1，陜西 西安　710054;長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院2，陜西 西安　710064)

預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生質(zhì)量監(jiān)控與管理系統(tǒng)

Quality Monitoring and Management System

for Spraying Conservation Process of Precast Beams

郝迎吉1曾定1王海英2王鍇2

(西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院1，陜西 西安710054;長安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院2，陜西 西安710064)

摘要：針對現(xiàn)階段混凝土預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生過程存在的質(zhì)量監(jiān)測與控制等問題，結(jié)合運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、GPRS無線通信技術(shù)、自動控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于云平臺的預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生過程質(zhì)量監(jiān)控與管理系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對大規(guī)模室外預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生的全自動化控制以及批量化產(chǎn)品質(zhì)量記錄和追溯。通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，業(yè)主、監(jiān)督辦以及合同段預(yù)制梁場客戶端，根據(jù)不同管轄范圍的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對整條高速公路梁場預(yù)制梁的噴淋數(shù)量、質(zhì)量以及工程完成進(jìn)度的動態(tài)跟蹤和生產(chǎn)過程自動化調(diào)度指揮。

關(guān)鍵詞：預(yù)制梁質(zhì)量監(jiān)測與控制GPRS云平臺噴淋養(yǎng)生數(shù)據(jù)庫

Abstract：For monitoring and controlling the quality of spraying conservation process for precast concrete beams, by using advanced technologies, including computer network, GPRS wireless communication, automatic control and database, the quality monitoring and management system has been designed based on cloud platform to implement automation control of large scale outdoor spraying conservation process and quality recording and retrieving of batch production. Through Internet technology,under the authority of the different jurisdictions, the clients of owners, OOE and precast beam yard of the contract sections, can dynamically tracking and dispatching the spraying quality and quantity of the sprinklers for the beams yard of overall highway, and the project progress and directing the production automation process.

Keywords：Precast beamsQuality monitoring and controlGPRSCloud platformSpraying conservationDatabase

0引言

隨著我國城市化建設(shè)的推進(jìn)，交通道路與橋梁基礎(chǔ)設(shè)施迅猛發(fā)展，對預(yù)制梁質(zhì)量和數(shù)量提出了更高的要求。傳統(tǒng)噴淋養(yǎng)生方式主要采用人工灑水或者時間繼電器與電磁閥的簡單組合噴淋控制方式進(jìn)行。由于受操作人員的責(zé)任意識和工作態(tài)度的影響，該方式時常導(dǎo)致養(yǎng)生不及時或者漏養(yǎng)現(xiàn)象，使砼表面極易產(chǎn)生裂紋，造成強(qiáng)度不夠等“通病”。此外，這種方式還存在機(jī)械化程度低、工程進(jìn)度慢等問題[1-2]。由于現(xiàn)階段沒有關(guān)于噴淋養(yǎng)生工藝的成型規(guī)范以及過程信息記錄不全面，導(dǎo)致出現(xiàn)問題的預(yù)制梁無章可循，給基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)帶來極大的安全隱患[3]。

為解決上述問題，設(shè)計(jì)了一種基于云平臺的預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生過程質(zhì)量監(jiān)控與管理系統(tǒng)。云端服務(wù)器通過全球GSM通信網(wǎng)絡(luò)對高速公路不同區(qū)域的梁場數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，通過客戶端訪問的形式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控子站、合同段梁場、監(jiān)督辦三級聯(lián)合監(jiān)督與控制。

1系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

高速公路預(yù)制梁場噴淋養(yǎng)生過程質(zhì)量監(jiān)測控制與管理系統(tǒng)主要由位于云平臺的數(shù)據(jù)采集與處理中心、監(jiān)理級信息調(diào)度指揮中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、區(qū)域級合同段監(jiān)督客戶端、遠(yuǎn)程終端測控裝置(remote terminal unit,RTU)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1所示。

圖1　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

位于高速公路不同區(qū)域的預(yù)制梁場測控終端單元RTU，通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)將預(yù)制梁噴淋信息數(shù)據(jù)發(fā)送到云端服務(wù)器，云平臺應(yīng)用程序?qū)娏苄畔⑦M(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和存儲。監(jiān)理級信息調(diào)度指揮中心計(jì)算機(jī)、區(qū)域級合同段監(jiān)督客戶端通過廣域網(wǎng)與云平臺進(jìn)行信息數(shù)據(jù)交互，獲取與其管轄范圍內(nèi)的預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生運(yùn)行狀態(tài)以及工程完成進(jìn)度等數(shù)據(jù)信息。

2遠(yuǎn)程測控終端裝置設(shè)計(jì)

2.1　現(xiàn)場控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中遠(yuǎn)程測控終端裝置是由現(xiàn)場觸摸屏和控制器PLC構(gòu)建的上下位機(jī)組成。下位機(jī)核心控制器PLC通過A/D模塊分別采集溫度、濕度和含水量變送器的4~20 mA模擬量值[4]，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理與預(yù)先設(shè)定的噴淋養(yǎng)生策略工藝參數(shù)進(jìn)行比較和判斷，確定每片梁的噴淋時間和循環(huán)間隔時間，進(jìn)而控制臺座上對應(yīng)的電磁閥自動化噴淋養(yǎng)生操作。其現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2　控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

以LJ-0X標(biāo)段預(yù)制梁場現(xiàn)場控制系統(tǒng)為例，首先需要進(jìn)行用戶權(quán)限登錄，進(jìn)入觸摸屏主控界面，在2號臺座輸入對應(yīng)的預(yù)制箱梁編號LWZ1-1(表示零偉路中橋左幅1-1板橋，是唯一標(biāo)志符)。系統(tǒng)根據(jù)PLC采集的溫濕度、含水量自動生成養(yǎng)生噴淋時間和循環(huán)間隔時間，同時工作人員也可根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)修改，按下啟動按鈕即可對2號臺座的預(yù)制梁進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)。

3基于云平臺的SCADA系統(tǒng)架構(gòu)

為了確保噴淋養(yǎng)護(hù)歷史數(shù)據(jù)的真實(shí)性，同時也降低系統(tǒng)服務(wù)器的整體風(fēng)險、維護(hù)和管理成本。在本系統(tǒng)中，采用高度安全、冗余的云架構(gòu)，用于對高速公路預(yù)制梁場噴淋養(yǎng)生SCADA平臺進(jìn)行托管，并且不同區(qū)域的控制器通過WAN鏈路與基于云的SCADA應(yīng)用進(jìn)行通信。其中SCADA平臺主要包括GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸部分、數(shù)據(jù)采集與處理應(yīng)用程序部分和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器等。

(1) GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸部分

GPRS無線網(wǎng)絡(luò)傳輸部分，主要負(fù)責(zé)GPRS DTU與云端服務(wù)器之間的通信。其通信流程如下[5-7]。

① GPRS DTU上電時，讀取系統(tǒng)Flash參數(shù)，開始建立GPRS-PPP撥號連接，此時移動GGSN會給DTU隨機(jī)分配一個內(nèi)網(wǎng)IP地址。

② GPRS DTU向云端服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)注冊包請求時，先將注冊包發(fā)送到移動網(wǎng)關(guān)GGSN，通過移動網(wǎng)關(guān)與廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路通道將注冊包轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器應(yīng)用程序上；經(jīng)過身份認(rèn)證后，建立云端服務(wù)器與遠(yuǎn)程終端的雙方通信鏈路。

③ GPRS-DTU接收到PLC發(fā)送的數(shù)據(jù)時，將串口數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，打包發(fā)送到移動運(yùn)行商提供的GPRS網(wǎng)絡(luò)和全球互聯(lián)網(wǎng)上；云服務(wù)器接收終端數(shù)據(jù)后，進(jìn)行應(yīng)答。云端服務(wù)器應(yīng)用程序通過虛擬轉(zhuǎn)發(fā)軟件將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包下傳到DTU中，DTU經(jīng)過對數(shù)據(jù)包的解析，完成對PLC控制命令的下達(dá)。

(2) 數(shù)據(jù)采集與處理應(yīng)用程序部分

數(shù)據(jù)采集與處理應(yīng)用程序部分主要負(fù)責(zé)將采集到的各個預(yù)制梁場噴淋數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼分析，按照一定的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行分類和記錄。在系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報表中，梁號XX-X為預(yù)制梁箱實(shí)際編號，是唯一的標(biāo)志符。

4客戶端軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用C/S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，客戶端軟件設(shè)計(jì)選擇C++Build6.0作為開發(fā)平臺，通過軟件開發(fā)商提供的ADO、DATASET和Internet等VCL組件，對云端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問[8]。其任務(wù)主要是針對不同權(quán)限的用戶實(shí)現(xiàn)對高速公路不同區(qū)域合同段預(yù)制梁場噴淋養(yǎng)生狀態(tài)的在線監(jiān)控，實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)的查詢、生產(chǎn)報表、質(zhì)量考核分析以及問題數(shù)據(jù)追溯、規(guī)?；a(chǎn)調(diào)度遠(yuǎn)程指揮等功能，其具體功能如下。

(1) 梁場噴淋養(yǎng)生運(yùn)行狀態(tài)在線監(jiān)控

借助可視化界面設(shè)計(jì)將抽象的實(shí)時生產(chǎn)數(shù)據(jù)與設(shè)備相聯(lián)系，工藝流程與現(xiàn)場實(shí)際相結(jié)合，運(yùn)用可視化組件技術(shù)將數(shù)據(jù)以動畫形式與用戶進(jìn)行交互式操作。該設(shè)計(jì)解決傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)單從控制角度展開，導(dǎo)致調(diào)度指揮人員和管理部門因不了解現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程操控帶來安全隱患。

(2) 實(shí)時和歷史數(shù)據(jù)趨勢

在客戶端軟件設(shè)計(jì)中，采用三維立體棒圖、餅狀圖動態(tài)顯示預(yù)制梁場噴淋工程進(jìn)度信息。用戶可以通過訪問遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫方式，實(shí)現(xiàn)歷史噴淋信息條件提取，可進(jìn)行不同梁場之間，以及同一個梁場在不同時間段的噴淋工程進(jìn)度橫向和縱向進(jìn)度對比。

(3) 質(zhì)量考核與數(shù)據(jù)追溯

針對現(xiàn)階段尚無關(guān)于預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生工藝成型規(guī)范的問題，根據(jù)與技術(shù)人員和管理人員的交流和研究的結(jié)果，建立了預(yù)制梁噴淋質(zhì)量考核制度和數(shù)據(jù)追蹤方法。在測試條件下，模擬的LJ-02梁場噴淋質(zhì)量考核查詢表包括梁號的噴淋開始時間、結(jié)束時間、完成進(jìn)度以及負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)的操作員。通過以梁號為數(shù)據(jù)檢索主鍵，即可定位追溯該梁號在上述開始時間和結(jié)束時間之間的所有噴淋數(shù)據(jù)記錄，能有效地為質(zhì)量出現(xiàn)問題的預(yù)制梁事故追究提供一種新的方法。

5結(jié)束語

基于云平臺的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測SCADA中心，通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對高速公路不同區(qū)域段預(yù)制梁場噴淋養(yǎng)護(hù)數(shù)據(jù)的采集、處理和分析。云端數(shù)據(jù)庫有效地驗(yàn)證了歷史數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠和安全性。遠(yuǎn)程客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)對其管轄范圍內(nèi)的區(qū)域梁場噴淋運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時在線監(jiān)控、生產(chǎn)報表的查詢和任務(wù)的完成進(jìn)度。通過建立預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生質(zhì)量考核制度、問題預(yù)制梁數(shù)據(jù)追溯的功能，為相關(guān)管理部門對預(yù)制梁場的質(zhì)量評估考核提供數(shù)據(jù)支持[9]。

預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生過程質(zhì)量監(jiān)控與管理系統(tǒng)于2013年10月已部分投入西咸某高速公路應(yīng)用，運(yùn)行狀態(tài)良好，實(shí)現(xiàn)了信息化促進(jìn)工業(yè)化的生產(chǎn)，提高了工廠生產(chǎn)效率。

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中圖分類號：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201503015

修改稿收到日期：2014-08-05。

第一作者郝迎吉(1958-)，男，1986年畢業(yè)于西安交通大學(xué)機(jī)械制造專業(yè)，獲碩士學(xué)位，教授；主要從事計(jì)算機(jī)監(jiān)測與控制的研究。