預制梁噴淋養生質量監控與管理系統

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

(西安科技大學機械工程學院1，陜西 西安　710054;長安大學工程機械學院2，陜西 西安　710064)

預制梁噴淋養生質量監控與管理系統

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

(西安科技大學機械工程學院1，陜西 西安710054;長安大學工程機械學院2，陜西 西安710064)

摘要：針對現階段混凝土預制梁噴淋養生過程存在的質量監測與控制等問題，結合運用計算機網絡、GPRS無線通信技術、自動控制技術以及數據庫技術，設計了一種基于云平臺的預制梁噴淋養生過程質量監控與管理系統，用于實現對大規模室外預制梁噴淋養生的全自動化控制以及批量化產品質量記錄和追溯。通過互聯網技術，業主、監督辦以及合同段預制梁場客戶端，根據不同管轄范圍的權限，實現對整條高速公路梁場預制梁的噴淋數量、質量以及工程完成進度的動態跟蹤和生產過程自動化調度指揮。

關鍵詞：預制梁質量監測與控制GPRS云平臺噴淋養生數據庫

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的推進，交通道路與橋梁基礎設施迅猛發展，對預制梁質量和數量提出了更高的要求。傳統噴淋養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行。由于受操作人員的責任意識和工作態度的影響，該方式時常導致養生不及時或者漏養現象，使砼表面極易產生裂紋，造成強度不夠等“通病”。此外，這種方式還存在機械化程度低、工程進度慢等問題[1-2]。由于現階段沒有關于噴淋養生工藝的成型規范以及過程信息記錄不全面，導致出現問題的預制梁無章可循，給基礎設施的建設帶來極大的安全隱患[3]。

為解決上述問題，設計了一種基于云平臺的預制梁噴淋養生過程質量監控與管理系統。云端服務器通過全球GSM通信網絡對高速公路不同區域的梁場數據進行采集與處理，通過客戶端訪問的形式實現現場監控子站、合同段梁場、監督辦三級聯合監督與控制。

1系統總體方案設計

高速公路預制梁場噴淋養生過程質量監測控制與管理系統主要由位于云平臺的數據采集與處理中心、監理級信息調度指揮中心計算機系統、區域級合同段監督客戶端、遠程終端測控裝置(remote terminal unit,RTU)、通信網絡系統等組成。系統網絡拓撲如圖1所示。

圖1　系統網絡拓撲圖

位于高速公路不同區域的預制梁場測控終端單元RTU，通過GPRS無線通信網絡將預制梁噴淋信息數據發送到云端服務器，云平臺應用程序對噴淋信息進行數據處理、分析和存儲。監理級信息調度指揮中心計算機、區域級合同段監督客戶端通過廣域網與云平臺進行信息數據交互，獲取與其管轄范圍內的預制梁噴淋養生運行狀態以及工程完成進度等數據信息。

2遠程測控終端裝置設計

2.1　現場控制系統硬件設計

本系統中遠程測控終端裝置是由現場觸摸屏和控制器PLC構建的上下位機組成。下位機核心控制器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]，經過數據處理與預先設定的噴淋養生策略工藝參數進行比較和判斷，確定每片梁的噴淋時間和循環間隔時間，進而控制臺座上對應的電磁閥自動化噴淋養生操作。其現場監控系統結構圖如圖2所示。

圖2　現場監控系統結構圖

2.2　控制系統軟件設計

以LJ-0X標段預制梁場現場控制系統為例，首先需要進行用戶權限登錄，進入觸摸屏主控界面，在2號臺座輸入對應的預制箱梁編號LWZ1-1(表示零偉路中橋左幅1-1板橋，是唯一標志符)。系統根據PLC采集的溫濕度、含水量自動生成養生噴淋時間和循環間隔時間，同時工作人員也可根據自己的經驗進行適當修改，按下啟動按鈕即可對2號臺座的預制梁進行噴淋養護。

3基于云平臺的SCADA系統架構

為了確保噴淋養護歷史數據的真實性，同時也降低系統服務器的整體風險、維護和管理成本。在本系統中，采用高度安全、冗余的云架構，用于對高速公路預制梁場噴淋養生SCADA平臺進行托管，并且不同區域的控制器通過WAN鏈路與基于云的SCADA應用進行通信。其中SCADA平臺主要包括GPRS無線網絡傳輸部分、數據采集與處理應用程序部分和數據庫服務器等。

(1) GPRS無線網絡傳輸部分

GPRS無線網絡傳輸部分，主要負責GPRS DTU與云端服務器之間的通信。其通信流程如下[5-7]。

① GPRS DTU上電時，讀取系統Flash參數，開始建立GPRS-PPP撥號連接，此時移動GGSN會給DTU隨機分配一個內網IP地址。

② GPRS DTU向云端服務器發送數據注冊包請求時，先將注冊包發送到移動網關GGSN，通過移動網關與廣域網數據鏈路通道將注冊包轉發到服務器應用程序上；經過身份認證后，建立云端服務器與遠程終端的雙方通信鏈路。

③ GPRS-DTU接收到PLC發送的數據時，將串口數據進行封裝，打包發送到移動運行商提供的GPRS網絡和全球互聯網上；云服務器接收終端數據后，進行應答。云端服務器應用程序通過虛擬轉發軟件將串口數據轉換為網絡數據包下傳到DTU中，DTU經過對數據包的解析，完成對PLC控制命令的下達。

(2) 數據采集與處理應用程序部分

數據采集與處理應用程序部分主要負責將采集到的各個預制梁場噴淋數據進行解碼分析，按照一定的數據格式進行分類和記錄。在系統的數據報表中，梁號XX-X為預制梁箱實際編號，是唯一的標志符。

4客戶端軟件設計

系統采用C/S網絡架構模式，客戶端軟件設計選擇C++Build6.0作為開發平臺，通過軟件開發商提供的ADO、DATASET和Internet等VCL組件，對云端網絡數據庫進行訪問[8]。其任務主要是針對不同權限的用戶實現對高速公路不同區域合同段預制梁場噴淋養生狀態的在線監控，實時和歷史數據的查詢、生產報表、質量考核分析以及問題數據追溯、規模化生產調度遠程指揮等功能，其具體功能如下。

(1) 梁場噴淋養生運行狀態在線監控

借助可視化界面設計將抽象的實時生產數據與設備相聯系，工藝流程與現場實際相結合，運用可視化組件技術將數據以動畫形式與用戶進行交互式操作。該設計解決傳統監控系統設計單從控制角度展開，導致調度指揮人員和管理部門因不了解現場設備運行情況進行遠程操控帶來安全隱患。

(2) 實時和歷史數據趨勢

在客戶端軟件設計中，采用三維立體棒圖、餅狀圖動態顯示預制梁場噴淋工程進度信息。用戶可以通過訪問遠程網絡數據庫方式，實現歷史噴淋信息條件提取，可進行不同梁場之間，以及同一個梁場在不同時間段的噴淋工程進度橫向和縱向進度對比。

(3) 質量考核與數據追溯

針對現階段尚無關于預制梁噴淋養生工藝成型規范的問題，根據與技術人員和管理人員的交流和研究的結果，建立了預制梁噴淋質量考核制度和數據追蹤方法。在測試條件下，模擬的LJ-02梁場噴淋質量考核查詢表包括梁號的噴淋開始時間、結束時間、完成進度以及負責養護的操作員。通過以梁號為數據檢索主鍵，即可定位追溯該梁號在上述開始時間和結束時間之間的所有噴淋數據記錄，能有效地為質量出現問題的預制梁事故追究提供一種新的方法。

5結束語

基于云平臺的數據采集與監測SCADA中心，通過GPRS無線通信網絡，實現了對高速公路不同區域段預制梁場噴淋養護數據的采集、處理和分析。云端數據庫有效地驗證了歷史數據的真實可靠和安全性。遠程客戶端通過互聯網對其管轄范圍內的區域梁場噴淋運行狀態實現實時在線監控、生產報表的查詢和任務的完成進度。通過建立預制梁噴淋養生質量考核制度、問題預制梁數據追溯的功能，為相關管理部門對預制梁場的質量評估考核提供數據支持[9]。

預制梁噴淋養生過程質量監控與管理系統于2013年10月已部分投入西咸某高速公路應用，運行狀態良好，實現了信息化促進工業化的生產，提高了工廠生產效率。

參考文獻

[1] 李賽.連續剛構噴淋養生控制器的設計[D].西安:長安大學，2011.

[2] 李暢.預制混凝土梁反拱度設置理論和控制技術的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2012.

[3] 崔德勝.公路橋梁工程預制梁施工管理的探討與實踐[D].西安：長安大學，2011.

[4] 劉寶忠,孫小彬.基于自動控制滴灌技術的混凝土預制梁養生系統研究[J].橋隧工程，2013(5):170-172.

[5] 施山菁.基于GPRS的帶式輸送機無線監測系統的研究[D].南京:南京林業大學，2013.

[6] 朱立彬.基于GPRS智能家居遠程網絡監控系統的研究[D].太原: 中北大學,2013.

[7] 呂文超.GPRS和無線傳感器網絡技術在過程控制中的應用與研究[D].南京：南京理工大學,2009.

[8] 蒙祖強，龔濤.C++ Builder程序員成長攻略[M].北京:中國水利水電出版社,2007:2-13.

[9] 李艷茹 .預制梁場建設規模優化與內部布局問題研究[D]. 成都：西南交通大學,2013.------------------------------------------------------------------------------------------------

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：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年畢業于西安交通大學機械制造專業，獲碩士學位，教授；主要從事計算機監測與控制的研究。