縱列式梁場綜合管控系統建設及應用

楊永成 姚輝寧 張正鵬 趙斌 申振騰

（中化學交通建設集團有限公司，山東 濟南 250102）

一、引言

《交通強國建設綱要》及《國家綜合立體交通網規劃綱要》等文件的印發，對交通運輸行業施工提出了綠色節約、低碳環保、科技創新等更高的質量要求，在預制梁場建設方面，原有傳統施工方式已不能滿足業主管理需要，通過智能化管理手段機械化換人、自動化減人、智能化制造成為新的目標。

江西宜春至遂川高速安福至遂川段主體土建工程C1標段縱列式預制T梁生產現場共需生產40mT梁1008片，為降低施工人員數量及勞動強度、提高生產效率、提高預制T梁質量，建立了縱列式梁場綜合管控系統，共涉及4套獨立的控制系統，即布料機控制系統、料斗倉控制系統、噴淋控制系統及液壓模板控制系統。

二、建設方案分析

現國內綜合管理系統建設有串行和并行兩種方案，其區別主要在于是否在各控制部分使用獨立控制器。

串行綜合管控系統方式主要是基于布料機控制柜、料倉控制柜和自行式液壓模板控制柜內有無線控制模塊開發的軟件，可以節約硬件預算，降低開發難度。但也存在以下問題尚未解決：控制柜里的無線模塊接收器一般只能與相應的遙控發射器匹配；無線協議是非開放的；無線接收器只能接收遙控端信號，不能上傳信號；需要3家第三方單位密切配合，涉及傳感器，需要升級相應程序。

基于上述問題，選擇并行綜合管理系統建設方案，在每一套系統上分別安裝一個控制器，與原有控制柜的控制器并發運行，輸入/輸出保持一致，只對上層平板電腦中遠程綜合控制系統產生響應。綜合管控系統的改造實施降低了對原控制系統的影響，降低了對第三方設備單位的技術依賴，增強了自主設計的可行性。并行綜合管控系統包括pad上遠程綜合管控軟件、布料機并行控制器、料倉并行控制器、液壓模板并行控制器和噴淋并行控制器5個部分。

三、綜合管理系統設計

（一）平板電腦遠程綜合管控系統軟件

基于平板電腦的移動端遠程管控系統軟件設計包括前端交互界面和后端程序，交互界面實現了橋梁加工過程的動態可視化，后端主要完成了前端功能及各系統要求的控制功能，實現對傳輸信號的處理，提高用戶的可操作性，界面如圖1所示。

圖1 集成控制性系統界面簡圖

圖2 數傳模塊及數據接口實體圖

（二）遠程綜合管控系統并行控制器研究

每一套并行控制器由一個控制電路板和一個無線模塊組成，通過數據線連接，解決一體式控制器傳輸距離較近、易受遮擋影響等問題。控制電路板根據每個系統上的情況，設置輸入/輸出端口，通過天線增強無線局域網的抗干擾性。無線Wi-Fi模塊的接口使用串口透傳，聯接控制電路板uart串口實現點對點通信；平板電腦外接USB網卡轉發實現對局域網的連接，解決局域無線Wi-Fi模塊私有協議約束。

各數傳模塊間的通信使用LoRa擴頻技術。通過LoRa調制特殊的編解碼機制，APC340擁有極高的穩定性及適應性，超低的靈敏度及傳輸距離。用戶無須編寫復雜的設置與傳輸程序，即可實現模塊間數據的透明傳輸。

1.布料機并行控制器

控制柜設置3個變頻器，分別控制布料機相應運動：變頻器1控制布料機的行走；變頻器2控制起重機起吊/下放料倉；變頻器3控制起重機（或料倉）在布料機上左右移動。布料機并行控制器安裝在布料機控制柜內部，控制器包括控制電路板和無線局域網模塊。控制電路板設置6路輸出，輸出端口接線與前文無線接收器接線方式一致，以實現對變頻器1至3的控制。

2.料倉并行控制器

料倉控制系統使用無線模塊與控制板一體式電路板，相比于無線接收器，設置輸入端口以接收傳感器信號；通過時間繼電器實現間歇性振搗。料倉并行控制器安裝在料倉控制柜內部，控制器包括控制電路板和無線局域網模塊。控制電路板應設置5路輸出，其輸入與輸出端口接線與前文控制柜中控制器接線方式一致。

3.液壓模板并行控制器

液壓模板控制系統使用帶輸入/輸出功能的無線接收器替代控制器，控制模板的行走、壓模、脫模。手動無線遙控是一種固定頻率、端到端的控制方式，需增加并行控制器。液壓模板并行控制器安裝在液壓模板控制柜內部，控制器同樣包括控制電路板和無線局域網模塊。控制電路板設置4路輸出，其輸入與輸出端口接線與前文控制柜中控制器接線方式一致。

4.噴淋并行控制器

圖4 自動噴淋現場圖

噴淋控制柜面板可獨立調整每一個噴嘴的噴淋、間隔時間，可自動或手動控制，通過可編程的多路輸出控制器控制。使用并行控制器控制時，其參數和邏輯控制部分通過后臺實現。噴淋并行控制器安裝在噴淋控制柜內部，控制器包括控制電路板和無線局域網模塊。控制電路板設置24路輸出，其輸入與輸出端口接線與前文控制柜中控制器接線方式一致。

四、應用效果分析

控制模塊通信采用的LoRa擴頻技術，具有較高的穩定性，能夠實現較遠傳輸距離，具有豐富便捷的軟件編程設置功能，應用范圍較為廣泛。采用系統控制的智能布料機，通過軌道式行走，可實現均勻布料厚度，自動控制布料時機，僅需一人操作系統，減少了人工成本，提高了預制質量。自行式液壓模板系統，控制了模板的安拆及移運，免除了工人頻繁的拆卸吊運過程，實現了智能化、機械化施工，減少了工人拼裝質量問題，提高了整體外觀質量。通過操作臺設置的噴淋計劃，系統自動執行養護命令，養護周期執行較為完善，噴淋覆蓋面積廣，節約水資源，養護效果較好。

五、結語

本文將大小龍門吊、自行式模板和附著式模板、移動式布料機、自動噴淋養護系統集成到綜合管控系統，實現各項工藝參數的集成遠程管控，并對施工控制參數如布料速度、振搗時間、噴淋時間等持續優化，最終形成了智能化生產梁場，相關經驗可供同行參考。