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(zhǎng)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(zhǎng)安大學(xué)工程機(jī)械學(xué)院2，陜西 西安710064)

摘要：針對(duì)現(xiàn)階段混凝土預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生過(guò)程存在的質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制等問(wèn)題，結(jié)合運(yùn)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、GPRS無(wú)線通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，設(shè)計(jì)了一種基于云平臺(tái)的預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控與管理系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)大規(guī)模室外預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生的全自動(dòng)化控制以及批量化產(chǎn)品質(zhì)量記錄和追溯。通過(guò)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(chǎng)客戶端，根據(jù)不同管轄范圍的權(quán)限，實(shí)現(xiàn)對(duì)整條高速公路梁場(chǎng)預(yù)制梁的噴淋數(shù)量、質(zhì)量以及工程完成進(jìn)度的動(dòng)態(tài)跟蹤和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化調(diào)度指揮。

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

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(guó)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(duì)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(shí)間繼電器與電磁閥的簡(jiǎn)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(shí)和工作態(tài)度的影響，該方式時(shí)常導(dǎo)致養(yǎng)生不及時(shí)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(wèn)題[1-2]。由于現(xiàn)階段沒(méi)有關(guān)于噴淋養(yǎng)生工藝的成型規(guī)范以及過(guò)程信息記錄不全面，導(dǎo)致出現(xiàn)問(wèn)題的預(yù)制梁無(wú)章可循，給基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)帶來(lái)極大的安全隱患[3]。

為解決上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于云平臺(tái)的預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生過(guò)程質(zhì)量監(jiān)控與管理系統(tǒng)。云端服務(wù)器通過(guò)全球GSM通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)高速公路不同區(qū)域的梁場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與處理，通過(guò)客戶端訪問(wèn)的形式實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控子站、合同段梁場(chǎng)、監(jiān)督辦三級(jí)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(chǎng)噴淋養(yǎng)生過(guò)程質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制與管理系統(tǒng)主要由位于云平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集與處理中心、監(jiān)理級(jí)信息調(diào)度指揮中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、區(qū)域級(jí)合同段監(jiān)督客戶端、遠(yuǎn)程終端測(cè)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(chǎng)測(cè)控終端單元RTU，通過(guò)GPRS無(wú)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(tái)應(yīng)用程序?qū)娏苄畔⑦M(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析和存儲(chǔ)。監(jiān)理級(jí)信息調(diào)度指揮中心計(jì)算機(jī)、區(qū)域級(jí)合同段監(jiān)督客戶端通過(guò)廣域網(wǎng)與云平臺(tái)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(cè)控終端裝置設(shè)計(jì)

2.1　現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中遠(yuǎn)程測(cè)控終端裝置是由現(xiàn)場(chǎng)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(guò)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(guò)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(shí)間和循環(huán)間隔時(shí)間，進(jìn)而控制臺(tái)座上對(duì)應(yīng)的電磁閥自動(dòng)化噴淋養(yǎng)生操作。其現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)臺(tái)座輸入對(duì)應(yīng)的預(yù)制箱梁編號(hào)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(dòng)生成養(yǎng)生噴淋時(shí)間和循環(huán)間隔時(shí)間，同時(shí)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(dòng)按鈕即可對(duì)2號(hào)臺(tái)座的預(yù)制梁進(jìn)行噴淋養(yǎng)護(hù)。

3基于云平臺(tái)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(shí)也降低系統(tǒng)服務(wù)器的整體風(fēng)險(xiǎn)、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(duì)高速公路預(yù)制梁場(chǎng)噴淋養(yǎng)生SCADA平臺(tái)進(jìn)行托管，并且不同區(qū)域的控制器通過(guò)WAN鏈路與基于云的SCADA應(yīng)用進(jìn)行通信。其中SCADA平臺(tái)主要包括GPRS無(wú)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(kù)服務(wù)器等。

(1) GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸部分

GPRS無(wú)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(shí)，讀取系統(tǒng)Flash參數(shù)，開始建立GPRS-PPP撥號(hào)連接，此時(shí)移動(dòng)GGSN會(huì)給DTU隨機(jī)分配一個(gè)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(cè)包請(qǐng)求時(shí)，先將注冊(cè)包發(fā)送到移動(dòng)網(wǎng)關(guān)GGSN，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)關(guān)與廣域網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路通道將注冊(cè)包轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器應(yīng)用程序上；經(jīng)過(guò)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(shí)，將串口數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，打包發(fā)送到移動(dòng)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(guò)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(guò)對(duì)數(shù)據(jù)包的解析，完成對(duì)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(gè)預(yù)制梁場(chǎng)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(bào)表中，梁號(hào)XX-X為預(yù)制梁箱實(shí)際編號(hào)，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(tái)，通過(guò)軟件開發(fā)商提供的ADO、DATASET和Internet等VCL組件，對(duì)云端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)[8]。其任務(wù)主要是針對(duì)不同權(quán)限的用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路不同區(qū)域合同段預(yù)制梁場(chǎng)噴淋養(yǎng)生狀態(tài)的在線監(jiān)控，實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)的查詢、生產(chǎn)報(bào)表、質(zhì)量考核分析以及問(wèn)題數(shù)據(jù)追溯、規(guī)模化生產(chǎn)調(diào)度遠(yuǎn)程指揮等功能，其具體功能如下。

(1) 梁場(chǎng)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(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)與設(shè)備相聯(lián)系，工藝流程與現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行遠(yuǎn)程操控帶來(lái)安全隱患。

(2) 實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)趨勢(shì)

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

(3) 質(zhì)量考核與數(shù)據(jù)追溯

針對(duì)現(xiàn)階段尚無(wú)關(guān)于預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生工藝成型規(guī)范的問(wèn)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(cè)試條件下，模擬的LJ-02梁場(chǎng)噴淋質(zhì)量考核查詢表包括梁號(hào)的噴淋開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、完成進(jìn)度以及負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)的操作員。通過(guò)以梁號(hào)為數(shù)據(jù)檢索主鍵，即可定位追溯該梁號(hào)在上述開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)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(wèn)題的預(yù)制梁事故追究提供一種新的方法。

5結(jié)束語(yǔ)

基于云平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)SCADA中心，通過(guò)GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速公路不同區(qū)域段預(yù)制梁場(chǎng)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(kù)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(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)其管轄范圍內(nèi)的區(qū)域梁場(chǎng)噴淋運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)控、生產(chǎn)報(bào)表的查詢和任務(wù)的完成進(jìn)度。通過(guò)建立預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生質(zhì)量考核制度、問(wèn)題預(yù)制梁數(shù)據(jù)追溯的功能，為相關(guān)管理部門對(duì)預(yù)制梁場(chǎng)的質(zhì)量評(píng)估考核提供數(shù)據(jù)支持[9]。

預(yù)制梁噴淋養(yǎng)生過(guò)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(hào)：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(cè)與控制的研究。