预制梁喷淋养生质量监控与管理系统

Quality Monitoring and Management System

for Spraying Conservation Process of Precast Beams

郝迎吉1　曾　定1　王海英2　王　锴2

(西安科技大学机械工程学院1，陕西 西安　710054;长安大学工程机械学院2，陕西 西安　710064)

预制梁喷淋养生质量监控与管理系统

Quality Monitoring and Management System

for Spraying Conservation Process of Precast Beams

郝迎吉1曾定1王海英2王锴2

(西安科技大学机械工程学院1，陕西 西安710054;长安大学工程机械学院2，陕西 西安710064)

摘要：针对现阶段混凝土预制梁喷淋养生过程存在的质量监测与控制等问题，结合运用计算机网络、GPRS无线通信技术、自动控制技术以及数据库技术，设计了一种基于云平台的预制梁喷淋养生过程质量监控与管理系统，用于实现对大规模室外预制梁喷淋养生的全自动化控制以及批量化产品质量记录和追溯。通过互联网技术，业主、监督办以及合同段预制梁场客户端，根据不同管辖范围的权限，实现对整条高速公路梁场预制梁的喷淋数量、质量以及工程完成进度的动态跟踪和生产过程自动化调度指挥。

关键词：预制梁质量监测与控制GPRS云平台喷淋养生数据库

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

随着我国城市化建设的推进，交通道路与桥梁基础设施迅猛发展，对预制梁质量和数量提出了更高的要求。传统喷淋养生方式主要采用人工洒水或者时间继电器与电磁阀的简单组合喷淋控制方式进行。由于受操作人员的责任意识和工作态度的影响，该方式时常导致养生不及时或者漏养现象，使砼表面极易产生裂纹，造成强度不够等“通病”。此外，这种方式还存在机械化程度低、工程进度慢等问题[1-2]。由于现阶段没有关于喷淋养生工艺的成型规范以及过程信息记录不全面，导致出现问题的预制梁无章可循，给基础设施的建设带来极大的安全隐患[3]。

为解决上述问题，设计了一种基于云平台的预制梁喷淋养生过程质量监控与管理系统。云端服务器通过全球GSM通信网络对高速公路不同区域的梁场数据进行采集与处理，通过客户端访问的形式实现现场监控子站、合同段梁场、监督办三级联合监督与控制。

1系统总体方案设计

高速公路预制梁场喷淋养生过程质量监测控制与管理系统主要由位于云平台的数据采集与处理中心、监理级信息调度指挥中心计算机系统、区域级合同段监督客户端、远程终端测控装置(remote terminal unit,RTU)、通信网络系统等组成。系统网络拓扑如图1所示。

图1　系统网络拓扑图

位于高速公路不同区域的预制梁场测控终端单元RTU，通过GPRS无线通信网络将预制梁喷淋信息数据发送到云端服务器，云平台应用程序对喷淋信息进行数据处理、分析和存储。监理级信息调度指挥中心计算机、区域级合同段监督客户端通过广域网与云平台进行信息数据交互，获取与其管辖范围内的预制梁喷淋养生运行状态以及工程完成进度等数据信息。

2远程测控终端装置设计

2.1　现场控制系统硬件设计

本系统中远程测控终端装置是由现场触摸屏和控制器PLC构建的上下位机组成。下位机核心控制器PLC通过A/D模块分别采集温度、湿度和含水量变送器的4~20 mA模拟量值[4]，经过数据处理与预先设定的喷淋养生策略工艺参数进行比较和判断，确定每片梁的喷淋时间和循环间隔时间，进而控制台座上对应的电磁阀自动化喷淋养生操作。其现场监控系统结构图如图2所示。

图2　现场监控系统结构图

2.2　控制系统软件设计

以LJ-0X标段预制梁场现场控制系统为例，首先需要进行用户权限登录，进入触摸屏主控界面，在2号台座输入对应的预制箱梁编号LWZ1-1(表示零伟路中桥左幅1-1板桥，是唯一标志符)。系统根据PLC采集的温湿度、含水量自动生成养生喷淋时间和循环间隔时间，同时工作人员也可根据自己的经验进行适当修改，按下启动按钮即可对2号台座的预制梁进行喷淋养护。

3基于云平台的SCADA系统架构

为了确保喷淋养护历史数据的真实性，同时也降低系统服务器的整体风险、维护和管理成本。在本系统中，采用高度安全、冗余的云架构，用于对高速公路预制梁场喷淋养生SCADA平台进行托管，并且不同区域的控制器通过WAN链路与基于云的SCADA应用进行通信。其中SCADA平台主要包括GPRS无线网络传输部分、数据采集与处理应用程序部分和数据库服务器等。

(1) GPRS无线网络传输部分

GPRS无线网络传输部分，主要负责GPRS DTU与云端服务器之间的通信。其通信流程如下[5-7]。

① GPRS DTU上电时，读取系统Flash参数，开始建立GPRS-PPP拨号连接，此时移动GGSN会给DTU随机分配一个内网IP地址。

② GPRS DTU向云端服务器发送数据注册包请求时，先将注册包发送到移动网关GGSN，通过移动网关与广域网数据链路通道将注册包转发到服务器应用程序上；经过身份认证后，建立云端服务器与远程终端的双方通信链路。

③ GPRS-DTU接收到PLC发送的数据时，将串口数据进行封装，打包发送到移动运行商提供的GPRS网络和全球互联网上；云服务器接收终端数据后，进行应答。云端服务器应用程序通过虚拟转发软件将串口数据转换为网络数据包下传到DTU中，DTU经过对数据包的解析，完成对PLC控制命令的下达。

(2) 数据采集与处理应用程序部分

数据采集与处理应用程序部分主要负责将采集到的各个预制梁场喷淋数据进行解码分析，按照一定的数据格式进行分类和记录。在系统的数据报表中，梁号XX-X为预制梁箱实际编号，是唯一的标志符。

4客户端软件设计

系统采用C/S网络架构模式，客户端软件设计选择C++Build6.0作为开发平台，通过软件开发商提供的ADO、DATASET和Internet等VCL组件，对云端网络数据库进行访问[8]。其任务主要是针对不同权限的用户实现对高速公路不同区域合同段预制梁场喷淋养生状态的在线监控，实时和历史数据的查询、生产报表、质量考核分析以及问题数据追溯、规模化生产调度远程指挥等功能，其具体功能如下。

(1) 梁场喷淋养生运行状态在线监控

借助可视化界面设计将抽象的实时生产数据与设备相联系，工艺流程与现场实际相结合，运用可视化组件技术将数据以动画形式与用户进行交互式操作。该设计解决传统监控系统设计单从控制角度展开，导致调度指挥人员和管理部门因不了解现场设备运行情况进行远程操控带来安全隐患。

(2) 实时和历史数据趋势

在客户端软件设计中，采用三维立体棒图、饼状图动态显示预制梁场喷淋工程进度信息。用户可以通过访问远程网络数据库方式，实现历史喷淋信息条件提取，可进行不同梁场之间，以及同一个梁场在不同时间段的喷淋工程进度横向和纵向进度对比。

(3) 质量考核与数据追溯

针对现阶段尚无关于预制梁喷淋养生工艺成型规范的问题，根据与技术人员和管理人员的交流和研究的结果，建立了预制梁喷淋质量考核制度和数据追踪方法。在测试条件下，模拟的LJ-02梁场喷淋质量考核查询表包括梁号的喷淋开始时间、结束时间、完成进度以及负责养护的操作员。通过以梁号为数据检索主键，即可定位追溯该梁号在上述开始时间和结束时间之间的所有喷淋数据记录，能有效地为质量出现问题的预制梁事故追究提供一种新的方法。

5结束语

基于云平台的数据采集与监测SCADA中心，通过GPRS无线通信网络，实现了对高速公路不同区域段预制梁场喷淋养护数据的采集、处理和分析。云端数据库有效地验证了历史数据的真实可靠和安全性。远程客户端通过互联网对其管辖范围内的区域梁场喷淋运行状态实现实时在线监控、生产报表的查询和任务的完成进度。通过建立预制梁喷淋养生质量考核制度、问题预制梁数据追溯的功能，为相关管理部门对预制梁场的质量评估考核提供数据支持[9]。

预制梁喷淋养生过程质量监控与管理系统于2013年10月已部分投入西咸某高速公路应用，运行状态良好，实现了信息化促进工业化的生产，提高了工厂生产效率。

参考文献

[1] 李赛.连续刚构喷淋养生控制器的设计[D].西安:长安大学，2011.

[2] 李畅.预制混凝土梁反拱度设置理论和控制技术的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

[3] 崔德胜.公路桥梁工程预制梁施工管理的探讨与实践[D].西安：长安大学，2011.

[4] 刘宝忠,孙小彬.基于自动控制滴灌技术的混凝土预制梁养生系统研究[J].桥隧工程，2013(5):170-172.

[5] 施山菁.基于GPRS的带式输送机无线监测系统的研究[D].南京:南京林业大学，2013.

[6] 朱立彬.基于GPRS智能家居远程网络监控系统的研究[D].太原: 中北大学,2013.

[7] 吕文超.GPRS和无线传感器网络技术在过程控制中的应用与研究[D].南京：南京理工大学,2009.

[8] 蒙祖强，龚涛.C++ Builder程序员成长攻略[M].北京:中国水利水电出版社,2007:2-13.

[9] 李艳茹 .预制梁场建设规模优化与内部布局问题研究[D]. 成都：西南交通大学,2013.------------------------------------------------------------------------------------------------

中图分类号：TP273

文献标志码：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年毕业于西安交通大学机械制造专业，获硕士学位，教授；主要从事计算机监测与控制的研究。