钢轨现场焊接参数远程采集系统

（西南交通大学材料科学与工程学院，四川成都610031）

钢轨现场焊接参数远程采集系统

李正浩，戴 虹，周世恒

（西南交通大学材料科学与工程学院，四川成都610031）

目前我国铁路换铺维修工程的钢轨现场焊接主要由焊轨车完成，其施工作业点自然环境条件复杂。为了实时获取焊接数据，跟踪钢轨现场焊接质量，设计了由数据整合工具软件、物联网网关设备和云平台组成，能通过移动网络将钢轨现场焊接参数实时上传至云平台的钢轨现场焊接参数远程采集系统，以供焊接技术管理人员共享，从而实现焊接参数的远程采集分析与质量评估。该系统成功应用于YHGQ-1200型气压焊轨车的现场施工。

钢轨；现场焊接；工艺参数；远程采集

0 前言

钢轨现场焊接质量是影响线路安全的重要因素，而安全是铁路运输的生命线。随着我国高速重载铁路事业的蓬勃发展，分布在辽阔疆域的铁路运营里程不断增加，新线建设和维修施工作业点多，天气、地理、弯道等作业环境条件复杂，焊接作业过程容易受到外界条件和作业人员的影响，实时跟踪现场质量十分困难[1-2]。

焊接工艺数据是焊接质量的评估依据，快速获取焊接数据对于分析焊接质量具有重要意义。本研究采用物联网技术，针对YHGQ-1200型气压焊轨车设计了一套焊接参数远程采集系统，能够第一时间自动实时推送焊轨车钢轨现场焊接接头的真实数据，并通过移动网络上传至网络云平台存储，技术管理人员可通过云平台远程查看和管理各路局、不同作业地点的焊接数据，从而达到实时查看分析现场焊接情况、跟踪钢轨现场焊接质量、保障线路安全的目的。

1 系统原理和组成

焊接参数远程采集系统的原理如图1所示。YHGQ-1200型气压焊轨车上安装有参数采集与管理系统，可以在焊接过程中自动采集焊接数据并存储于车载PC中。该系统采用数据整合工具软件，将焊接数据从气压焊轨车的车载PC中推送至物联网网关设备。而网关设备中内置物联网网卡，可以通过移动网络将焊接数据上传到云平台。技术管理人员从云平台下载焊接数据后，利用焊轨车参数采集与管理系统软件查看数据，然后分析焊接接头质量，从而实现焊轨车焊接质量的远程分析和评估。同时，焊机发生操作故障时，错误代码等信息也将通过焊接参数远程采集系统上传至云平台，便于焊机故障的诊断和维护。

图1 焊接参数远程采集系统原理示意

焊接参数远程采集系统组成包括：参数采集与管理系统（焊轨车自带）、数据整合工具软件（一部分安装于车载PC，一部分安装于物联网网关设备）、物联网网关设备（内置物联网网卡）、云平台、参数采集与管理系统软件（焊轨车自带）。

2 系统功能的实现

2.1 数据采集与推送

气压焊轨车自带的参数采集与管理系统可在焊接过程中实时采集焊接参数，焊接结束后生成焊接数据文件并存储于气压焊轨车的车载PC。安装在车载PC上的数据整合工具软件如图2所示，可以随着参数采集与管理系统的启动自动启动，并对焊接数据文件进行周期性扫描（扫描周期可设）。软件检测到新的焊接数据文件生成时，自动将其推送至物联网网关设备。

图2 数据整合工具软件

数据整合工具软件界面显示了数据文件的大小、发送状态、最后修改时间等信息。操作人员也可以通过该界面的状态栏进行系统的启动、停止、更改系统配置参数。

2.2 数据上传

焊接数据文件推送至网关设备后，安装在网关设备中的数据整合工具软件会在网络条件良好时，自动将文件通过移动网络上传到指定的云平台服务器。

网关设备如图3所示，网关通过以太网接口和网线与焊轨车的车载PC连接以实现文件的接收。网关中内置有物联网网卡，并安装有3G/GPRS天线以实现文件的上传。同时，网关集合了GPS定位功能，可以为焊轨车的焊接接头提供GPS定位信息。

图3 物联网网关

网关通过有线连接接收文件，接收速度快且稳定，而通过移动网络上传文件，上传速度较慢且受到网络环境的影响。因此，网关采用了双电源设计，分别为供电电源和激活电源。供电电源长期保持接通状态，而激活电源与焊轨车工作电源并联，只在焊轨车工作时接通。焊轨车工作时，激活电源和供电电源同时接通，网关处于工作状态，可以正常从车载PC中接收并上传文件。在焊轨车停止工作后（此时文件已接收完成），激活电源断开，供电电源接通，网关停止从车载PC中接收文件，并继续上传文件，文件全部上传完成后网关进入休眠状态。此设计既可以在文件较大较多或者焊接现场移动网络环境较差的情况下，保证文件上传功能的正常运行，也增加了系统的稳定性（网关长期处于工作状态可能导致死机），同时可节约能源。

2.3 数据管理和查看

数据文件上传至云平台服务器后，技术人员可登入云平台服务器的文件管理系统（见图4），对数据文件进行下载、保存、删除等操作。

图4 云平台服务器的文件管理系统

云平台服务器的文件管理系统可以自动对文件进行分组，并显示文件的焊轨车编号、上传时间、大小、状态等信息，还可以在接收文件成功后通过邮件通知技术人员，为技术人员提供参考。

技术人员通过云平台下载保存数据文件后，可通过参数采集与管理系统软件（见图5）查看和分析焊接数据，从而实现焊轨车焊接数据的远程监控。

图5 气压焊轨车参数采集与管理系统数据查询

3 系统现场应用测试

系统在某铁路局现场施工中进行了应用测试。现场施工所用的钢轨规格为60 kg/m，材料为U75V。焊接完成后，焊接数据成功上传至云平台，可通过云平台服务器远程下载焊接数据，部分接头参数如表1所示。

表1 U75V 60 kg/m钢轨现场焊接接头远程下载的工艺参数统计表

由表1可知，B073、B074接头现场焊接时的拉轨压力较大（大于10 MPa），这是由于现场焊接时钢轨条长，纵向移动阻力大，拉应压力也大。当发现拉轨压力较大时，应适当增加钢轨顶锻压力，以保证接头质量。

此外，为了考察系统的文件推送速度和上传速度是否满足实际工程需要，分别对不同文件的文件大小、推送时间和上传时间等信息进行测试记录，结果见表2。

系统在焊接完成至焊轨车停机之间（一般约为30 min）进行文件推送工作，并在文件推送完成后开始上传文件直至上传完毕。由表2可知，系统的文件推送速度和上传速度较快，实时性较强，满足实际工程需要。

在本次现场应用测试中，焊接参数远程采集系统成功实时上传焊接数据，技术管理人员通过云平台查看焊接数据、分析接头质量，这有利于铁路局实时监控现场焊接情况，提高现场焊接质量。

表2 文件大小、推送时间和上传时间记录表

4 结论

（1）将基于物联网技术开发的焊接参数远程采集系统安装在YHGQ-1200型气压焊轨车上，实现了钢轨现场焊接数据实时自动上传，经本地下载实现了远程焊接参数采集，可行性良好。

（2）经过试用发现，系统的文件推送速度和上传速度较快，实时性较强，满足实际工程需要。

（3）采用该套技术进行远程分析与管理钢轨现场作业工况、焊接状况等，操作方便，时效性强，是一种科学评估钢轨现场焊接质量和保障线路焊接施工安全性的新方法。

[1]戴虹.钢轨现场焊接技术与装备[J].电焊机，2008，38（1）：1.

[2]王振强，戴虹，吕其兵，等.无缝线路钢轨现场焊接质量研究[J].铁道建筑，2005（8）：76.

[3]程曼，王让会.物联网技术的研究与应用[J].地理信息世界，2010，10（5）：22-28.

[4]张玲飞.物联网技术在道路运输领域中的应用研究[J].网络信息工程，2017（4）：51-52.

[5]苏宪东.焊接数据的网络监控[J].电焊机，2011，41（3）：23.

Remote acquisition system for field rail welding parameters

LI Zhenghao，DAI Hong，ZHOU Shiheng
（School of Material Science and Engineering，Southwest Jiaotong Univercity，Chengdu 610031，China）

The field rail welding for maintenance engineering of CWR （continuous welded rail）is mainly completed by the rail welding vehicle，which has a lot of construction points in the vast territory of the railway with complicated natural environment.In order to get the welding data in real time and track the quality of the field rail welding，a remote acquisition system for field rail welding parameters is designed in this paper.The system is composed of data integration tools，internet gateway device and cloud platform，and uploads the welding parameter to the cloud platform through the mobile network which can be shared by the technical managers，so as to realize the remote acquisition analysis and quality evaluation of welding parameters.The system has been successfully applied in the construction of YHGQ-1200 gas pressure welding vehicle.

rail；field welding；process parameters；remote acquisition

TG409

A

1001－2303（2017）11－0060-04

10.7512/j.issn.1001-2303.2017.11.12

本文参考文献引用格式：李正浩，戴虹，周世恒.钢轨现场焊接参数远程采集系统[J].电焊机，2017，47（11）：60-63.

2017-04-15

李正浩（1991—），男，硕士，主要从事铁路运营维护工作。E-mail：4666148050@qq.com。