SK-2型双块式轨枕智能、集成化预制施工技术研究

宋占康

摘要：文章对贵南高铁河池轨枕场SK-2型双块式轨枕智能、集成化预制施工技术进行了详细阐述，以期SK-2型双块式轨枕预制质量、效率起到提高和促进作用。

Abstract： This article elaborates on the intelligent and integrated prefabrication construction technology of SK-2 double-block sleepers in Hechi sleeper yard of Guiyang-Nanning High-speed Railway， in order to improve and promote the quality and efficiency of SK-2 double-block sleeper prefabrication.

关键词：SK-2型双块式轨枕;预制;智能化;集成化;生产线建设

Key words： SK-2 double-block sleeper;prefabrication;intelligence;integration;production line construction

中图分类号：U213.34                                   文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）31-0235-04

0  引言

河池轨枕场负责预制贵南高铁DK196+418.95～DK509+539范围内88.9万根SK-2型双块式轨枕。根据施工期安排，高峰期日供应轨枕1620根。

针对该轨枕的预制技术含量高、质量要求严、日供量大等特点，并结合铁总及业主的“生产专业化、设备控制智能自动化、管理系统信息化”等新时代要求，我单位创新思路，与铁科院进行强强联合，充分利用生产智能化、集成化等方向的最新科技。集成了一条国内最先进的双块式轨枕自动化、程序化、智能化及信息化生产线。大幅提高了质量及进度，并实现了产品质量的“可追溯”。

1  智能生产线构成

按二级系统和三层结构进行轨枕生产系统的建设。

“二级系统”分别是生产控制系统、信息管理系统。生产控制系统负责整个生产线的建设、控制运行，包括自动化、智能化进行模具清理、喷涂、螺旋筋安装、套管安装、箍筋与桁架筋悬挂入模、砼运输、砼布料、砼一次、二次振捣、模具入坑、模具出坑、空中翻模、脱模、3D智能检测及喷码、轨枕码垛、AGV叉车运输;

信息管理系统进行流水线各施工机设备、PLC系统的数据采集。以实现数据的分析查询、过程追溯、生产过程数据可视化、视频监控、质量预警、设备运行情况监控及人员监管等信息。

“三层结构”是指由数据获取层、数据存储层和数据访问层构成管理系统的逻辑结构。

通过MES系统集成，串联整个生产工序，实现信息共享、信息管理、信息统计、信息追溯，实现生产体系的标准化、自动化、标准化。系统集成如图1所示。

2  生产控制系统

2.1 生产中控系统

SCADA系统（数据采集与监视控制系统）是以流水线智能化生产为基础而打造的自动化监控系统，设备数据传输至服务器，完成数据处理和运算，并可对现场的开关、阀门进行操作，还能通过Web将数据发布于Internet上进行监控。

该系统具有的功能有：数据采集、数据分析处理、测量、信号报警、参数调节、设备控制等。

2.2 PLC系统

砼搅拌站采用了计算机及PLC控制模式;双块式轨枕模具循环过程的控制采用了PLC技术，模具的传输辊道由一台PLC控制，双块轨枕的成品输送由一台PLC控制;砼的浇筑及振动由一台PLC控制;双块式轨枕的蒸汽养护由一台PLC控制;双块式轨枕的翻转脱模由一台PLC控制。

PLC系統用于获取PLC的运行工位和控制参数，生成中控平台数据和看板数据。

2.3 全自动智能生产设备构成

双块式轨枕生产线设备由全自动桁架筋焊接生产线、全自动数控弯箍机、全自动箍筋焊接机、智能箍筋焊接质量检测系统、全自动辊道传送流水线、全自动翻转设备系统、全自动脱模设备系统、全自动轨枕码垛设备系统、智能砼布料设备系统、全自动模具自动吊装码垛拆垛设备、智能精准打磨设备系统、智能喷涂设备系统、智能套管螺旋筋组装安装平台、智能弹簧套管复检系统、智能桁架钢筋箍筋自动组装安装设备系统、全自动旋转压板拆除设备、智能吹气一体化设备系统、智能码放垫木系统、智能蒸养系统、智能AGV运输车、全自动打磨设备、3D智能检测及喷码设备、智能二次养护系统、4×1模具等部分组成。

3  信息管理系统

3.1 信息管理系统的用途

3.1.1 生产的全过程跟踪

轨枕生产信息管理系统是对轨枕整个生产过程进行全程跟踪的信息管理系统，包括原料进厂、库存管理、实验数据管理、搅拌站、钢筋制作、模具清理、喷涂脱模剂、安装钢筋桁架、浇筑、蒸养、脱模翻转、轨枕编号等各个生产过程的管理。实时显示现场生产进度，每生产一根轨枕，在管理界面上实时显示。

3.1.2 成品轨枕的可追溯性

建立轨枕生产档案，可追溯轨枕生产时材料管理、搅拌站、试验室、钢筋制作、模具清理、喷涂脱模剂、安装钢筋桁架、浇筑、蒸养、脱模翻转、轨枕编号等相关数据和视频。

3D检测及喷码设备应用激光成像技术和视觉系统对脱模完成的轨枕关键几何尺寸和产品外观进行检测和评判，自动生成检测报告及数据分析，数据编码与轨枕一一对应，便于信息化数据自动采集，形成轨枕电子档案。

3.1.3 远程监控和调度

采集、统计、运算、分析及存储了整个轨枕预制生产的监控系统信息，使各级管理人员、业主、监理人员均能够异地实时监控轨枕的生产状况。且相关方人员可根据分析、统计的数据信息情况，发出对应的指令。

3.2 信息管理系统的组成

信息管理系统包含的各类子系统并统一使用一个后台进行管理，针对都是B/S结构（Browser/Server，浏览器/服务器模式）的子系统采用单点登录的方式，登录一次即可根据自己的权限选择登录相应的子系统。

应用MES信息管理系统，为轨枕场管理设置包括：计划/进度模块、模板管理模块、钢筋加工模块、砼拌和/浇筑模块、养护脱模模块、成品检验模块、成品发存模块、轨枕追溯模块、不合格管理模块、生产展示模块、技术管理、设备管理、安全生产、智能报表、监理监控、统计分析16个管理模块，从而更加方便、完善的记录轨枕生产的相关数据及轨枕信息。

3.3 信息管理系统各模块主要功能

3.3.1 计划/进度

系统录入总体生产计划，分解到月，用于总体生产计划的数据采集、数据处理。每月的生产管理计划，为统计信息提供基础数据。

3.3.2 模具管理

信息管理系统可在《模板日常检查记录》中可方便的选择模板并录入检查结果。也可在每块模板上贴RFID（无线射频识别）卡以自动读取模板编号，从而实现模具管理。

3.3.3 钢筋加工

形成的钢筋桁架检查记录表、箍筋检查记录表、钢筋组装及预埋件安装检查记录表通过前置信息添加功能完成此单据的录入。数据超标时，系统自动提醒。

钢筋原材料追溯单是通过生产批次与物料日计划的绑定，来自动追溯到各种钢筋的检验信息。

3.3.4 砼拌和/浇注

砼原材料追溯单是通过生产批次与物料日计划的绑定，来自动追溯到水泥、掺和料、粗骨料、细骨料、减水剂等的检验信息。

3.3.5 养护/脱模

通过工控机数据的上传或数据导入的方式，采集养护数据，并自动生成曲线图（如图2所示）。

根据上传养护曲线数据，采集、计算生成入出池养护记录报告，提高工作人员效率，便于后续模块的信息数据采集。

3.3.6 成品检验

系统自动带出模板编号及相关数据，自动录入大量内容。通过检测设备自动生成检查记录，出现超标数据时，可自动提醒，方便对数据的检核工作。

3.3.7 成品进发存

轨枕入库单是针对生产完毕完成且合格的轨枕进行详细入库统计。

轨枕发货单是轨枕发货统计，通过选择客户编号即可自动带出相关信息，和自动提示库存量。

3.3.8 轨枕追溯

生产台账中详细记录了每根轨枕的生产批号，模具号，可查询该根轨枕的生产记录，含钢筋、模具、砼检验批及外形检测结果。

3.3.9 不合格管理

自动录入不合格产品处理的单据信息，供管理者进行原因分析與措施制定。

3.3.10 生产展示

可通过可视化看板，监控整个流水线的状态，查看每个工序环节的数据信息，可获得具体表单明细，提供了信息的深层展示。

3.3.11 技术管理

由二维码技术交底、设计图纸、作业指导书、施工组织设计、试验数据采集子模块构成。

3.3.12 设备管理

设备管理系统分为Web服务端和APP手机端。Web服务端包括了设备基本信息的维护，可进行设备点检、巡检、小修、大修、保障、保养、故障报修、故障维修等运行记录查询打印;APP端可进行以上运行记录的查询。

3.3.13 安全生产系统

安全生产系统涵盖了人员门禁系统、安全教育培训及考试、特种作业人员证件管理、人员管理台账、现场安全管理检查子项目，拥有上述信息的查询、记录等功能。

3.3.14 智能报表

①生产看板：原料库存、轨枕生产完成情况、标段需求以及轨枕堆场库存查看;②能耗管理：采集智能电表、水表、气表能耗数据;对能耗数据进行汇总分析，提供管理数据;③轨枕生产、存诸、发运的统计。

3.3.15 监理监控

铁科钉APP通过网络接口自动接收施工控制APP实时视频监控和现场定期巡查抽查予以实现对轨枕场生产质量、安全的控制。

现场监理对收到或发现的现场安全质量问题，及时输入铁科钉程序报警模块，施工单位现场负责人、监理组长分管副总监可即时收到报警提示信息。

3.3.16 统计分析

该功能针对实时数据库中与位号相关的查询，获取位号的属性、实时值、历史值、开关量变位和报警信息。能统计变量该时段内的大、小峰值，浏览变量超限运行的时间及其数值，并可汇总统计和导出。

3.3.17 智能APP

PDA（手持终端）应用是生产信息化系统的另外一种操作方式，可以在有网络的任何地方通过PDA快捷方便的实现操作。

4  智能生产线建设组成部分及功能简述

中控系统集中管理、集中控制生产线及相应设备。通过该系统把生产设备进行了串联互通，通过一个操作界面就可以管理这些生产设备。生产控制系统由下述子系统构成。

4.1 箍筋、桁架筋生产线

箍筋、桁架筋全自动数控生产线，集弯曲、切断、焊接、码垛于一体。

并且通过钢筋加工设备的通信接口采集该设备的控制参数和显示参数集成到中控系统，可在中控系统上做到启停该设备、获取设备的运行状态、消耗物料、生产数据。

实现原理如3所示。

4.2 模具清理

采用自动机械臂清理机（可自动换刷），先自动清刷模具后再用吸尘装置彻底清除模具内残渣。该系统集成了自动模具清理系统启停，运行状态，以及集成RFID识别（射频识别）定位获取模具号，时间等信息。

4.3 自动喷涂

采用具有自动搅拌、脱模剂加热和保恒温功能的高效雾化喷头自动机械臂喷脱模剂机;能自动计量每个型腔脱模剂用量。中控系统集成了自动喷涂系统启停，运行状态，以及集成RFID识别（射频识别）定位获取模具号，批次号、时间等信息。

4.4 螺旋筋、套管安装

采用智能高效机械臂系统，通过扫描与技术参数相结合，精准定位模具，机械臂将套管准确安装定位轴上。该系统具有准确判断套管安装精准度的功能，并对没有安装到位或没有紧固的套管做出判断，便于补救。

4.5 钢筋自动安装及悬挂入模

现场制作挂钩，箍筋和桁架筋自动拆垛，机械手臂进行组装，机械联动装置安装卡子固定桁架，机械手将桁架组件安装到模具内。

中控系统集成箍筋与桁架筋悬挂入模系统的启停，运行状态，以及集成RFID识别定位获取模具号，批次号、时间等信息。

4.6 全自动砼布料、振捣系统

搅拌站与送料车联动而自动放料，送料小车按即定的轨迹运行将料送至布料机，布料机多口同时布料，精确控制砼用量，且具有叫料功能，接料口设置具有感应、接收指令、传输信号等功能的自动卷帘门。

在布料振动台上完成布料同时完成砼的振捣，振捣采用变频控制技术。

中控系统集砼布料、振振捣系统的启停，运行状态，系统通过PLC控制。

4.7 模具自动出入坑

浇筑完成的模具在编组后，由自动天车一次自动抓取两模，放入程序指定的养护坑内;然后在程序的指定下，将养护好的模具从养护坑内取出，放置在缓存输送机上。

4.8 全自动温控养护

坑内设有温度、湿度传感器，温度超出设定值时，坑内冷水雾化喷淋系统启动，温度低于设定值，蒸气控制设备启动。中控系统可控制养护池的升温、降温，同时生成养护明细数据。

4.9 全自动翻模、脱模

自动翻转机将模具自动翻转180°后放置在脱模机上气动脱模。轨枕下方安装传感器检测轨枕脱模情况。且翻模台将空模具搬运到回流线上，移动小车将轨枕运输到检测工位或者线体上。

中控系统收集现场监测数据后再将信号传递给相关设备，设备完成规定程序后，再将信息传送至中控系统。

4.10 3D智能检测及喷码

3D智能检测及喷码应用激光成像技术和视觉系统对脱模完成的轨枕关键几何尺寸和产品外观进行检测和评判，自动生成与轨枕一一对应检测报告及数据分析。在流水线工位架设自动喷码设备，喷印批次号以及二维码。

4.11 智能吹气盖盖

自动盖盖系统具有智能识别套管位置的功能，由系统准确判断套管位置后，用高压空气将套管内的杂物吹干净，然后将塑料盖盖到套管上。

4.12轨枕自动码垛、AGV叉车自动运输

轨枕自动码垛机将合格的轨枕按照根数和层数的要求完成自动码垛，随后由重载AGV小车组成物流搬运系统，通过程序设定任务和预定路线将轨枕运输至二次养护棚内。

4.13 智能二次养护

智能二次养护车间使用叉车将码垛完的轨枕运输至指定位置进行养护，智能化系统将二次养护区设置成10个分区，分别装有喷淋系统、温湿度传感器，集PLC系统控制电气与中控系统相对接，现自动控制养护。

4.14 自动识别定位系统

在轨枕的生产工序处安装RFID识别设备，通过该设备可读取到该工位上轨枕的模具号、批次号等信息，为中控平台和看板展示系统提供实时定位数据，起到轨迹跟踪和数据采集的作用。实现单据的自动化生成，解决人工录入带来的成本问题和失误问题。

5  结束语

该智能生产线的建立，使SK-2型双块式轨枕预制达到了生产专业化、设备控制智能自动化、管理系统信息化等新时代要求，大幅提高施工质量，缩短了工期约23%，降低管理及生产成本约11.6%，具有极高的推广应用价值。

参考文献：

[1]郭永毅.SK-2型双块式轨枕预制工艺技术的研究[J].佳木斯教育学院学报，2015（10）.

[2]朱鸿飞，张璐，等.双块式轨枕生产中常见质量问题及其防治措施[J].河南建材，2017（7）.

[3]周永明.SK-2型雙块式轨枕自动喷涂脱模剂装置的设计与应用[J].国防交通工程与技术，2015（2）.