纵列式梁场综合管控系统建设及应用

2023-04-07杨永成姚辉宁张正鹏赵斌申振腾

中国公路 2023年3期

杨永成姚辉宁张正鹏赵斌申振腾

（中化学交通建设集团有限公司，山东济南 250102）

一、引言

《交通强国建设纲要》及《国家综合立体交通网规划纲要》等文件的印发，对交通运输行业施工提出了绿色节约、低碳环保、科技创新等更高的质量要求，在预制梁场建设方面，原有传统施工方式已不能满足业主管理需要，通过智能化管理手段机械化换人、自动化减人、智能化制造成为新的目标。

江西宜春至遂川高速安福至遂川段主体土建工程C1标段纵列式预制T梁生产现场共需生产40mT梁1008片，为降低施工人员数量及劳动强度、提高生产效率、提高预制T梁质量，建立了纵列式梁场综合管控系统，共涉及4套独立的控制系统，即布料机控制系统、料斗仓控制系统、喷淋控制系统及液压模板控制系统。

二、建设方案分析

现国内综合管理系统建设有串行和并行两种方案，其区别主要在于是否在各控制部分使用独立控制器。

串行综合管控系统方式主要是基于布料机控制柜、料仓控制柜和自行式液压模板控制柜内有无线控制模块开发的软件，可以节约硬件预算，降低开发难度。但也存在以下问题尚未解决：控制柜里的无线模块接收器一般只能与相应的遥控发射器匹配；无线协议是非开放的；无线接收器只能接收遥控端信号，不能上传信号；需要3家第三方单位密切配合，涉及传感器，需要升级相应程序。

基于上述问题，选择并行综合管理系统建设方案，在每一套系统上分别安装一个控制器，与原有控制柜的控制器并发运行，输入/输出保持一致，只对上层平板电脑中远程综合控制系统产生响应。综合管控系统的改造实施降低了对原控制系统的影响，降低了对第三方设备单位的技术依赖，增强了自主设计的可行性。并行综合管控系统包括pad上远程综合管控软件、布料机并行控制器、料仓并行控制器、液压模板并行控制器和喷淋并行控制器5个部分。

三、综合管理系统设计

（一）平板电脑远程综合管控系统软件

基于平板电脑的移动端远程管控系统软件设计包括前端交互界面和后端程序，交互界面实现了桥梁加工过程的动态可视化，后端主要完成了前端功能及各系统要求的控制功能，实现对传输信号的处理，提高用户的可操作性，界面如图1所示。

图1 集成控制性系统界面简图

图2 数传模块及数据接口实体图

（二）远程综合管控系统并行控制器研究

每一套并行控制器由一个控制电路板和一个无线模块组成，通过数据线连接，解决一体式控制器传输距离较近、易受遮挡影响等问题。控制电路板根据每个系统上的情况，设置输入/输出端口，通过天线增强无线局域网的抗干扰性。无线Wi-Fi模块的接口使用串口透传，联接控制电路板uart串口实现点对点通信；平板电脑外接USB网卡转发实现对局域网的连接，解决局域无线Wi-Fi模块私有协议约束。

各数传模块间的通信使用LoRa扩频技术。通过LoRa调制特殊的编解码机制，APC340拥有极高的稳定性及适应性，超低的灵敏度及传输距离。用户无须编写复杂的设置与传输程序，即可实现模块间数据的透明传输。

1.布料机并行控制器

控制柜设置3个变频器，分别控制布料机相应运动：变频器1控制布料机的行走；变频器2控制起重机起吊/下放料仓；变频器3控制起重机（或料仓）在布料机上左右移动。布料机并行控制器安装在布料机控制柜内部，控制器包括控制电路板和无线局域网模块。控制电路板设置6路输出，输出端口接线与前文无线接收器接线方式一致，以实现对变频器1至3的控制。

2.料仓并行控制器

料仓控制系统使用无线模块与控制板一体式电路板，相比于无线接收器，设置输入端口以接收传感器信号；通过时间继电器实现间歇性振捣。料仓并行控制器安装在料仓控制柜内部，控制器包括控制电路板和无线局域网模块。控制电路板应设置5路输出，其输入与输出端口接线与前文控制柜中控制器接线方式一致。

3.液压模板并行控制器

液压模板控制系统使用带输入/输出功能的无线接收器替代控制器，控制模板的行走、压模、脱模。手动无线遥控是一种固定频率、端到端的控制方式，需增加并行控制器。液压模板并行控制器安装在液压模板控制柜内部，控制器同样包括控制电路板和无线局域网模块。控制电路板设置4路输出，其输入与输出端口接线与前文控制柜中控制器接线方式一致。

4.喷淋并行控制器

图4 自动喷淋现场图

喷淋控制柜面板可独立调整每一个喷嘴的喷淋、间隔时间，可自动或手动控制，通过可编程的多路输出控制器控制。使用并行控制器控制时，其参数和逻辑控制部分通过后台实现。喷淋并行控制器安装在喷淋控制柜内部，控制器包括控制电路板和无线局域网模块。控制电路板设置24路输出，其输入与输出端口接线与前文控制柜中控制器接线方式一致。

四、应用效果分析

控制模块通信采用的LoRa扩频技术，具有较高的稳定性，能够实现较远传输距离，具有丰富便捷的软件编程设置功能，应用范围较为广泛。采用系统控制的智能布料机，通过轨道式行走，可实现均匀布料厚度，自动控制布料时机，仅需一人操作系统，减少了人工成本，提高了预制质量。自行式液压模板系统，控制了模板的安拆及移运，免除了工人频繁的拆卸吊运过程，实现了智能化、机械化施工，减少了工人拼装质量问题，提高了整体外观质量。通过操作台设置的喷淋计划，系统自动执行养护命令，养护周期执行较为完善，喷淋覆盖面积广，节约水资源，养护效果较好。