郝迎吉 ，曾 定 ，王海英 ，张甲迪

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

目前我国的高速公路与铁路预制梁场喷淋养生控制方式主要依靠人工来操作，这样容易因人工疏忽或数据记录信息不全等因素造成预制梁的养护不到位，从混凝土的固化结果也很难判定实际喷淋情况，对桥梁的可靠性和安全性留下隐患[1]。

为解决上述情况，开发了一种基于PLC、GPRS网络以及组态软件的大型室外预制梁自动喷淋监控系统。其主要结构由两部分构成：一是在各个标段预制梁场安装PLC和触摸屏对执行机构 （电磁阀、泵）进行实时监控；二是PLC通过串口与GPRS无线通信，将现场数据发送到网络数据库，在监控中心同时可监测到多个梁场的实际运行状况，并将数据反馈到各梁场计算机客户端，实现上级主管部门和梁场工程管理人员双层机构对梁场养护工作的远程监控。该系统在西咸北环线高速公路施工中进行了应用实践，运行效果良好。

1 系统架构设计

预制梁场分布式计算机网络架构如图1所示，主要由3部分组成，现场监控站、GPRS数据传输部分和调度中心SCADA远程监控系统。

图1 分布式计算机网络架构Fig.1 Distributed computer network

系统采用C/S和B/S混合网络架构模式，通过GPRS无线网络分时将各个梁场的养护数据信息传送到监控中心，监控中心可以根据需要对单个或多个梁场进行远程控制和数据信息查询，分监控室梁场根据不同的权限进行客户端或网页（Web）访问，从而实现梁场规范化管理。

2 现场监控站设计

以LJ-02标段预制梁场的控制系统为例，梁场监控站采用DVP-EH2型号的PLC和TPC1162Hi型号的触摸屏，PLC作为控制系统核心，既可以与触摸屏联机工作，也可以独立按设定的工况工作（使用内部具有掉电保护的存储器保护设定参数），又可以在触摸屏或计算机终端设定洒水时间、循环间隔时间、梁的型号和选择需要养护的台座，对多路电磁阀和水泵进行策略控制，实现对梁的养护，如图2所示。其中PLC使用了两个串行接口，一是与触摸屏采用RS232通讯（同时也是编程控制口），另一串口通过RS485与无线GPRS-DTU进行数据交互，它将数据传输到监控中心。

图2 触摸屏操作界面Fig.2 Touch screen operator interface

3 GPRS数据传输功能的实现

3.1 GPRS模块参数的配置

在系统中GPRS-DTU选择为宏电H7710工业级DTU，该模块提供的RS485串行接口可以与台达PLC的RS485（设定为MODBUS通信协议接口）数据接口连接。在使用前通过厂家提供的配置工具，先用PC机连接模块将监控中心静态IP（如果为动态IP需要域名绑定处理）、端口号、协议方式、通讯参数以及SIM卡号写入DTU中。

3.2 GPRS与监控中心通讯过程

（1）安装在现场的GPRS-DTU上电后，从模块内部Flash读取配置参数，例如IP地址、端口号等。

（2）接着GPRS-DTU自动搜索GSM网络并登录，然后进行GPRS-PPP拨号获得一个移动随机分配的动态IP地址。

（3）通过移动网关GPRS-DTU与广域网进行通信，向数据中心发起TCP或UDP请求，数据中心响应后，GPRS-DTU与数据中心握手成功，数据链路已经建立，即可进行数据双向通信。

（4）数据中心根据识别的身份信息，按照设备循环采集周期向DTU发送读或写命令，DTU将接收到的TCP/IP协议包进行解析通过RS485传输给PLC，PLC根据命令执行对应的设备操作。

（5）当GPRS-DTU接收到PLC反馈回的数据后，把串口数据转换成TCP/IP协议包数据发送到GPRS网络运行商提供的GPRS网络上[2]。

（6）通过Internet将数据发送到监控中心IP网络服务器中，再通过端口映射进行数据转发到装有CommBridge网桥组件的SCADA监控计算机平台上，如图3所示。

图3 GPRS-DTU与监控中心通讯过程Fig.3 GPRS-DTU communication process with the monitoring center

GPRS无线网络作为调度中心与各个预制梁场子控制系统之间的数据传输的媒介，通过GPRS-DTU调度中心数据采集与监控系统SCADA实现对各预制梁场的设备运行状态的数据采集、对现场设备控制命令的下达及对整个高速公路梁场网络的调度，有效提高预制梁场自动化控制水平和规范管理。

4 调度指挥中心SCADA控制系统

在系统中，采用力控Force Control V7.0组态软件构建调度指挥中心SCADA控制系统，它是整个高速公路预制梁场喷淋养护控制的中枢系统，主要由路由器、防火墙、数据库服务器、Web服务器等设备组成[3]。功能上主要实现对各个标段的梁场设备运行进行监控，数据采集、存储、分析，历史数据的查询以及提取需要的生产报表，网页发布等任务。

具体功能实现方案设计：

（1）预制梁场喷淋运行状态显示：SCADA系统将生产数据与设备相联系，工艺流程与现场实际相结合，以动画的形式再现梁场喷淋效果，如图4所示。

图4 远程监控中心SCADA系统Fig.4 SCADA system of remote monitoring center

（2）报表显示：根据管理部门的需要，对喷淋养护的预制梁进行信息记录，主要包括日期、开始时间、结束时间、喷淋次数、梁的型号等参数。

（3）历史数据的查询和处理：利用组态软件灵活的SQL脚本语言对SQL 2005 Server数据库进行生产数据提取，通过3D立体棒图显示该梁场预制梁进度等重要数据信息，数据以图形化方式展现，可以给管理人员和决策人员提供可靠的数据分析，如图5所示。

（4）远程计算机控制功能：为了实现预制梁场喷淋养生无人值守，通过调度指挥中心监控计算机可以对指定的标段梁场进行远程控制，通过对应的策略控制现场PLC实现对设备的启停操作。

图5 预制梁喷淋进度统计图Fig.5 Statistical chart of progress of the precast beam spray

（5）Web网络发布功能：各个标段预制梁场和管理部门可能都需要相关的运行数据，为此通过Web瘦客户端，经过授权的用户通过广域网即可对整个高速公路预制梁场的SCADA界面进行浏览，各梁场客户端通过Internet可以实现远程操作和数据报表查询、打印等功能。

（6）预警系统功能：在监控调度指挥中心实时监测各梁场喷淋设备状态，一旦某个梁场网络联机失败、喷淋参数设置错误或者设备出现故障，通过组态软件的Email控件向相关的值班人员发送对应的报警信息，必要时可根据设定的策略自动发送命令远程中止梁场喷淋系统的运行直到故障解决。

5 结语

通过安装在管理指挥中心的SCADA自动化控制平台，实现远程对各预制梁场的监控和数据信息采集、记录和查询，为后期的生产数据进行追忆以及质量评估提供重要的数据依据，各标段的预制梁场通过GPRS无线网络在监控中心进行子系统集成有利于管理部门对梁场质量评估和统一协调管理，实现企业“管控一体化”。

利用计算机网络技术的优势，把现场实时控制与远程监控结合为一体，实现多级管理体系，保证了历史数据的真实可靠，对提高产品质量意义重大。并且该系统提供的技术可以推广到其它需要智能化控制的场合。

[1] 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].公路交通科技：应用技术版，2013（5）：170-172.

[2] 深圳宏电技术开发有限公司.H7710 GPRS DTU使用说明书[Z]，2007.

[3] 朱明清，田民，张迁礼，等.基于PLC、GPRS网络和组态软件的城市热网监控系统的设计与实现[J].自动化技术与应用，2008，27（5）：107-111.