铁路工地试验室压力机万能机数据采集系统的设计与实现

2014-05-11王江

铁路计算机应用 2014年4期

王江

（中国中铁二院工程集团有限责任公司信息中心，成都 610031）

随着铁路建设工程不断发展壮大，很多建设方对于工程建设过程中的各项要求也不断提高，为了满足当前工程建设所需，实时控制工程段范围内质量，包括各工序、分项、分部的质量验收，进场材料的质量检查等，设计用于铁路工地试验室的压力机万能机数据采集系统，使得各级管理部门能及时监控、获取到各工地试验室的即时数据，减少漏检等错误，并能有效地对检测结果追踪溯源，满足铁路总公司对工地试验室标准化、自动化的基本要求。利用压力机与万能机数据采集系统配合试验室人员作业，自动采集样本数据，自动绘制曲线图，自动生成数字报告，将数据传输到中心数据库平台，便于各级管理部门进行质量检测。

1 数据采集系统架构设计

工地试验室万能机压力机数据采集系统应能实现两种设备试验数据的自动采集和实时传输，具有提醒、分析、统计和监控等功能，在数据的采集及传输工程中应确保数据真实可靠、试验过程规范、结果能够追溯，对试验的结果能自动进行计算及判定，按现行标准和表格自动生成试验报告。利用网络技术，将压力机万能机的试验数据及时上传到铁路总公司信息化平台，一旦发现问题及时进行处理。系统架构图如图1所示。

图1 数据采集系统架构图

图1中，压力机和万能机数据采集系统调用数据库中的样品编号后自动采集检测数据，自动绘制曲线图，自动按试验规程生成格式统一的数字报告，并通过相应数据接口将数据传输到数据库服务器中。在试验室中建立相应标准对比数据库，将自动采集的数据与之对比分析，生成分析统计试验报告，并传输到服务器平台中。同时，监管部门和用户可以通过服务器平台直观地检索、查看各个工程部位的试验曲线、原始数据和试验报告，自动检索不合格的试验报告并安排质量安全检查，有针对性地提出改进意见。

数据采集系统主要特点：集数据采集、实时检测功能于一体，所测即所得，无纸化；保留全部测量原始数据，可浏览、编辑原始数据，方便用户及监管部门查询；整个系统设计思路专业、界面操作友好人性化，易学易用。

系统的采集流程如图2所示。

2 数据接口设计与实现

各现场设备具有相应的数据采集接口，采集系统通过相应网关将现场的设备状态通过接口采集至服务器数据库中，再由核心程序自动完成数据存储和分析工作，在此基础上，提供完善的管理功能。这样，通过对现场多设备的集成实现以系统集成、功能集成、网络集成和软件界面集成等多种集成技术为基础，通过公共的高速通信网络，构筑起一个结构合理、性能良好、安全可靠的平台，运行和操作在统一的人机界面环境下，实现信息、资源和任务共享，完成集中与分布相结合的监视、控制和综合管理功能。

图2 数据采集系统流程图

2.1 数据接口设计

为规范全路混凝土拌和站及工地试验室标准化建设，铁路总公司工程管理中心制订了《铁路工程拌和站及试验室数据接口暂行规定》，该规定明确了铁路工程建设混凝土拌和机、万能试验机、压力试验机与铁路工程建设信息化平台数据中心之间进行数据交换的数据内容、代码定义等。数据接口标准技术要求：终端软件要支持基于安全加密的GPRS无线传输技术和有线传输的两种数据传输方式；数据基于TCP/IP协议（包括但不限于）方式传输；支持断点续传，网络中断后，恢复连接可以继续完成数据上传工作；数据完整性。通过对接口标准的统一，可以保证数据传输的实时性、可靠性、完整性和安全性。同时对接口编码的规范可以让更多更好的软件开发厂商能为铁路工地试验室开发更好的管理系统软件。

如表1的压力试验机接口数据表所示，除了规定接口的采样数据外，还要明确接口设备、委托编号和试件的具体编号。

2.2 传输协议设计

数据传输协议对应于ISO/OSI定义的七层协议的应用层，在基于不同传输网络（该传输网络被称为基础传输层）的采集系统和数据接收系统之间提供交互通信。应用层依赖于所选用的传输网络，在选定的传输网络上进行应用层的数据通信，在基础传输层已经建立的基础上，整个应用层的协议和具体的传输网络无关，即介质无关性。本系统数据接口协议是建立在通过基础传输层建立连接的基础上的。协议结构如图3所示。

表1 压力试验机接口数据表

图3 传输协议结构图

2.3 传输过程实现

通过调用压力机和万能机实时数据接口实现数据上传，上传与现场操作同步：

（1）根据业务功能表（数据传输内容表）组织需传输正文json字符串，并进行校验（json串是否能正确解析）。

（2）通过数据传输接收地址，直接访问确认是否可联通。

（3）对各传输参数进行FORM赋值，并采用http方式进行传输，将是否签名（SFQM）设定为0，验证传输内容是否组织正确。

（4）正文数据、签名数据传输前使用url编码，防止传输过程中base64编码中的“+”、“=”等丢失。

（5）根据返回值进行程序调整，为“8888”，则组织传输内容程序正常，否则根据返回值进行程序调整。

（6）对传输正文部分进行数字证书签名，并使用验签工具判定是否签名正确。

（7）调用SignRadom.d ll确定是否每条数据签名，返回0则签名；否则不签名。

（8）签名可以正常解签后，将是否签名（SFQM）设定为1，并进行数据传输，正常（返回8888）则整个传输过程完成。

2.4 数据处理与统计

工地试验室万能机压力机自动采集系统对获得的样品进行检测试验，设置计算机控制参数，选择测量通道，设定控制速度值（试验力、位移、变形），选择试验方案、采样速率等参数，利用计算机软件对采集的数据进行处理和计算，通过取值比较算法求出试验所要求的最大载荷和最大位移等，停止采集后自动显示载荷和变形的最大值，并对试验结果进行分析，自动计算应力、伸长（压缩）率、上下屈服点等试验指标。同时，生成试验报告反映试验测试和数据处理的结果，包括试验的说明部分（材料参数、环境参数、试验标准、试验编号、试验时间等）、试验测试结果的技术数据、试验曲线，统计样本的合格率及单位时间处理样本的数量等信息，自动与系统中的标准库比对，检索不合格的试验数据，第一时间安排质量安全检查，杜绝质量隐患的出现。