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        高鐵混凝土箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)控制系統(tǒng)研究

        2011-05-04 08:07:34韓慶祝
        鐵道建筑 2011年6期
        關(guān)鍵詞:溫控溫度控制箱梁

        韓慶祝

        (中鐵十三局集團(tuán)有限公司,長(zhǎng)春 130033)

        高速鐵路混凝土箱梁的蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù),在大型工程施工中已逐漸被人們所認(rèn)可,特別是在現(xiàn)代橋梁施工中,采用蒸汽養(yǎng)護(hù)技術(shù),可以有效地提升混凝土箱形梁的品質(zhì),明顯縮短制梁的周期,并且能夠較嚴(yán)格地保證箱梁的技術(shù)指標(biāo)。

        目前對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)澆筑的橋梁,大部的蒸汽養(yǎng)護(hù)是采用鍋爐加熱產(chǎn)生蒸汽,然后用簡(jiǎn)易的管道將蒸汽輸送到用塑料帆布覆蓋的養(yǎng)護(hù)棚中,而箱梁養(yǎng)護(hù)的溫度控制過程主要依賴人工間歇性測(cè)量和調(diào)整。這樣的養(yǎng)護(hù)方法很難保證蒸汽養(yǎng)護(hù)過程中各個(gè)階段對(duì)溫度需求的準(zhǔn)確性和精確性,而且熱量的利用率很低,有時(shí)如果控制的不合理還會(huì)對(duì)箱形梁造成一定的損傷。

        本文采用計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù),提出用蒸汽升溫、專用養(yǎng)護(hù)罩保溫保濕、通風(fēng)機(jī)降溫的全自動(dòng)養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)??捎行岣呋炷料涞酿B(yǎng)護(hù)質(zhì)量,縮短施工周期、降低施工成本、加快施工進(jìn)程。

        1 總體設(shè)計(jì)方案

        混凝土箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)(常壓濕熱)系統(tǒng)如圖1所示。主要由溫度控制室、養(yǎng)護(hù)罩、蒸汽鍋爐、箱梁基座和通風(fēng)機(jī)等組成。

        1.1 混凝土箱梁養(yǎng)護(hù)工藝

        混凝土箱梁常壓濕熱養(yǎng)護(hù)溫度曲線如圖2所示。養(yǎng)護(hù)工藝分為四個(gè)階段:第一階段為預(yù)養(yǎng)期,以15℃養(yǎng)護(hù)Y小時(shí)(本文取4 h);第二階段為升溫期,以5℃/h的升溫速率升溫1 h,然后保溫S小時(shí)(本文取1 h),再以8℃/h的升溫速率升溫至45℃;第三階段為恒溫期,以恒溫45℃養(yǎng)護(hù)H小時(shí)(本文取10 h);第四階段為降溫期,以10℃/h的降溫速率降至室溫,再保溫J小時(shí)(本文取4 h)。根據(jù)不同的混凝土梁,這四段的養(yǎng)護(hù)時(shí)間可由用戶設(shè)定。

        圖1 混凝土箱梁蒸汽養(yǎng)護(hù)系統(tǒng)

        圖2 混凝土箱梁養(yǎng)護(hù)溫控曲線

        1.2 混凝土箱梁養(yǎng)護(hù)溫度控制方案

        根據(jù)溫度控制曲線設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)如圖3所示。混凝土箱梁的縱向分3個(gè)截面,每個(gè)截面分為A,B,C,D,E 5個(gè)溫度區(qū),每區(qū)布1個(gè)溫度傳感器(T1~T5),每個(gè)截面布1個(gè)濕度傳感器 F1,共布15個(gè)溫度傳感器和3個(gè)濕度傳感器。養(yǎng)護(hù)罩內(nèi)的溫、濕度信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理,然后通過I/O口控制蒸汽閥和通風(fēng)機(jī),按圖2所示的溫控曲線實(shí)現(xiàn)混凝土箱梁的全自動(dòng)養(yǎng)護(hù)。

        圖3 控制系統(tǒng)方案

        2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        溫度控制系統(tǒng)采用上、下位機(jī)控制。下位機(jī)用日本三菱FX2N PLC在現(xiàn)場(chǎng)控制,上位機(jī)采用710型工控機(jī)作為人機(jī)對(duì)話窗口,對(duì)養(yǎng)護(hù)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。硬件系統(tǒng)主要由工控計(jì)算機(jī)、PLC、15點(diǎn)溫度傳感器、15路蒸汽加熱器控制、5路加濕和通風(fēng)控制、1臺(tái)溫度巡檢儀和電控柜等組成。溫度控制系統(tǒng)硬件框圖如圖4所示。

        圖4 溫控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

        溫度傳感器采用PT100熱電阻。系統(tǒng)設(shè)計(jì)有自動(dòng)和手動(dòng)控制功能。自動(dòng)控制功能,是由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作人機(jī)界面操作站,主要控制由PLC按預(yù)置參數(shù)完成控制,整個(gè)養(yǎng)護(hù)過程無需人工參與而自動(dòng)完成。手動(dòng)控制功能,當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),可轉(zhuǎn)為手動(dòng)控制,控制任務(wù)主要由巡檢儀完成,確保養(yǎng)護(hù)工作繼續(xù)進(jìn)行。手動(dòng)系統(tǒng)只是作為自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)急備用。

        3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        本系統(tǒng)采用工業(yè)計(jì)算機(jī)控制軟件MCGS工控組態(tài)軟件和三菱GXFX2N PLC控制軟件為平臺(tái)設(shè)計(jì)了上、下位機(jī)的控制軟件,用戶主界面如圖5所示。

        軟件功能主要有:

        1)用戶管理。在軟件系統(tǒng)中,固定一個(gè)名為“負(fù)責(zé)人”的用戶,它們的名稱不能修改。負(fù)責(zé)人有權(quán)利在運(yùn)行時(shí)修改設(shè)置參數(shù)和管理受權(quán)的工作,其它所有用戶都沒有這些權(quán)利。

        2)系統(tǒng)設(shè)置。系統(tǒng)設(shè)置包括測(cè)溫點(diǎn)數(shù)量的設(shè)置;升溫時(shí)間和升溫速度的設(shè)置;恒溫時(shí)間和恒溫溫度的設(shè)置。

        3)動(dòng)態(tài)圖形。動(dòng)態(tài)圖形顯示包括靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)循環(huán)顯示。動(dòng)態(tài)循環(huán)顯示主要實(shí)現(xiàn)縱向3個(gè)截面之間的循環(huán)顯示,便于監(jiān)測(cè)各截面上的溫度值;靜態(tài)顯示可以單獨(dú)顯示3個(gè)截面中的某一截面的5個(gè)溫區(qū)(A,B,C,D,E)的溫度,便于集中觀察某一截面溫度值??赏ㄟ^標(biāo)題欄下拉菜單進(jìn)入動(dòng)態(tài)圖形界面。

        4)實(shí)時(shí)曲線??蓪⒚總€(gè)測(cè)試點(diǎn)在整個(gè)混凝土箱形梁養(yǎng)護(hù)期間的溫度變化曲線實(shí)時(shí)繪制并顯示;可將縱向同一高度的不同測(cè)試截面的溫度變化曲線實(shí)時(shí)繪制并顯示。

        5)歷史曲線。歷史曲線是將歷史存盤數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀出,以時(shí)間為橫坐標(biāo),數(shù)據(jù)值為縱坐標(biāo)進(jìn)行曲線繪制。歷史曲線主要用于事后查看數(shù)據(jù)分布和狀態(tài)變化趨勢(shì)以及總結(jié)溫度變化規(guī)律。

        6)數(shù)據(jù)報(bào)表。數(shù)據(jù)報(bào)表就是根據(jù)實(shí)際需要以一定格式將統(tǒng)計(jì)分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示并打印出來,本系統(tǒng)中采用日?qǐng)?bào)表每24 h打印一份。

        7)實(shí)時(shí)報(bào)警。對(duì)溫度超過設(shè)定值并在設(shè)定時(shí)間內(nèi)仍沒能夠經(jīng)過控制系統(tǒng)調(diào)整到規(guī)定的數(shù)值,則系統(tǒng)發(fā)出警告,提醒工作人員迅速查找原因并解決,同時(shí)系統(tǒng)將做報(bào)警記錄。

        8)實(shí)時(shí)測(cè)溫記錄。對(duì)所有溫度測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,以便對(duì)各溫度測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

        9)歷史測(cè)溫記錄。對(duì)于每個(gè)測(cè)溫點(diǎn)在養(yǎng)護(hù)期間的所有溫度測(cè)量值都將以數(shù)據(jù)文件的形式加以保存,以便對(duì)養(yǎng)護(hù)效果與溫度的變化關(guān)系進(jìn)行分析。

        4 效果

        本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)通過在京石客運(yùn)專線新樂梁場(chǎng)使用,1#梁跨中截面B區(qū)的溫度控制曲線如圖6所示。從溫控曲線看出實(shí)際溫控曲線和理論溫控曲線基本接近,控制效果良好。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后,1#梁的各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)良。

        圖6 1#梁跨中截面B區(qū)溫度控制曲線

        5 結(jié)語

        實(shí)驗(yàn)和使用證明,本文采用標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)計(jì)算機(jī)控制軟件MCGS和PLC硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)的混凝土箱梁溫度控制系統(tǒng),具有適應(yīng)性強(qiáng)、自動(dòng)化程度高、安全可靠、操作簡(jiǎn)便、易于擴(kuò)展、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等特點(diǎn)。只要改變養(yǎng)護(hù)參數(shù),系統(tǒng)可對(duì)任意混凝土梁的養(yǎng)護(hù)溫度進(jìn)行自動(dòng)控制,應(yīng)用前景廣闊。

        [1]向敏,楊從娟.混凝土箱形梁蒸汽養(yǎng)護(hù)控制研究[J].鐵道建筑,2009(2):15-17.

        [2]趙勝.客運(yùn)專線箱梁冬期施工病害及整治措施[J].鐵道建筑,2009(10):24-26.

        [3]王異,周兆桐.混凝土手冊(cè)(第二分冊(cè))[M].吉林:吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1985.

        [4]趙廷元,岳學(xué)文,孫振安.熱力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].太原:山西科學(xué)教育出版社,1986.

        [5]鐵道部豐臺(tái)橋梁工廠,鐵道部科學(xué)研究院鐵道建筑研究所.混凝土的蒸汽養(yǎng)護(hù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1979.

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