韓慶祝

(中鐵十三局集團有限公司，長春 130033)

高速鐵路混凝土箱梁的蒸汽養(yǎng)護技術(shù)，在大型工程施工中已逐漸被人們所認可，特別是在現(xiàn)代橋梁施工中，采用蒸汽養(yǎng)護技術(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，并且能夠較嚴格地保證箱梁的技術(shù)指標。

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

本文采用計算機測控技術(shù)，提出用蒸汽升溫、專用養(yǎng)護罩保溫保濕、通風機降溫的全自動養(yǎng)護系統(tǒng)。可有效提高混凝土箱的養(yǎng)護質(zhì)量，縮短施工周期、降低施工成本、加快施工進程。

1 總體設(shè)計方案

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

1.1 混凝土箱梁養(yǎng)護工藝

混凝土箱梁常壓濕熱養(yǎng)護溫度曲線如圖2所示。養(yǎng)護工藝分為四個階段:第一階段為預(yù)養(yǎng)期，以15℃養(yǎng)護Y小時(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(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H小時(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(本文取4 h)。根據(jù)不同的混凝土梁，這四段的養(yǎng)護時間可由用戶設(shè)定。

圖1 混凝土箱梁蒸汽養(yǎng)護系統(tǒng)

圖2 混凝土箱梁養(yǎng)護溫控曲線

1.2 混凝土箱梁養(yǎng)護溫度控制方案

根據(jù)溫度控制曲線設(shè)計的溫度控制系統(tǒng)如圖3所示?；炷料淞旱目v向分3個截面，每個截面分為A，B，C，D，E 5個溫度區(qū)，每區(qū)布1個溫度傳感器(T1～T5)，每個截面布1個濕度傳感器 F1，共布15個溫度傳感器和3個濕度傳感器。養(yǎng)護罩內(nèi)的溫、濕度信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到計算機進行計算處理，然后通過I/O口控制蒸汽閥和通風機，按圖2所示的溫控曲線實現(xiàn)混凝土箱梁的全自動養(yǎng)護。

圖3 控制系統(tǒng)方案

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計

溫度控制系統(tǒng)采用上、下位機控制。下位機用日本三菱FX2N PLC在現(xiàn)場控制，上位機采用710型工控機作為人機對話窗口，對養(yǎng)護場進行遠程監(jiān)控和管理。硬件系統(tǒng)主要由工控計算機、PLC、15點溫度傳感器、15路蒸汽加熱器控制、5路加濕和通風控制、1臺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

溫度傳感器采用PT100熱電阻。系統(tǒng)設(shè)計有自動和手動控制功能。自動控制功能，是由工業(yè)控制計算機作人機界面操作站，主要控制由PLC按預(yù)置參數(shù)完成控制，整個養(yǎng)護過程無需人工參與而自動完成。手動控制功能，當自動控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可轉(zhuǎn)為手動控制，控制任務(wù)主要由巡檢儀完成，確保養(yǎng)護工作繼續(xù)進行。手動系統(tǒng)只是作為自動控制系統(tǒng)的應(yīng)急備用。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用工業(yè)計算機控制軟件MCGS工控組態(tài)軟件和三菱GXFX2N PLC控制軟件為平臺設(shè)計了上、下位機的控制軟件，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，固定一個名為“負責人”的用戶，它們的名稱不能修改。負責人有權(quán)利在運行時修改設(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)置包括測溫點數(shù)量的設(shè)置;升溫時間和升溫速度的設(shè)置;恒溫時間和恒溫溫度的設(shè)置。

3)動態(tài)圖形。動態(tài)圖形顯示包括靜態(tài)顯示和動態(tài)循環(huán)顯示。動態(tài)循環(huán)顯示主要實現(xiàn)縱向3個截面之間的循環(huán)顯示，便于監(jiān)測各截面上的溫度值;靜態(tài)顯示可以單獨顯示3個截面中的某一截面的5個溫區(qū)(A，B，C，D，E)的溫度，便于集中觀察某一截面溫度值?？赏ㄟ^標題欄下拉菜單進入動態(tài)圖形界面。

4)實時曲線?？蓪⒚總€測試點在整個混凝土箱形梁養(yǎng)護期間的溫度變化曲線實時繪制并顯示;可將縱向同一高度的不同測試截面的溫度變化曲線實時繪制并顯示。

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

6)數(shù)據(jù)報表。數(shù)據(jù)報表就是根據(jù)實際需要以一定格式將統(tǒng)計分析后的數(shù)據(jù)記錄顯示并打印出來，本系統(tǒng)中采用日報表每24 h打印一份。

7)實時報警。對溫度超過設(shè)定值并在設(shè)定時間內(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，同時系統(tǒng)將做報警記錄。

8)實時測溫記錄。對所有溫度測量點進行實時顯示，以便對各溫度測量點進行實時監(jiān)測。

9)歷史測溫記錄。對于每個測溫點在養(yǎng)護期間的所有溫度測量值都將以數(shù)據(jù)文件的形式加以保存，以便對養(yǎng)護效果與溫度的變化關(guān)系進行分析。

4 效果

本文設(shè)計的控制系統(tǒng)通過在京石客運專線新樂梁場使用，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)護結(jié)束后，1#梁的各項指標優(yōu)良。

圖6 1#梁跨中截面B區(qū)溫度控制曲線

5 結(jié)語

實驗和使用證明，本文采用標準工業(yè)計算機控制軟件MCGS和PLC硬件平臺設(shè)計的混凝土箱梁溫度控制系統(tǒng)，具有適應(yīng)性強、自動化程度高、安全可靠、操作簡便、易于擴展、經(jīng)濟實用等特點。只要改變養(yǎng)護參數(shù)，系統(tǒng)可對任意混凝土梁的養(yǎng)護溫度進行自動控制，應(yīng)用前景廣闊。

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

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