专利名称：铁路轨道板蒸养自动监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在高速铁路轨道板蒸养过程中对温度实现自动监控的系统设计。
背景技术：
随着我国高速铁路的快速发展，尤其是250公里/小时到350公里/小时的运营要 求对铁路建设各方面的工艺要求更加苛刻。近几年来，各种不同结构的无砟轨道由于其 良好的轨道平顺性和持久可靠的稳定性及高效率的运能、极少的线路维修量、社会经济 效益显著等优点，已成为国内外客运专线和高速铁路建设的主流发展方向。欧洲、日本 和我国都在致力应用和发展无砟轨道工程技术。我国主要从京津高速建设过程中通过引 进和消化吸收德国和日本等国的轨道板技术，设计了自己的轨道板应用于后续的武广、 哈大、京沪等高速客运专线建设中。由于无砟轨道轨道板具有需求量大、设计精度高的 特点，快速、有效的进行轨道板的预制是无砟轨道施工的一个关键环节。
在轨道板生产过程中，必须经历蒸养这一关键环节。也就是将混凝土注入装好 钢筋框架的轨道板模具中，经过震动后将整套台座置于蒸养室(一般采用保温篷布覆盖) 中，将高压蒸汽通到蒸养室内，通过控制蒸汽阀门控制蒸养室内的温度，使得蒸养室内 温度按照如图l所示的温度曲线完成整个过程，即包括了静停阶段、升温阶段、高温蒸 养阶段、降温阶段和后续静停阶段。其中后续静停阶段主要考虑冬季寒冷季节情况下进 一步保证轨道板生产质量。 然而，目前轨道板生产中大都采用手动阀门和温度控制，通过人工定时开关来 尽量保证温度的稳定性。这样的系统既浪费人力物力，又难以保证温控的可靠性和轨道 板的生产质量。 有的单位开始尝试自动控制阀门，通过温度反馈来实现对电控阀门的开关。然 而，这些系统都具有局限性，主要包括(l)控制系统测量参数的单一性难以保证生产过 程的严格控制和最终质量；(2)控制系统对生产过程中可能发生的意外状况缺乏考虑和应 对措施。
发明内容
为了提高生产效率和保证轨道板生产质量，我们设计了自动蒸养系统。系统通 过计算机实时自动采集蒸养温度并控制电磁阀门开关实现温度自动调整，按照工艺设计 的蒸养曲线完成整个蒸养过程。发明的典型单元结构示意图如图2所示。
高速铁路轨道板蒸养自动监控系统，用于铁路轨道板蒸养温度的自动控制，高 压高温蒸气通过蒸汽管道将蒸汽分布到各个台位下；控制计算机101作为整个系统信息 处理的核心通过对所有智能温度控制仪的控制来完成对所有监测温度的采集和蒸养室蒸 汽阀门的自动控制；通信接口模块102为计算机101与多个控制箱103之间提供控制接 口；设置在所述控制箱内的智能温控仪105通过与之连接的车间环境温度传感器、蒸养室蒸汽温度传感器、轨道板表面温度传感器和板芯温度传感器采集相应的温度参数，并 控制安装在每个台位对应蒸汽管道的电磁阀门109的开关。 采用如上的设计后，本发明可实现轨道板自动蒸养监控，保证温控的可靠性和 轨道板的生产质量，具有多参数严格监控和应对意外状况的能力。
图1为典型控制轨道板蒸养温度曲线图。 图2为本发明典型单元结构示意图。 图3为实现断电保护的流程图。 图4为发明所实施的一个典型案例。 图5为蒸养过程中所记录的部分蒸养曲线图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的构成作进一步的详述。 图l所示的轨道板生产蒸养过程中温度曲线完成整个过程，即包括了静停阶段 1、升温阶段、高温蒸养阶段、降温阶段和静停阶段2。其中静停阶段2主要考虑冬季寒 冷季节情况下进一步保证轨道板生产质量。 在图中可看到，控制计算机101作为整个系统信息处理的核心，通过对所有智 能温度控制仪或温度采集仪的控制来完成对所有监测温度的采集和阀门的自动控制。通 信接口模块102为计算机101与多个控制箱103之间提供控制接口，可以采用RS232到 RS485转换器或者以太网转接器。控制箱103沿着生产车间放置在不同地方，根据车间 台位分布情况选择每个控制箱内需要安置的智能温度控制仪105的数量，对应所能控制 的工作台位数量N。 104为控制箱内辅助模块，包括电源和其它控制开关。我们专门设 计了手动控制开关，可以通过手动设置直接控制阀门的开关，这样方便了维护人员在现 场对系统的维护。高压高温蒸气通过蒸汽管道106将蒸汽分布式的通到各个台位下(1(^ 到107w)。温度传感器包括四种不同结构的传感探头，实现对车间环境温度(108D、蒸养 室蒸汽温度(1082)、轨道板表面温度(1083)和板芯温度(1084)的传感和采集。智能温控仪 105完成对上述温度的采集，并通过相关设置控制安装在每个台位对应蒸汽管道的电磁阀 门(10^到109N)的开关，从而达到蒸养温度的自动平衡控制。电磁阀门主要特性就是通 断电直接决定阀门的开关。 在充分考虑我国高速铁路轨道板生产工艺多方面要求的基础上，我们首次实现 了四条温度曲线的监控系统。这些工艺要求包括(l)车间环境温度不能低于一定值； (2)蒸养温度不能高于一定值；(3)板芯温度不能高于一定值；(4)在轨道板模具脱模时混 凝土表面温度与环境温度差不能高于一定值。四种不同的传感器将这些温度值返回到控 制计算机，从而控制整个生产流程。这些温度参数除了受蒸养温度控制系统影响外，还 反映了轨道板本身的混凝土质量(匹配比例)和生产过程中工序的严格性，因此，对于最 终轨道板生产质量具有非常重要的参考意义。 另一方面，生产过程中可能发生许多意外情况，包括电力中断和较长时间维护 等。由于生产的紧迫性和重复蒸养的不必要性，我们必须考虑在上述情况下如何保证蒸养的延续性。本发明通过如图3所示的流程完成对系统特殊情况下状态的保存和恢复。
具体来讲，蒸养系统按照所设定的时间温度曲线开始，我们在每个时间段设置 状态位(0或1， O对应该温度段尚未执行蒸养，l对应已经完成蒸养)，通过与起始时间对 比，记录当前的蒸养时间和四个采集到的温度值。当整个蒸养过程完成后，系统将自动 恢复设置，可以重新开始另一块轨道板的生产。而为了实现断电保护功能，当系统发生 意外情况时，计算机将保存当前各个蒸养台位的状态(已经完成的蒸养时间和各个时间段 的状态位)。当意外状况排除后，重新启动系统，系统将自动调入所保存的状态值，通过 与原有蒸养曲线对比，自动计算出所需要继续蒸养的起始点和状态位，然后继续蒸养过 程。 对每个蒸养时间段设置状态位具有另外的优点。 一般来讲，大部分系统通过温 控仪中的PID算法实现温度控制功能，而如果设置状态位，控制软件本身也可以按照蒸 养温度曲线设置多个时间段来调整蒸养的精度。这种方法主要应用在升温和降温过程 中，对于静停和蒸养阶段，由于温度设置是固定值，可以设为统一的时间段即可。例如 在图1中，我们对Tl(静停阶段1)， T3(蒸养阶段)和T5(静停阶段2)设为三个时间段， 对应各自的标志位；而在T2(升温阶段)和T4(降温阶段)中则根据所设置的过渡点参数 分为多个时间段(T2工…T2w; T^…T4w，其中N为过渡点参数)，每个时间段都对应一个 温度值和控制精度参数，以及其标志位。通过改变N值大小和控制精度参数，我们可以 直接控制蒸养曲线的平滑性。采用PID算法可能会出现电磁阀门频繁开关的情况，影响 系统寿命，而采用标志位的方法则会降低这种可能性，从而提高系统可靠性。
图4为我们在哈大高速客运专线建设中所实施的一个具体例子。整个车间包括 了54个生产台位，安置了9个自制控制箱，每个控制箱内包括6个KST/A-H型智能温 控仪控制6个蒸养台位蒸养温度的采集(蒸养温度传感器为JWB/PT1000/C型)和电磁阀 (ZCZ型号和ZQDF型号)的开关。另外采用KSL/A型多通道智能温度巡检仪完成对每 个台位表面温度的采集(传感器为BT-1型)。整个车间在不同位置放置了 4个温度传感 器(JWL-6ATD)完成对整个车间环境温度的采集。按照工艺要求，我们每个批次(一般为 每天)完成对4个台位的板芯温度监测(采用PT100型传感器)。整个系统由计算机通过 RS485对各个工作点进行通信控制，实现对每一个台位独立的蒸养控制。
系统按照生产时间和轨道板生产序列号进行管理，蒸养过程中按照"日期_台 座号_生产序列号"的格式存储每个台位的蒸养状况，最终结果可以按照台座生产时间或 者唯一的生产序列号查询。整个系统实现了对四个温度的采集和蒸养过程的自动控制， 典型的蒸养曲线如图5所示(这里我们省略了两个静停过程，主要是由于在夏季生产中环 境温度已经较高的缘故)。曲线的形状和控制精度可以由控制软件进行设置。
我们进行断电保护功能测试，当系统中某些台位蒸养到一定阶段后，我们启动 断电保护功能，此时系统保存原来所设置的蒸养参数和当前蒸养状态到计算机上。当故 障排除后，我们重新启动系统，然后按"断电恢复"键，系统将根据所保存的状态自动 计算出需要继续蒸养的参数设置，这样工作人员可以继续蒸养过程。这项功能对于经常 性的发生短时间(1小时左右)停电的轨道板生产厂非常重要。 需要进一步指出的是，系统中软硬件的结合具有多种方式，例如，如前所述， 智能温控仪可以采用具有PID控制的模块，实现对电磁阀的模糊控制，但频繁开关可能导致电磁阀的寿命大大縮短，因此，我们进行对比，也采用在控制软件中通过设置"温 度过渡点"和"控制精度"的方式完成对电磁阀的控制。所达到的效果基本一样，但系 统的可靠性在不同情况下具有一定的优势。
权利要求
铁路轨道板蒸养自动监控系统，用于铁路轨道板蒸养温度的自动控制，高压高温蒸气通过蒸汽管道将蒸汽分布到各个台位下；控制计算机101作为整个系统信息处理的核心通过对所有智能温度控制仪的控制来完成对所有监测温度的采集和蒸养室蒸汽阀门的自动控制；通信接口模块102为计算机101与多个控制箱103之间提供控制接口；设置在所述控制箱内的智能温控仪105通过与之连接的车间环境温度传感器、蒸养室蒸汽温度传感器、轨道板表面温度传感器和板芯温度传感器采集相应的温度参数并控制安装在每个台位对应蒸汽管道的电磁阀门的开关。
2. 根据权利要求1所述之铁路轨道板蒸养自动监控系统，其特征在于，控制箱103沿 着生产车间放置在不同地方，根据车间台位分布情况选择每个控制箱内需要安置的智能 温度控制仪105的数量，对应所能控制的工作台位数量N。
3. 根据权利要求1所述之铁路轨道板蒸养自动监控系统，其特征在于，控制箱内设置 有执行电源和其它控制开关的辅助控制模块104。
4. 根据权利要求3所述之铁路轨道板蒸养自动监控系统，其特征在于，所述辅助控制 模块上设置有直接控制阀门的手动控制开关。
5. 根据权利要求要求1所述之铁路轨道板蒸养自动监控系统，其特征在于，所述温控 仪上设置有高低温报警继电器、通信接口和温度采集显示机构。
6. 根据权利要求1所述之铁路轨道板蒸养自动监控系统，其特征在于，通过控制计算 机记录和恢复工作状态实现断电或意外事故情况下持续蒸养过程。
全文摘要
本发明公开了一种铁路轨道板蒸养自动监控系统，用于铁路轨道板蒸养温度的自动控制，高压高温蒸气通过蒸汽管道将蒸汽分布到各个台位下；控制计算机101作为整个系统信息处理的核心通过对所有智能温度控制仪的控制来完成对所有监测温度的采集和蒸养室蒸汽阀门的自动控制；通信接口模块102为计算机101与多个控制箱103之间提供控制接口。本发明实现轨道板自动蒸养监控，保证温控的可靠性和轨道板的生产质量，具有多参数严格监控和应对意外状况的能力。
文档编号B28B11/24GK101691050SQ200910060240
公开日2010年4月7日 申请日期2009年8月4日 优先权日2009年8月4日
发明者张志勇, 易安林, 曾德兵, 潘炜, 罗斌, 闫连山 申请人:西南交通大学