论钢轨焊接监控管理系统方案探讨及研究

论钢轨焊接监控管理系统方案探讨及研究

韩涛

北京工电大修段

摘要：目前焊轨基地生产线综合监控管理系统已在全路各焊轨基地安装运行，为提高产品质量、实现焊轨质量追溯、提高管理水平发挥了较大作用。系统对生产中的数据和流程进行了有效管理，并在这些信息的基础上进行统计和分析，实现了长轨生产基地的全方位信息化管理，为生产决策提供依据。

关键词：钢轨焊接；监控管理系统；钢轨信息化管理

1、前言

随着现场人员对系统的深入了解，系统的一些问题也逐渐显现出来，在几年的使用中，提出了不少改进建议。2011年，为了进一步完善焊轨基地生产线综合监控管理系统的数据应用，加强钢轨全寿命管理，统一长钢轨出厂检验内容，铁道部运输局印发了《运基设备[2011]218号》和《运基线路[2011]228号》文件，提出了新的管理要求及技术条件。基于以上原因，对焊轨监控管理系统进行系统化改进已经势在必行。本文将对系统进行全面剖析，并提出升级改进方案。

2、焊轨基本工艺流程介绍：

将专列上的百米轨卸到存轨场；→焊前检查（含镜面检查）。检查待焊钢轨的型式尺寸、表面缺陷、平直度与轨端扭曲量。合格轨进入下道工序，不合格轨隔离存放处理；→配轨。输送线将经检查合格的钢轨进入作业车间；→除锈打磨。对焊机导电钳口区域进行除锈；→焊接。焊机焊接钢轨；→粗磨。去除焊瘤；→正火。进行焊后热处理；→时效。焊接长钢轨进入时效场进行24小时时效；→精矫直。矫直焊接头，使其接头平直度满足精磨要求；→精磨。精磨接头达标；→外观检查。不合格品控制、隔离、储存与返工处理；→探伤。接头焊缝探伤；→合格品入库。合格长钢轨进入成品场；→按施工计划将长钢轨装车发货。

3、原有功能分析

原焊轨基地生产线综合监控管理系统已基本实现了长钢轨生产的信息化管理，能够有效地对长轨生产过程及工艺流程进行了跟踪和监测，将各工位的生产数据进行采集，实现了生产信息的集中化管理和生产质量的可追溯性。但在用户与我们的长期使用和观察中发现了以下问题：

系统无法满足铁道部对钢轨焊前检查数据记录、钢轨焊接型式检验数据记录、钢轨焊接生产检验数据记录等信息的管理新要求；且无法自动生成与打印出厂合格证；

作业车间的焊接线和精整线辊道未进行联动互锁，非控制工位存在安全盲区，设备及辊道流水线作业人员存在安全隐患；

系统功能存在缺陷与不足，包括数据采集不能自动进行，需要人工操作（按工作按钮）。这种采集机制虽然实现了采集的触发条件，却增加了操作的复杂性，而且会因为操作的不熟练导致数据的多采与漏采；系统和网络一旦出现故障，热处理工位数据的采集与保存会发生中断，而且这种数据的中断是不可恢复的，这将导致生产数据的不完整；另外，热处理数据采集的干扰较大，探头温度校准困难，温度采集数据的可信度差。对外防护能力较差，外来的U盘或光盘文件可能带来病毒，导致系统运行速度下降甚至功能失灵；系统虽然采用了电源防雷、光纤传输等措施，但在部分雷电强度较大的地区，还是会发生硬件因雷击损坏的现象，影响了焊轨系统的正常工作。

4、升级功能具体要求

在焊前检查工位实现记录钢轨焊前检查信息，并对每根钢轨进行编码（条形码），在焊接工位焊接时扫描条形码，将母材信息对应于每个焊缝，取代焊接工位的钢轨母材输入，简化焊接工位的操作；焊前检查记录工作独立运行，实现数据采集的本地存放功能，可查看实时焊前检查记录和历史焊前检查记录。同时，可将焊前检查记录上传至服务器，保证焊前检查记录的完整性。

完善钢轨焊前检查、生产检验、型式检验等数据的记录，自动生成长轨出厂合格证，作为全路焊接后钢轨统一的交付凭证。

对GASS80焊机、正火机、精磨机等设备的工作状态实现数据自动采集，无需人工操作采集设备（人工操作方式仍保留）；

辊道线（焊接线和精整线）实现辊道互锁，即辊道线上只要有设备在工作，则辊道无法走行，直到解除互锁；

实现焊接线和精整线数据采集的分离，在网络通道正常的情况下独立运行，精整线数据采集能在焊接线控制采集单元不开启的情况下正常进行采集工作；

热处理记录工作独立运行，实现数据采集的本地存放功能，可查看实时记录和历史记录。能对每条记录按焊缝编号进行历史查询（焊缝编号以铁道部规定的焊缝标识规则进行编号）。同时，可将热处理记录上传至服务器，保证热处理记录的完整性；采集热处理正火过程温度、喷风过程温度和压力的曲线；

实现平直度检测仪器数据接口，满足铁道部许可的设备仪器类型的数据采集；

增加对病毒及外来文件的入侵防护检查，完善硬件配置，提高系统可靠性。

5、解决方案

综合以上需求，必须增加采集单元，并对现有的采集单元进行改造，同时对系统和网络的运行模式进行调整，由原来的集中控制改成集散控制，焊接线和精整线分开控制，各工位独立采集，同时，增加铁道部要求的合格证打印等功能，具体升级方案如下：

在需要独立采集的采集单元采用嵌入式工控机取代人机界面。与人机界面相比，工控机可以提供更好的灵活性，实现了本地化存储，既可以独立工作，也可以在主控模式下工作。采集单元与服务器正常连接时将数据保存在本地和数据库服务器；如果连接不正常，只保存在本地。记录单元启动时自动上传服务器中火数据，也可用人工方式将数据上传至服务器，提高记录的完整性。嵌入式工控机采用了全封闭的一体化无风扇结构，可以在含铁粉尘的高低温环境下长期可靠工作。

增加焊前检查记录单元，实现记录钢轨焊前检查信息，采用的条形码打印机制，将母材信息与条形码关联，焊接工位不再需要人工输入每个焊缝对应的母材信息，只需扫描一下条形码即可，母材信息对应于每个焊缝，取代焊接工位的钢轨母材输入，简化焊接工位的操作；在原有数据的基础上增添了母材质量检查信息，提高了生产线数据的完整性。另外焊前检查记录单元作为一个独立运行的系统，即数据采集系统未使用时也可独立运行，同时数据存放于本地和服务器中，可查看实时焊前检查记录和历史焊前检查记录。可将焊前检查记录上传至服务器，提高焊前检查记录的完整性；

在正火工位，增加热处理记录单元，对采集正火温度、喷风温度、喷风风压进行连续采集，记录变化的曲线。可进行历史查询，每条记录以焊缝编号区分，焊缝编号以铁道部规定的焊缝标识规则进行编号。由于正火工位工频干扰大，必须加强屏蔽措施，防止干扰。增加红外黑体炉，对红外测温探头进行定期校准，保证测温的准确性。

通过采集焊机、正火机、精磨机等设备的工作状态（需用户提供采集接点）来触发数据自动采集，但保留人工启动采集的功能。

增加记录生产检验、型式检验等数据，可对钢轨整体质量更好的管理、追溯；增加自动生成长轨出厂合格证功能，合格证将作为全路焊接后钢轨统一的交付凭证；

增加安装专业的防入侵软件，可以对USB，光驱，网络进行授权管理，确保非经授权的文件进入和拷贝系统，大大提高系统的安全性。在雷区需对网口和串口增加防雷模块，做好接地措施，提高设备的电磁防护等级，保障系统连续运行。

总结

系统经过上述改进后，实现了铁道部的新增要求和焊轨基地的功能需求，焊接线和精整线分开控制，切合实际生产需要，重要工位数据和采集独立完成，克服了故障时数据丢失的问题，操作更加人性化，人机交互更简单，安全性得到提高，系统的可用性也得到提升。目前，该方案已经在各焊轨基地逐步推广，生产管理系统也在部分基地开始安装使用，有效地提高了焊轨基地的工作效率，减轻了生产人员的劳动强度。

参考文献

[1]高速铁路无缝线路钢轨焊接技术的研究周奕上海铁道科技2009年第三期

[2]铁路无缝线路[M].广钟岩、高慧安，北京：中国铁道出版社，2011.

[3]钢轨焊接（厂焊）作业管理细则，济南铁路局工务机械段2007.