高速铁路长轨生产系统方案及应用

5.6.2.1　焊轨生产管理系统结构

（1）焊轨生产管理系统结构

系统整体围绕焊轨工艺流程实现，图5-43展示的是系统整体逻辑业务与工艺流程的关联。

图5-43　系统整体逻辑业务与工艺流程的关联示意图

如图5-43所示，不同工位，在整个工艺过程中负责其各自生产，系统按不同职位或者角色将系统划分为各独立的子系统，各子系统以中心服务器为核心，通过TCP/IP接入中心服务器，完成其对应生产所需数据的录入和采集。系统整体结构如图5-44所示。

图5-44　系统整体结构图

焊轨车间多工艺工位设立一体化工作站与系统服务器进对多点的网络通信：

1）建立无线数据网络系统，采用当前成熟、先进的通信技术，并能较好适应无线数据通信技术的将来发展趋势。

2）网络衔接合理、可靠，确保网络的高效和高可靠运作，保证公司网络的整体性能优化。

3）要充分考虑将来监控的需求，网络要留有充足的传输带宽。

4）本系统主要是根据现有的网络升级，在新增的工作站敷设网络与服务器连通（图5-44）。

图5-45　系统网络结构图

（2）焊轨生产管理系统布置方案

焊轨生产管理系统布置如图5-46所示。

图5-46　焊轨生产管理系统布置方案图

5.6.2.2　功能模块

（1）生产数据采集模块

生产数据采集模块包括登录、焊前检查工位、焊接工位、粗磨工位、热处理工位、时效数据管理、精调数据管理、探伤数据管理等。

1）焊前检查工位。焊前检查时，系统通过扫描器，读入短轨条形码（支持终端输入），同时录入对应的炉号和检查等信息，如钢轨生产厂家、钢轨型号、钢轨牌号、钢轨状态、钢轨速度等级和钢轨长度等信息（图5-47）。

图5-47　读入短轨条形码

此界面可根据日期、炉号等信息进行模糊和具体查询。点击信息维护，可添加钢轨母材检查数据，详细界面如图5-48所示。

图5-48　信息查询

录入对应的检查数据，点击保存即可添加数据。“条形码”项为扫描枪自动添加数据，若不存在条形码，可不输入此项，但焊接、正火等其他工位将无法通过扫描枪读取对应轨条号信息，只能手动输入轨条号采集数据。

2）焊接工位。系统在焊接前，通过扫描枪获取钢轨的基础信息，并自动（支持终端输入）按规则生成编码，将编码数据发送给打标机进行自动雕刻，在焊接过程中采集焊缝对应的压力、电流和位移的信息，生成曲线示意图，方便直观查看和核实焊接信息。在焊接完成后系统自动关联长轨与短轨和焊缝的信息，将操作人员或责任人信息一并录入数据库中心服务器（图5-49）。

图5-49　生成编码

系统可切换到“曲线查询”界面，支持通过轨条号查询对应焊接曲线信息，详细界面如图5-50所示。

图5-50　曲线查询

3）热处理工位。工作前通过扫描条形码，将自动录入“条形码”和“轨条号”数据，在条形码无法扫描情况下，只需输入“轨条号”即可，同时可通过日期查询焊缝，列表中黑色代表“未正火焊缝”，红色代表“已正火焊缝”，点击对应列表信息时，若为“未正火焊缝”，系统将自动在“轨条号”项中输入值，此时表示即将正火焊缝为您选中的接头。

在输入完“轨条号”后，即可开始工作，系统将实时绘制数据曲线，同时系统右上角会显示实时的数据信息。

工作完成后，系统将自动保存数据。若工作前，未输入“轨条号”项，工作完成后，系统将提示请输入有效焊缝信息，此时请您输入“轨条号”项后，点击保存可采集数据，此情况为非正常工作，非特殊情况，请按要求操作数据信息。不在正火工作情况下，可根据日期查询焊缝，点击对应焊缝可查看对应曲线信息。

4）时效数据管理。焊接长钢轨不满足24h时效不入冷线。自动生成入时效场记录信息。进入下道工序时，判定时效时间，特殊情况下允许人工干预继续作业。不合格品不允许流入下道工序。建立入库与出库记录，自动按轨种归类统计生成长钢轨时效数据，通过与入库时间的比较计算长钢轨时效时间，同时以不同颜色区分各种状态，如时效已达24h为绿色，时效未满24h为红色等，直观地查看时效数据。

5）精调数据管理。工作前通过扫描条形码，将自动录入“条形码”和“轨条号”数据，在条形码无法扫描情况下，只需输入“轨条号”即可，同时可通过日期查询焊缝，列表中黑色代表“未精调焊缝”，红色代表“已精调焊缝”，点击对应列表信息时，若为“未精调焊缝”，系统将自动在“轨条号”项中输入值，此时表示您即将精调焊缝为您选中的接头。

在输入完“轨条号”后，即可开始工作，系统将实时绘制数据曲线，每测量一次信息，系统都将显示，工作完成后，系统自动将最后一次测量数据保存。若工作前，未输入“轨条号”项，工作完成后，系统将提示请输入有效焊缝信息，此时请您输入“轨条号”项后，点击保存可采集数据，此情况为非正常工作，非特殊情况，请按要求操作数据信息。不在精调工作情况下，可根据日期查询焊缝，点击对应焊缝可查看对应曲线信息（图5-51）。

图5-51　根据日期查询焊缝

6）探伤数据管理。工作前通过扫描条形码，将自动录入“条形码”和“轨条号”数据，在条形码无法扫描情况下，只需输入“轨条号”即可，同时可通过日期查询焊缝，通过3台探伤仪对钢轨进行数据采集，左右轨底角各1台，分别采集左右轨底角，轨头采用1台探伤仪，3台探伤仪通过数据线连接到计算机。每个探伤仪的探头处加装了一个手动开关，按着开关，开关信号返给计算机，计算机开始采集数据，探伤结束，松开开关，计算机停止数据采集，完成一个探伤过程的记录。

（2）信息管理模块

信息管理模块包括系统登录、生产线管理、焊接、热处理和精调、探伤、型式检验、生产检验、权限管理等。

1）生产线管理。此模块包含焊前、焊接、正火、精调、探伤等工位的数据信息查询和生产检验、型式检验和合格证等功能。

点击左侧树列表可进入对应的功能，详细功能界面如图5-52所示。

焊前检查功能：

图5-52　焊前检查

红色框选中项为模糊智能查询，输入每项的值后，系统将自动列出对应查询信息。点击列表信息，可查询对应端面的数据信息。

2）焊接信息。红色框选中区域为通过日期或编号模糊智能查询焊缝信息，“编号”项可输入轨条号或者是焊缝的标准标号，点击列表信息，可下载对应焊接文件曲线，文件下载完成后，用焊接分析大师可打开对应的文件查看曲线。

3）热处理和精调。红色框选中区域为通过日期或编号模糊智能查询焊缝信息，“编号”项可输入轨条号或者是焊缝的标准标号，点击列表信息，可查看正火工位曲线或精调工位曲线（图5-53）。

图5-53　热处理(www.xing528.com)

4）探伤功能。红色框选中项为模糊智能查询，输入每项的值后，系统将自动列出对应查询信息。

5）型式检验功能。系统进入型式检验报告列表，可通过查询工具栏筛选对应的信息列表，点击编辑可修改或查看对应的相信数据，对应的pdf内容可下载到本地电脑上，通过查看工具查看。点击导出按钮后，可导出对应型式检验的word文档。点击新增按钮，可添加对应的数据，在弹出的对话框如图5-54所示，按要求输入数据后，点击保存，将保存数据到服务器。

图5-54　型式检验

6）生产检验功能。系统进入生产检验报告列表，可通过查询工具栏筛选对应的信息列表，点击编辑可修改或查看对应的相信数据，对应的pdf内容可下载到本地电脑上，通过查看工具查看。点击导出按钮后，可导出对应生产检验的word文档。点击新增按钮，可添加对应的数据，在弹出的对话框如图5-55所示，按要求输入数据后，点击保存，将保存数据到服务器。

图5-55　生产检验

（3）数据处理模块

焊接工艺分析软件包含查看数据、基础信息、焊接曲线、热处理曲线、精调曲线、探伤数据等。

1）焊接曲线。选择长轨下的焊缝编号后，切换导航栏中“焊接曲线”，系统会自动打开软件并加载对应的数据来查看。

焊接分析大师加载的界面见图5-56。

图5-56　焊接分析大师

2）热处理曲线。选择长轨下的焊缝编号后，切换导航栏中“焊接曲线”（图5-57）。

图5-57　热处理曲线

3）精调曲线。选择长轨下的焊缝编号后，切换导航栏中“精调”（图5-58）。

图5-58　精调曲线

4）探伤数据。选择长轨下的焊缝编号后，切换导航栏中“探伤”，双击图标数据文件可下载对应数据到本地电脑，用CTS-9002探伤仪软件可以查看（图5-59）。

图5-59　探伤数据下载

（4）视频及语音系统

1）视频监控升级方式。

A.新增摄像监视点分部。为了扩大现有焊轨基地的安全生产管理监控及安防范围，在既有视频监控的基础上增加13个摄像监视点，分别分布在配轨工位1个、粗磨工位2个、正火工位2个、热调工位1个、时效台2个、精调工位1个、精磨工位2个、外观工位1个、探伤工位1个摄像监视点。

B.新增独立监视屏功能。在焊机1工位、焊机2工位、细磨1工位设立独立监视屏，能够看到当前生产线前后5～6个监视点的图像，提高安全生产的可靠性。

C.新增视频监控调度台和电视监视墙功。在监控室设立一个视频监控调度台和电视监视墙，调度台可操控各主要摄像点，同时能在新设立的电视墙内直观清晰显示和切换，更加方便直观的监控点以对每个监控点进行控制或调节等。

2）语音通话系统。

A.语音对话系统需求分析。随着通信技术综合化、智能化和个人化的发展，实现数据、语音、图像等多种综合业务的网络通信技术已成为当今发展主流。特别是在焊轨厂这样的作业线，在所有工位增加语音通话系统，实现固定岗位的语音沟通，安全生产的保障等级又大大提升。根据焊轨厂工艺要求，语音通话要满足，优先级进行打断通话。目前市场上的对讲系统一般只能实现主机与分机的相互通话，无法实现分机通话的功能。而采用小交换机可以实现任意对讲功能，但操作会复杂，硬件投资成本相对较高。建议使用I P网络的语音通信系统，在每个工位的PC机上增加带通话按钮麦克风和音响，没有声卡的PC机配PCI或USB声卡即可。

B.网络语音通信的基本原理。模拟语音信号经模数转换、编码压缩后，按一定的打包规则将压缩帧封装成IP数据包通过数据网进行传输，在接收端经过数据解压、数模转换复原成话音，从而达到语音通信的目的。混音算法是网络语音通信的关键技术，直接影响语音质量的好坏。混音的基本思想是在各路输入语音流的采样率相同的前提下，对各路语音进行线性叠加。为了保证混音后的语音信号清晰流畅，混音算法必须采用平滑技术消除叠加引起的溢出和失真。溢出现象是由于语音数据表示、范围和精度的限制而产生的，可以通过对语音数据进行滤波处理而消除。具体办法是：分析某个求和语音帧中的所有样本，若样本值超过了器件所能表示的最大范围，那么该样本值之后的所有样本均乘以一个衰减因子f语音包的数据按照比例缩小不会改变语音的音质和内容。同时硬件设计上选用高精度的语音D/A芯片，以保证混音效果。

C.网络语音通信的语音质量分析。语音质量一般由MOS（Mean Opinion Score）来衡量，MOS是一种主观评价方法。在MOS标准中，0代表最差质量，5代表最佳质量。根据ITU-T（国际电信联盟～电信标准化部门）G.114建议，要求：单向延时小于400ins，网络延时抖动小于80ms，网络丢包率小于10%。同时网络丢包率小于5%的条件下，话音质量达到MO S 3.5级以上。

D.网络语音通信的实现。在以上网络语音通信分析的基础上，实现了以PC机为平台的局域网语音通信系统。该系统将用户端的语音数据和控制信号综合到以太网中，通过以太网完成对终端的通信和控制。该系统能实现语音、数据及控制信息的实时可靠传输；采用实时多任务操作系统，完成网络接口、语音数字化以及多路语音混音，实现分布式多用户会议的功能。按照焊轨厂工位设计的规模。若16个用户终端同时工作，网络数据吞吐量约为4Mbps，在100Mbps的以太网上占用4%的网络资源，这样的数据量属于轻负荷范围，不会造成网络拥塞。根据焊轨厂4条生产系，语音通讯根据生产线进行编组，每条生产线的工位为一组，在每一组中组员可根据软件可设定点到点呼叫或点对多点广播呼叫，基于上述分析而实现的网络语音通信系统完全满足语音通信的要求。