摘要：三峡工程作为国家基础建设中的重点项目，也将计算机技术应用到了水电工程施工管理之中。由葛洲坝集团公司与西安交通大学联合研制开发的“混凝土生产输送计算机综合监控系统”，集中体现了计算机综合监控系统在水电工程施工管理过程中所发挥的重要作用。
关键词：计算机；混凝土生产；监控；三峡工程
1 监控系统的设计构思
三峡二期工程混凝土的生产、输送、浇筑系统十分复杂，主要有以下几个特点：①工程量大、工期紧、施工强度高；②施工场面大、立体交叉作业、干扰多；③工序复杂、技术要求高；④施工设备先进、种类多、容量大。尤其是二期工程标段，地处主河床深槽部位，混凝土浇筑强度大，坝体结构复杂，采用了以5台目前世界上最大的塔带机、5条供料线为主要手段的浇筑方式，并通过79、90两个拌和系统，共4座拌和楼向5台塔带机供料。由于同一仓位内存在多种级配和标号的混凝土，浇筑过程中需要频繁切换，因此拌和楼的生产、供料管理十分复杂，极易打错料、供错仓导致供料线间断供料，大幅降低了生产效率。
针对上述矛盾，从1998年底就开始了混凝土生产浇筑系统“—条龙”连续生产的调查研究工作。在这个阶段，完成了“混凝土生产输送计算机综合监控系统”的功能设计和总体结构没计。整个监控系统划分为5个子系统，各子系统分别实现特定的设计功能。在子系统的划分过程中，遵循了以下几项原则：①有利于研究和开发课题的划分，便于相互协作，又便于统一规划；②有利于系统实现，即各子系统相对独立，目标明确；③有利于构成客户机/服务器(C/S)模式的计算机网络系统，便于数据采集和信息交换。
2 系统组成
监控系统5个子系统之间既独立，又相互联系。
2.1 视频监控子系统
本视频监控子系统由三个监控调度室组成：①79系统监控调度室，主要包含有23路视频信号、1台视频矩阵切换器、9台视频监视器、1台视频监控工作站，以及1台长延时录像机、23台视频分配器。②90系统监控调度室，主要包含有22路视频信号、1台视频矩阵切换器、9台视频监视器、1台视频监控工作站，以及一台长延时录像机、1套微波发送设备。③指挥中心监控调度室，主要包含有1台视频矩阵切换器、9台视频监视器、1台视频监控工作站，以及1套微波接收设备。
在视频监控子系统中，79系统监控调度室和90系统监控凋度室分别担负79、90两个拌和系统及相应供料线系统的生产指挥任务，指挥中心监控调度室由这两个监控凋度室传送信号，并担负着全局的生产调度任务。其，79、90系统分别由安装在拌和楼、制冰搂、计量皮带、供料线、塔带机上的视频头采集信号，通过视频电缆送入系统视频矩阵切换器，再按照设定的视频切换流程和顺序在视频监视器中显示，也可以使用视频监控工作站或遥控器直接切换画面。另外，还可以通过长延时录像机和视频监控工作站录制、回放关键画面。79系统通过视频分配器向中心调度室传送视频信号，90系统调度室由于位置较远，采用微波向中心调度室传送视频信号，指挥中心调度室通过视频监控工作站和视频矩阵切换器，进行视频循环显示和实时录像功能。在各调度室的视频控制工作站上，提供实时的声音报警信号，在控制权方面，采用双优先的原则，即双方均有控制权，发生冲突时，局部服从大局。
2.2 混凝土生产过程检测子系统
混凝土生产、运输、浇筑系统涉及大量的施工设备，其中关键设备的工况和状态直接影响施工质量和生产效率。本子系统的任务就是及时准确地将这些关键设备的状态信息(包括设备的工况、启停状态、故障信息等)反馈给工作人员；还可以为定期维修向视现况维修过渡过程提供科学依据。
本系统在混凝土的生产输送浇筑过程中采用“一条龙”运行管理机制。作为“一条龙”的基础数据采集部分，检测子系统主要划分为以下4个模块：①设备运行状态信号检测模块，包括骨料仓、制冰楼、拌和楼、供料线等；②混凝土输送过程可视化检测模块，包括制冷车间、拌和楼、供料线、塔带机等；③“一条龙”温度检测模块，包括一、二次风冷进风口、出风口的温度检测，供料线全段温度检测，入仓口温度检测；④数据库检测模块，包括生产过程检测库、浇筑过程检测库、设备运行状态检测库、温度检测库、异常事件库。
在检测子系统中，一路数据源是由检测机控制现场各个设备的数据采集模块实时采集到的各种数据，另一路数据源是由拌和楼检测机从拌和楼控制机中，通过串口读取的数据。所有的数据在各自的监测机上即可以完成并予以处理。各个检测机通过网络交换数据，实现数据共享，必要时在监测机上显示温度信息、混凝土输送动态画面以及设备运行状态动态画面，并町以在设备运行状态发生异常时，发出报警信号，同时将异常信息写入异常事件库。另外，处理后得到的数据经过网络或串口送到相关检测工作站、网络服务器上，通过服务器将数据分类加载到相应的检测子数据库，监测工作站利用这些数据生成各种现场动态画面。调度工作站和管理工作站利用检测机直接发送来的数据或调用数据库中的数据，完成生产的优化调度和日常管理工作。
2.3 生产管理与决策子系统
混凝土生产管理与决策子系统主要由以下10个模块组成：①生产管理模块，完成生产计划编制与调整；②成本管理模块，完成生产成本分析与经济核算；③设备管理模块，完成设备维修计划编制与管理；④人事管理模块，完成劳动力管理与任务分配；⑤经济活动分析模块，完成劳动生产率分析与考核；⑥事故管理模块，完成事故分析管理与应急处理；⑦辅助决策模块，完成生产优化决策；⑧文档管理模块，完成文件资料管理与信息服务；⑨显示打印模块，完成数据显示与报表输出打印；⑩系统管理模块，完成用户管理与权限设置。
2.4 混凝土生产运输作业优化调度子系统
本系统主要完成由仓位设计生成作业规划、信息反馈和最优化调度等功能，使混凝土生产运输作业达到连续、优化、安全的目的。塔带机下料筒定位系统根据浇筑仓位的原始资料信息和塔带机位置信息，对塔带机的下料胶带筒进行定位，确保混凝土级配和仓号对号入座；混凝土在线方量统计计算模块根据安装在供料线上的皮带机电子秤，在线检测统计已经浇筑的方量和供料线上的混凝土方量，同时，根据仓位所需的混凝土方量，计算出拌和楼还需要生产的方量。
子系统的设计采用人机对话方式的输入输出界面，通过简洁的实时输入，迅速在应用界面上得到准确的操作结果。实现内容包括：接受来自数据库的仓位设计信息和主业务的周、日作业规划；自动生成工作日志；接受来自检测工作站的实时检测信息和来自仓面的调度人员发出的作业调整信息；塔带机下料筒定位；混凝土在线浇筑方量统计。
在这个子系统中，可以根据指挥部下达的生产计划和存储在数据库中的仓位设计信息，生成主业务的周、日作业规划，通过项目部的生产调度指挥中心，将分解后的生产作业计划下达到生产车间、队厂；本系统还通过设备运行状态检测系统和温度一条龙检测系统向生产车间、队厂以及生产调度指挥中心传送检测数据。另外，调度指挥中心通过在线方量统计和温度检测信息显示，将优化调整后的生产调度指令下达到生产车间。在生产调度指挥过程中，浇筑过程指挥人员根据塔带机下料筒定位系统和现场调度人员的应急指令，对作业计划进行调整，以实现安全生产。
2.5 网络与数据库子系统
监控系统中，网络与数据库子系统提供系统资源共享环境和信息交互平台。网络系统在数据库选型时考虑了数据量大、支持C/S模式的特点，最终选用了Sybase大型关系型数据库系统，同时采用PowerBuilder作为应用开发平台。
根据现场实际情况，网络及数据库子系统分为3个部分：①79系统，包括基于Ethernet总线的通讯模块，基于RS-485远程串行通讯模块，基于Modem的远程连接访问模块，基于FieldBus连接的现场数据接收模块；②90系统，模块组成与79系统类似；③指挥中心，包括中心调度模块和基于Modem的远程连接访问模块。3个部分独立组网，同时，79系统与指挥中心，90系统与指挥中心之间存在互连。由于79、90拌和系统都有自己的生产系统和指挥调度系统，因此混凝土的生产、输送、浇筑由本系统的调度室指挥进行，但是涉及到两个系统之间的事物时，则由指挥中心进行协调。
在这个子系统中，79系统、90系统分别通过系统内的以太网，传送、交换、共享来自拌和楼、供料线、塔带机的检测数据，对生产数据进行分类汇总，经过分析计算生成报表，通过Modem远程连接访问服务模块传到指挥中心。
3 应用成果
“混凝土生产输送浇筑过程计算机综合监控系统”对生产指挥起到了重要作用，主要体现在以下几方面：
3.1 强化了科学管理
本系统对混凝土生产、输送、浇筑过程的每一个环节进行监督，包括生产任务分配、作业进度、交接班、设备使用情况，以及生产中的异常情况等进行记录，同时利用计算机对各种与管理相关的数据进行统计分析，并提供优化的决策方法和分析工具，从而为领导决策提供准确资料和科学依据。
3.2 提高工程质量，促进安全生产
通过实时监控，切实保证了生产过程按照标准工艺规范实施，从而确保工程质量达到优良。计算机监控系统还将所有关键工艺及运行参数实时记录和整理，为工程技术人员分析生产质量事故原因提供第一手资料。同时，关键部位的异常情况也得到了实时监控，对于关键设备进行安全保护，使设备运行安全得到保证。对于设备的实时检测，也为设备维修工作提供了重要基础数据，使设备维修计划更加合理，既减少了备品、备件的积压和浪费，又延长了设备的使用寿命。
3.3 提高了生产效率和经济效益
本系统通过实时检测，在一定程度上实现了自动化管理，在保证生产质量的前提下，减少了不必要的人、材、物投入，减少了人为失误造成的停工停产，有效地提高了生产效率。同时，通过科学管理，优化调度，大大降低了混凝土的生产、输送、浇筑
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