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混凝土運(yùn)輸信息化智能控制系統(tǒng)研究論文
摘要:本文聚焦商品混凝土運(yùn)輸環(huán)節(jié)，以信息化數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，闡述了混凝土運(yùn)輸過(guò)程工作性信息化智能控制構(gòu)思與方案，著重研究并分析了混凝土運(yùn)輸過(guò)程工作性信息化智能控制系統(tǒng)構(gòu)成及其工作原理，為混凝土運(yùn)輸過(guò)程的質(zhì)量控制提供技術(shù)支撐，保障工程施工質(zhì)量與安全。
關(guān)鍵詞：混凝土；工作性；運(yùn)輸過(guò)程；信息化；智能；控制系統(tǒng)
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加速，城市土地資源越來(lái)越稀缺，高層乃至超高層建設(shè)成為我國(guó)大中型城市發(fā)展的必然趨勢(shì)［1］，而隨著建筑高度的不斷增加，混凝土輸送難度不斷增大，對(duì)混凝土的品質(zhì)穩(wěn)定性、工作性等方面均提出了更高的要求［2］，混凝土質(zhì)量過(guò)程控制成為建筑業(yè)迫切需求�；炷猎谶\(yùn)輸過(guò)程中由于氣溫、水分蒸發(fā)、骨料吸水、運(yùn)輸時(shí)間、等待時(shí)間等原因，會(huì)造成不同程度的流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失，輕則導(dǎo)致泵送阻力增大，泵送困難，重則引發(fā)混凝土輸送管堵塞，甚至爆管等事故，這給混凝土生產(chǎn)企業(yè)和施工單位帶來(lái)了諸多不便［3］，必須及時(shí)采取有效技術(shù)措施進(jìn)行處理，以免造成安全事故，影響建筑工程的順利進(jìn)行�，F(xiàn)階段控制混凝土流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失主要采取預(yù)處理方法，如采用緩釋型減水劑。但采用緩釋型減水劑對(duì)摻量控制要求高，效果難以把握，摻量不足則效果不明顯，摻量過(guò)大又容易造成現(xiàn)場(chǎng)混凝土離析。與此同時(shí)，在缺乏科學(xué)控制方法的情況下，現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)常采取人為二次加水的方法，這不僅會(huì)導(dǎo)致泵送混凝土離析而堵管，而且會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度，容易造成混凝土質(zhì)量隱患［4］。總體而言，我國(guó)商品混凝土行業(yè)目前普遍存在工作性控制水平低、信息化程度不足、效果不理想等問(wèn)題。為此，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部與工業(yè)和信息化部于2014年聯(lián)合推出了《關(guān)于推廣應(yīng)用高性能混凝土的若干意見(jiàn)》，提出需著重研究混凝土應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，提升混凝土產(chǎn)品質(zhì)量控制水平，加強(qiáng)全過(guò)程質(zhì)量控制，提高工程質(zhì)量等重要意見(jiàn)。因此，實(shí)現(xiàn)混凝土工作性過(guò)程控制（尤其是運(yùn)輸過(guò)程控制）的信息化與智能化轉(zhuǎn)變，確保混凝土質(zhì)量，尤其是工作性能的穩(wěn)定性，提高施工效率，保障施工安全，降低對(duì)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)尤其是超高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的綠色建造，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，已儼然成為混凝土行業(yè)發(fā)展的迫切需求。
1總體構(gòu)思
混凝土拌合物自出廠開(kāi)始，至運(yùn)輸至工程現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)因各種原因造成不同程度的工作性損失，為了使現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌合物工作性恢復(fù)至出廠狀態(tài)，需要完成以下關(guān)鍵兩步：（1）獲取工程現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌合物工作性能指標(biāo)值；（2）針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土拌合物工作性能狀態(tài)，進(jìn)行二次調(diào)整，使其工作性滿足施工要求。
1.1混凝土拌合物工作性指標(biāo)值智能獲取
混凝土攪拌車是將商品混凝土從攪拌站運(yùn)輸至工程現(xiàn)場(chǎng)的重要工具，攪拌罐內(nèi)混凝土拌合物工作性能的優(yōu)劣將對(duì)混凝土攪拌車內(nèi)功率、油耗等工作參數(shù)指標(biāo)值產(chǎn)生重要影響，可以認(rèn)為，混凝土拌合物工作性能越好，混凝土攪拌車工作能耗越低，反之亦然，因此，可以通過(guò)獲取混凝土攪拌車工作參數(shù)，來(lái)掌握攪拌罐內(nèi)混凝土拌合物的工作性能狀況。
1.2混凝土拌合物工作性信息化智能二次補(bǔ)償調(diào)控
以出廠商品混凝土拌合物工作性指標(biāo)為基準(zhǔn)值，針對(duì)不同經(jīng)時(shí)損失后混凝土拌合物工作性能指標(biāo)值，采取二次補(bǔ)償外加劑的措施，分析不同外加劑補(bǔ)償量與混凝土拌合物工作性指標(biāo)恢復(fù)規(guī)律，擬合出相應(yīng)的二次補(bǔ)償曲線方程。其中，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下兩方面技術(shù)措施：（1）外加劑二次補(bǔ)償后，可通過(guò)檢測(cè)不同位置混凝土拌合物工作性能指標(biāo)值，進(jìn)行差異化比較，若三值偏差在允許范圍內(nèi)則表明拌合均勻，否則拌合不均，以此為據(jù)，確定快攪時(shí)間T快及快攪速度V；（2）以外加劑補(bǔ)償量與自動(dòng)化補(bǔ)償開(kāi)關(guān)啟閉時(shí)間之間的內(nèi)在關(guān)系為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)一套依據(jù)補(bǔ)償量指令自動(dòng)控制補(bǔ)償開(kāi)關(guān)啟閉的自動(dòng)化智能補(bǔ)償設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)外加劑的二次補(bǔ)償操作。
2混凝土工作性信息化智能控制系統(tǒng)構(gòu)成及其工作原理
2.1系統(tǒng)構(gòu)成
混凝土運(yùn)輸過(guò)程工作性信息化智能控制系統(tǒng)主要由以下四部分組成，如圖1所示：（1）混凝土攪拌車工作參數(shù)采集單元：用于檢測(cè)混凝土攪拌車功率、油壓等工作參數(shù)，如壓力傳感器等；（2）可編程邏輯控制單元：該單元寫(xiě)入外加劑二次補(bǔ)償預(yù)警及控制方法，其中外加劑二次補(bǔ)償控制方法主要由攪拌車工作參數(shù)與外加劑二次補(bǔ)償量之間方程關(guān)系、外加劑二次補(bǔ)償量與補(bǔ)償開(kāi)關(guān)啟閉時(shí)間之間方程關(guān)系、外加劑二次補(bǔ)償快攪時(shí)間/速度等構(gòu)成；（3）電開(kāi)關(guān)量控制單元：用于控制補(bǔ)償開(kāi)關(guān)的啟閉操作；（4）外加劑二次補(bǔ)償單元：主要由小型泵機(jī)、外加劑桶及外加劑輸送管等部件組成。
2.2系統(tǒng)開(kāi)發(fā)及工作原理
�。�1）針對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)（C30、C35、C40、C50、C60等）、不同坍落擴(kuò)展度（160…mm、170…mm、180…mm等）性能要求，通過(guò)配合比設(shè)計(jì)，制備得到混凝土拌合物，通過(guò)《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T…50080-2002）及《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T…50081-2002）實(shí)測(cè)其初始坍落擴(kuò)展度及28…d抗壓強(qiáng)度指標(biāo)。
�。�2）在混凝土攪拌車上安裝攪拌車工作參數(shù)傳感器（如在油泵上安裝壓力傳感器或壓力表），實(shí)時(shí)檢測(cè)攪拌車工作參數(shù)（如工作油壓P），開(kāi)發(fā)混凝土攪拌車工作參數(shù)采集單元，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并記錄混凝土攪拌車在不同時(shí)點(diǎn)t（0.5…h(huán)、1.0…h(huán)、1.5…h(huán)、2.0…h(huán)、2.5…h(huán)、3.0…h(huán)等）的工作參數(shù)（如油壓值P0.5、P1.0、P1.5、P2.0、P2.5、P3.0），探索不同溫度條件下混凝土拌合物坍落擴(kuò)展度與攪拌車工作參數(shù)（如油壓）之間的映射關(guān)系P=F（S）。
�。�3）以映射關(guān)系P=F（S）為基礎(chǔ)，根據(jù)適合泵送施工的混凝土拌合物坍落擴(kuò)展度范圍（Smin，Smax），確定相應(yīng)適合泵送施工的混凝土攪拌車工作參數(shù)（如油壓）范圍（Pmin，Pmax），形成外加劑補(bǔ)償預(yù)警邊界條件，建立外加劑二次補(bǔ)償預(yù)警機(jī)制，即當(dāng)混凝土攪拌車實(shí)際工作油壓超出泵送范圍時(shí)，發(fā)出外加劑二次補(bǔ)償警告，否則不發(fā)出補(bǔ)償警告。
�。�4）選取某一混凝土攪拌車進(jìn)行外加劑二次補(bǔ)償控制試驗(yàn)，將混凝土倒入攪拌車，并測(cè)量其初始坍落度值，啟動(dòng)攪拌罐體，使其持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直至到達(dá)混凝土運(yùn)輸所需時(shí)間（如2…h(huán)、3…h(huán)）為止，檢測(cè)此時(shí)混凝土坍落度值S0及攪拌車工作參數(shù)值（如油壓P0），通過(guò)外加劑補(bǔ)償單元往攪拌罐內(nèi)逐漸摻入一定量K1的外加劑，并以一定的快攪速度V、快攪時(shí)間T快對(duì)攪拌罐內(nèi)混凝土拌合物進(jìn)行二次補(bǔ)償改良處理，檢測(cè)此時(shí)混凝土拌合物坍落度S1及攪拌車工作參數(shù)值（如油壓P1），若S1小于S0，則繼續(xù)摻入K2的外加劑，并以一定的快攪速度V、快攪時(shí)間T快對(duì)攪拌罐內(nèi)混凝土拌合物進(jìn)行二次補(bǔ)償改良處理，檢測(cè)此時(shí)混凝土拌合物坍落度S2及攪拌車工作參數(shù)值（如油壓P2），若S2小于S0，則重復(fù)上述步驟，直至摻入Kn的外加劑時(shí)，混凝土拌合物坍落度值Sn及攪拌車工作參數(shù)值（如油壓Pn）與初始值S0、Pn誤差在允許范圍內(nèi)，停止補(bǔ)償外加劑，記錄補(bǔ)償前后各階段混凝土攪拌車工作參數(shù)（如油壓）及混凝土拌合物坍落擴(kuò)展度實(shí)測(cè)值、外加劑二次補(bǔ)償量K、攪拌罐快攪時(shí)間T快與快攪速度V，研究外加劑二次補(bǔ)償對(duì)混凝土工作性能恢復(fù)的影響規(guī)律，建立混凝土攪拌車工作參數(shù)（如油壓P）與外加劑二次補(bǔ)償量K之間的關(guān)系K=F（P），形成外加劑二次補(bǔ)償控制機(jī)制。其中：①外加劑補(bǔ)償單元設(shè)計(jì)及工作原理具體如下：在混凝土攪拌車圈梁部位安置小型泵機(jī)，并建立補(bǔ)償量K與泵機(jī)排量Q、補(bǔ)償時(shí)間T補(bǔ)之間的關(guān)系；泵機(jī)上方設(shè)置外加劑桶，用于提供補(bǔ)償用外加劑；泵機(jī)出口處連接外加劑輸送管路入口，外加劑輸送管路出口固定于混凝土攪拌車進(jìn)料口；泵機(jī)與電開(kāi)關(guān)量控制箱連接在一起，當(dāng)接收到電開(kāi)關(guān)量控制箱操作指令時(shí)，泵機(jī)開(kāi)始工作，進(jìn)行外加劑二次補(bǔ)償處理。②快攪時(shí)間T快、快攪速度V及混凝土拌合物均勻度控制方法如下：當(dāng)二次補(bǔ)償操作完成后，以一定快攪時(shí)間T快、快攪速度V快速攪拌攪拌車內(nèi)混凝土，完成后，在攪拌車卸料過(guò)程中，獲取卸料初始、卸料一半、卸料完成時(shí)三處混凝土拌合物，分別檢測(cè)其坍落擴(kuò)展度值，進(jìn)行差異化比較，若三值偏差在允許范圍內(nèi)則表明拌合均勻，否則拌合不均，此時(shí)快攪時(shí)間T快及快攪速度V即為最佳值，否則對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，直至三值偏差在允許范圍內(nèi)為止。
（5）將外加劑二次補(bǔ)償條件（主要包括預(yù)警機(jī)制、控制機(jī)制等）通過(guò)芯片以程序代碼形式寫(xiě)入可編程邏輯控制器，開(kāi)發(fā)可編程邏輯控制單元，接收混凝土攪拌車工作參數(shù)采集單元發(fā)送的工作參數(shù)（如油壓P）數(shù)據(jù)，分析判斷是否需要進(jìn)行二次補(bǔ)償操作以及相應(yīng)的補(bǔ)償量，并通過(guò)電開(kāi)關(guān)量控制箱向外加劑補(bǔ)償單元發(fā)出二次補(bǔ)償操作指令。
�。�6）外加劑補(bǔ)償裝單元根據(jù)電開(kāi)關(guān)量控制箱操作指令，嚴(yán)格控制補(bǔ)償時(shí)間，直至外加劑按時(shí)按量補(bǔ)充完成。
�。�7）待外加劑補(bǔ)充完成后，可編程邏輯控制單元指示混凝土攪拌車以一定的快攪時(shí)間T及快攪速度V對(duì)攪拌罐內(nèi)混凝土拌合物進(jìn)行快攪處理，使二次補(bǔ)償?shù)耐饧觿┚鶆蚍稚⒂诨炷涟韬衔镏校瓿蓪?duì)攪拌罐內(nèi)混凝土拌合物工作性能的信息化智能調(diào)控，使其工作性能滿足泵送施工需要。
3結(jié)論
（1）以信息化、數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)混凝土攪拌車工作參數(shù)采集單元、可編程邏輯控制單元、電開(kāi)關(guān)量控制單元及外加劑二次補(bǔ)償單元等核心部件的研究與設(shè)計(jì)，形成混凝土運(yùn)輸過(guò)程工作性信息化智能控制系統(tǒng)；（2）本系統(tǒng)研究條件的差異性，會(huì)對(duì)外加劑二次補(bǔ)償機(jī)制造成較大影響，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)特別注意不同條件下的差異化處理，以保證本系統(tǒng)的適用性；（3）下一步需對(duì)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行深入細(xì)部處理，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)與工程應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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