壩料智能計(jì)量稱(chēng)重和加水系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

樊 鵬，王 寧

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川成都610066)

1 工程概況

土石壩填筑料工程量大、種類(lèi)多，傳統(tǒng)計(jì)量方式[1- 2]，數(shù)據(jù)收集工程量大，準(zhǔn)確性差。且上壩堆石料需進(jìn)行加水作業(yè)，以提高碾壓質(zhì)量，常規(guī)方法是在壩面通過(guò)布設(shè)水管灑水或?yàn)⑺?chē)灑水，但會(huì)影響填筑正常進(jìn)行且在灑水時(shí)與填筑施工交叉作業(yè)存在較大安全隱患。為了實(shí)現(xiàn)填筑壩料智能計(jì)量稱(chēng)重和自動(dòng)加水改善填筑壩料工程特性，依托長(zhǎng)河壩工程對(duì)相關(guān)工程技術(shù)進(jìn)行研究與應(yīng)用。

長(zhǎng)河壩水電站礫石土心墻堆石壩，最大壩高240.0 m，壩頂長(zhǎng)度502.85 m，頂寬16.0 m，河床覆蓋層深約80 m，大壩總填筑方量約3 300萬(wàn)m3。

2 壩料計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)

2.1 壩料計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)介紹

傳統(tǒng)過(guò)磅稱(chēng)量?jī)H是單純地對(duì)填筑壩料的稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行記錄，計(jì)量人員每班打印相應(yīng)的過(guò)磅數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)向各運(yùn)輸單位進(jìn)行計(jì)量。計(jì)量員每次需要進(jìn)行大量的分類(lèi)篩選工作，施工效率低，且相關(guān)數(shù)據(jù)也僅是作為了計(jì)量依據(jù)，不能有效的進(jìn)行分類(lèi)匯總進(jìn)一步輔助項(xiàng)目管理。計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)主要針對(duì)大壩填筑的壩料實(shí)現(xiàn)稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的自動(dòng)收集、實(shí)時(shí)傳輸、同步整理、以及異常數(shù)據(jù)信息預(yù)警等功能。

2.2 數(shù)據(jù)收集實(shí)時(shí)傳輸

傳統(tǒng)方式需要依靠大量人員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、整理才能得出受人為因素影響的數(shù)據(jù)，精確性大打折扣。通過(guò)對(duì)無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)研究，使其服務(wù)于施工作業(yè)面有關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)收集及自動(dòng)化傳輸[3]，方便管理人員對(duì)有施工作業(yè)有關(guān)的數(shù)據(jù)及時(shí)整理歸存，并以數(shù)據(jù)結(jié)合視頻影像輔助指導(dǎo)完成有關(guān)調(diào)度施工決策等。

礫石土心墻壩填筑具有料種多、填筑量大的特點(diǎn)，所以地泵房面對(duì)的是繁多的運(yùn)輸車(chē)輛，不同地點(diǎn)的料源和不同位置的卸料地點(diǎn)，從而產(chǎn)生大量的過(guò)磅數(shù)據(jù)。以往的過(guò)磅數(shù)據(jù)全部依靠地泵員進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，下班后交給后方管理人員，造成數(shù)據(jù)分析的延后。為了解決這一問(wèn)題，在傳統(tǒng)過(guò)磅方式的基礎(chǔ)上，增加了信息傳輸。地泵房每過(guò)一車(chē)料，信息在存儲(chǔ)至地泵房本機(jī)上的同時(shí)發(fā)送到后方共享電腦上，稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)傳輸示意如圖1所示。后方管理人員可以第一時(shí)間看到過(guò)磅數(shù)據(jù)，隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和整理，從而對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題做出及時(shí)處理。

圖1 稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)傳輸示意

稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，減少數(shù)據(jù)收集的中間環(huán)節(jié)，降低了可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的概率。同時(shí)在每個(gè)地磅房加裝監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)稱(chēng)重車(chē)輛和值班員雙向監(jiān)控。當(dāng)運(yùn)輸車(chē)隊(duì)提出稱(chēng)重車(chē)數(shù)有異常時(shí)，可以通過(guò)調(diào)取監(jiān)控錄像用于比對(duì)。

同時(shí)，獨(dú)立開(kāi)發(fā)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)分析管理軟件，通過(guò)將稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行軟件的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量管理人員可以直觀(guān)的對(duì)違規(guī)稱(chēng)重的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)提取、識(shí)別和判定，有效的避免了車(chē)輛一車(chē)多卡、循環(huán)過(guò)磅等的問(wèn)題，確保了稱(chēng)重信息的準(zhǔn)確性。

2.3 數(shù)據(jù)同步收集整理

系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前技術(shù)人員首先對(duì)計(jì)量稱(chēng)重涉及的運(yùn)輸單位、發(fā)貨地點(diǎn)、收貨地點(diǎn)、壩料品名的邏輯關(guān)系進(jìn)行了梳理，相關(guān)邏輯關(guān)系詳見(jiàn)圖2。系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的目的是在圖中點(diǎn)擊關(guān)系中的任何一個(gè)點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)將這個(gè)點(diǎn)上的關(guān)聯(lián)信息進(jìn)行羅列。比如使用人點(diǎn)擊了過(guò)渡料，并選取一個(gè)時(shí)間段，系統(tǒng)會(huì)總動(dòng)羅列出該料在哪個(gè)發(fā)貨地點(diǎn)供應(yīng)了多少，在哪個(gè)收貨地點(diǎn)接收了多少，哪家運(yùn)輸單位運(yùn)送了多少?lài)嵑投嗌佘?chē)。為確保稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)的完整性，系統(tǒng)預(yù)留手動(dòng)輸入的接口，手動(dòng)數(shù)據(jù)以excel表格的形式導(dǎo)入軟件中，數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件中軟件自動(dòng)與收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合(特殊情況下需要采用手工記錄的稱(chēng)量數(shù)據(jù))。數(shù)據(jù)查詢(xún)的條件有發(fā)貨地點(diǎn)、收貨地點(diǎn)、運(yùn)輸單位和品名，查詢(xún)的要求是能按照條件查詢(xún)到每天、周、月的稱(chēng)量車(chē)數(shù)和過(guò)磅噸位的總和。運(yùn)輸單位信息的錄入編輯具有可修改性，可在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)界面進(jìn)行編輯。

圖2 壩料計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)邏輯關(guān)系

通過(guò)開(kāi)發(fā)在施工管理系統(tǒng)的計(jì)量管理界面可輕松的完成數(shù)據(jù)的分類(lèi)匯總、統(tǒng)計(jì)和查詢(xún)，壩料計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)分類(lèi)查詢(xún)匯總?cè)鐖D3所示。

圖3 壩料計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)分類(lèi)查詢(xún)匯總

2.4 異常數(shù)據(jù)預(yù)警

研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)一開(kāi)始計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)由于系統(tǒng)本身設(shè)計(jì)存在缺陷，主要因?yàn)橄到y(tǒng)識(shí)別車(chē)輛身份是通過(guò)安裝在自卸汽車(chē)的駕駛室玻璃上的無(wú)線(xiàn)射頻卡實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際操作中若一輛車(chē)同時(shí)裝有2張不同的射頻卡，稱(chēng)重系統(tǒng)將識(shí)別2輛車(chē)的運(yùn)輸重量。此外，部分路段施工中檢查發(fā)現(xiàn)過(guò)駕駛員采取循環(huán)過(guò)磅騙取計(jì)量成果的現(xiàn)象。通過(guò)將稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行軟件的統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量管理人員可以直觀(guān)的對(duì)違規(guī)稱(chēng)重的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)提取、識(shí)別和判定，有效的避免了車(chē)輛一車(chē)多卡、循環(huán)過(guò)磅等的問(wèn)題，確保了稱(chēng)重信息的準(zhǔn)確性。稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)分析原理見(jiàn)圖4。

圖4 稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)異常數(shù)據(jù)分析原理

異常數(shù)據(jù)分析的目的在于使用者在系統(tǒng)上設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸噸位后，系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別收集到的過(guò)磅數(shù)據(jù)是否在正常的范圍內(nèi)，并對(duì)地磅的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。主要有以下幾方面要點(diǎn)：

(1)異常數(shù)據(jù)的分析主要是指單車(chē)運(yùn)輸稱(chēng)量數(shù)據(jù)異常的判斷。使用者在系統(tǒng)輸入標(biāo)準(zhǔn)值后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)值自動(dòng)提取過(guò)磅數(shù)據(jù)的異常信息。

(2)系統(tǒng)對(duì)異常數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別的同時(shí)，還能夠?qū)⑦@些異常數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)和保存。

(3)系統(tǒng)要有異常數(shù)據(jù)的提示功能，計(jì)量人員進(jìn)行窗口對(duì)識(shí)別的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行最終的閉合管理，數(shù)據(jù)確為異常，計(jì)量員對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。數(shù)據(jù)是特殊情況下造成進(jìn)行閉合保存。

3 自動(dòng)加水系統(tǒng)

3.1 自動(dòng)加水系統(tǒng)介紹

填筑壩料補(bǔ)水采用壩外式加水，研究設(shè)計(jì)了一種筑壩料自動(dòng)加水系統(tǒng)[4]，并已獲得專(zhuān)利授權(quán)。該系統(tǒng)與壩料計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)有效綁定使用，系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)車(chē)載無(wú)線(xiàn)射頻卡(RFID)自動(dòng)識(shí)別地泵系統(tǒng)測(cè)得的該車(chē)壩料重量，計(jì)算出適宜加水量，并利用液體流量傳感器及電磁閥控制水流開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)智能化加水。系統(tǒng)能夠有效保證加水量，且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、經(jīng)濟(jì)。

3.2 堆石料運(yùn)輸車(chē)輛自動(dòng)加水與監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

在土石壩填筑過(guò)程中，上壩堆石料往往需要進(jìn)行加水作業(yè)。該系統(tǒng)通過(guò)在車(chē)輛上安裝射頻卡，可讀取車(chē)輛編號(hào)、載重等數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算加水量，在車(chē)輛進(jìn)入加水區(qū)后，讀卡器根據(jù)感應(yīng)的車(chē)輛信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加水的統(tǒng)計(jì)，并在電子顯示牌上顯示需加水量、加水狀態(tài)等信息，并將數(shù)據(jù)收集至中心數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。通過(guò)在加水管路上安裝電磁閥門(mén)，可實(shí)現(xiàn)上壩堆石車(chē)輛自動(dòng)加水與監(jiān)控，并統(tǒng)計(jì)加水系統(tǒng)過(guò)車(chē)次數(shù)以及加滿(mǎn)水次數(shù)，計(jì)算加水合格率，若加水不達(dá)標(biāo)或加水未完成，司機(jī)和車(chē)輛不得離開(kāi)加水區(qū)，保證施工質(zhì)量。

4 結(jié) 語(yǔ)

壩料智能計(jì)量稱(chēng)重和加水系統(tǒng)是針對(duì)目前水利水電工程施工現(xiàn)狀研究的，適用于快節(jié)奏、高強(qiáng)度的施工過(guò)程管理。通過(guò)研究形成的主要結(jié)論如下：

(1)研究搭建了壩料計(jì)量稱(chēng)重管理系統(tǒng)和自動(dòng)加水系統(tǒng)的集成平臺(tái)，協(xié)同處理施工業(yè)務(wù)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化遠(yuǎn)程操控，提高了工作效率。

(2)通過(guò)對(duì)壩料稱(chēng)重計(jì)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同步采集、整理與異常數(shù)據(jù)信息的預(yù)警功能的深層開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)收集與智能分析，縮短了管理路徑，提高了過(guò)程管理響應(yīng)速度。

(4)依托計(jì)量稱(chēng)重系統(tǒng)可進(jìn)行系統(tǒng)反算壓實(shí)方的填筑施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)了施工進(jìn)度的實(shí)時(shí)過(guò)程跟蹤，加強(qiáng)了過(guò)程管控。

(5)通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)收集與整理，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵數(shù)據(jù)的快速分析，更有效輔助施工質(zhì)量管理。

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[3] 孫周輝. 數(shù)字大壩系統(tǒng)在長(zhǎng)河壩電站大壩工程中的應(yīng)用[J]. 四川水力發(fā)電, 2015, 34(5): 139- 143+156.

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