基于鐵路混凝土拌合站的RTCSPB研究

劉德輝，張興旺，郎祎

（中鐵四局集團(tuán)第四工程有限公司，安徽 合肥 230041）

1 目前混凝土拌合站管理現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)，拌合站粉料罐料位測(cè)量一直是一個(gè)難以解決的技術(shù)問(wèn)題。隨著環(huán)境保護(hù)和綠色施工要求的提高，水泥、粉煤灰等粉劑在進(jìn)入儲(chǔ)料罐和計(jì)量過(guò)程無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)量和確定存儲(chǔ)位置，易造成揚(yáng)塵污染和材料浪費(fèi)的現(xiàn)象。目前國(guó)內(nèi)使用的料位顯示系統(tǒng)一般采用重錘式、電容式、微波式或超聲波等形式。這些料位指示方式都存在無(wú)法連續(xù)實(shí)時(shí)測(cè)量、測(cè)量誤差較大、成本過(guò)高、不易維護(hù)等缺陷。由于各類粉劑進(jìn)料時(shí)，只能通過(guò)前期過(guò)泵稱重計(jì)量，材料儲(chǔ)料罐內(nèi)不能直接顯示存儲(chǔ)信息，存在一定的計(jì)量偏差。

在物資管理方面，各部門之間交流信息不及時(shí)、不通暢，致使原材料進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)周期較長(zhǎng)，造成工期延長(zhǎng)，增加成本，影響施工生產(chǎn)進(jìn)度。為解決施工過(guò)程中出現(xiàn)的此類問(wèn)題，文章依據(jù)先進(jìn)的RTCSPB相關(guān)系統(tǒng)管理理念，從拌合站粉劑進(jìn)場(chǎng)、檢測(cè)、存儲(chǔ)、使用、剩余及追溯等方面提出相關(guān)研究辦法。

2 RTCSPB原理

RTCSPB即 Real time control system of powder bin，譯為粉料倉(cāng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由粉料倉(cāng)進(jìn)口電子門禁、貼片式料位傳感器和實(shí)時(shí)傳遞信息元幾個(gè)主要部分組成。RTCSPB由以下演算而來(lái)：數(shù)字PID控制表示比例—積分—微分控制，如下圖：

圖1 PID調(diào)節(jié)器的方框圖

調(diào)節(jié)器的輸出與輸入之間為比列—積分—微分的關(guān)系，即：

或者

若以傳遞函數(shù)的形式表示

式中：

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用的是數(shù)字PID調(diào)節(jié)器，就是對(duì)式（1）離散化，離散化時(shí)令：

式中T是采樣周期，k為采樣序號(hào)。顯然，上述離散化過(guò)程中，采樣周期T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。由式（1）及式（4）得：

數(shù)字PID可分為位置式PID、增量式PID。式（5）是位置式PID算法。位置式PID數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出u（k）是全量輸出，是執(zhí)行機(jī)構(gòu)所應(yīng)達(dá)到的位置。

增量式PID是對(duì)位置式PID式（5）取增量，數(shù)字調(diào)節(jié)器的輸出只是增量Δu(k)。

或者表示成

增量式算法的優(yōu)點(diǎn)：①計(jì)算機(jī)只輸出增量，計(jì)算機(jī)誤動(dòng)作時(shí)造成的影響較小；②手動(dòng)—自動(dòng)切換的沖擊小；③算式中不需要作累加，增量只跟最近的幾次采樣值有關(guān)，由于式中無(wú)累加，消除了當(dāng)偏差存在時(shí)發(fā)生積分飽和的危險(xiǎn)。

3 RTCSPB在混凝土拌合站的應(yīng)用

將拌合站粉劑儲(chǔ)料罐在傳統(tǒng)管理模式上結(jié)合現(xiàn)代信息，以儲(chǔ)料罐為載體、RTCSPB實(shí)時(shí)監(jiān)管模式、信號(hào)數(shù)據(jù)傳播路徑為基礎(chǔ)，將拌合站、物資、試驗(yàn)各部門等串聯(lián)銜接成整體?，F(xiàn)將在混凝土拌合站應(yīng)用管理項(xiàng)目具體說(shuō)明。

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)控及計(jì)量系統(tǒng)

儲(chǔ)料罐四個(gè)支腿上安裝貼片式料位傳感器。傳感器以紅外線感應(yīng)測(cè)量為基礎(chǔ)，垂直附著在粉料倉(cāng)的某一方向。它的原理：貼片式料位傳感器可以將儲(chǔ)料罐在垂直方向通過(guò)紅外線切割成多個(gè)薄片，每個(gè)薄片是一定重量的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)薄片位移反映出其粉劑存儲(chǔ)數(shù)量和存儲(chǔ)位置，并且每個(gè)料位傳感器唯一對(duì)應(yīng)儲(chǔ)料罐具體位置。通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置計(jì)算公式實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換、更新、傳遞數(shù)據(jù)至手機(jī)或者計(jì)算機(jī)終端上，且可以實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。增加附屬功能：

①在系統(tǒng)中編輯預(yù)警程序，當(dāng)儲(chǔ)料罐內(nèi)剩余量小于設(shè)計(jì)最小剩余量時(shí)，會(huì)通過(guò)系統(tǒng)及實(shí)時(shí)短信預(yù)警提醒，相關(guān)部門管理人員及是項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可及時(shí)獲取信息；

②儲(chǔ)料罐進(jìn)料口處安裝電子門禁，并與RTCSPB掛接，在進(jìn)料時(shí)，可以實(shí)時(shí)反映出進(jìn)料時(shí)間和數(shù)量，并關(guān)聯(lián)手機(jī)APP或者系統(tǒng)終端等，并可完成信息進(jìn)行收集、匯總、處理等功能。

3.2 多領(lǐng)域信息交互

粉劑在儲(chǔ)料罐內(nèi)不同階段的數(shù)量及消耗在終端均可追溯，可做實(shí)時(shí)監(jiān)控及材料動(dòng)態(tài)、追溯、消耗分析。物資委托、試驗(yàn)檢測(cè)、報(bào)告時(shí)效性都可以通過(guò)此系統(tǒng)解決。粉劑進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)合格后，出具合格報(bào)告RTCSPB系統(tǒng)上實(shí)時(shí)提示，顯示界面體現(xiàn)位置、存儲(chǔ)數(shù)量及存儲(chǔ)位置，顯示顏色從紅色變成綠色，管理人員及時(shí)區(qū)分材料狀態(tài)。材料使用在具體部位可根據(jù)拌合站拌和信息體現(xiàn)，物資追溯清晰明了。每月度、季度物流核算時(shí)，只需將其系統(tǒng)內(nèi)的匯總表格按照每天、每個(gè)施工位置打印出來(lái)即可，方便物資管理和核算。各個(gè)信息節(jié)點(diǎn)是否通暢，可以通過(guò)系統(tǒng)及時(shí)預(yù)警提示，方便管理者后臺(tái)查閱和監(jiān)督，有效提高生產(chǎn)效率。

圖2 系統(tǒng)界面、各部門協(xié)助關(guān)系圖、電子門禁裝置

4 總結(jié)及未來(lái)構(gòu)思

結(jié)合RTCSPB的信息化管理的理念，將傳統(tǒng)混凝土拌合站控制方法中難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)用精準(zhǔn)計(jì)量和過(guò)程控制有效結(jié)合起來(lái)，并采用三層優(yōu)化控制和兩級(jí)管理方法，將信息化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、電子信息傳輸技術(shù)等應(yīng)用其中，適應(yīng)了現(xiàn)代企業(yè)管理的發(fā)展方向。它將封閉不可見(jiàn)的粉料倉(cāng)模擬可視化，實(shí)時(shí)觀察粉料的檢測(cè)及消耗情況，減少項(xiàng)目管理的人員投入，降低了誤差的產(chǎn)生，杜絕了粉料錯(cuò)倉(cāng)卸料和原材料未檢先用，提高了各部門之間工作銜接效率。

在未來(lái)混凝土拌合站的管理中，RTCSPB的應(yīng)用和革新將不斷完善系統(tǒng)架構(gòu)和應(yīng)用規(guī)模，從無(wú)人化作業(yè)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、信息透明化、操作極簡(jiǎn)化、追溯流程化等方面突破，借鑒各行業(yè)成熟信息化管理經(jīng)驗(yàn)，使得混凝土管理系統(tǒng)進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。