論工程混凝土攪拌站技術(shù)現(xiàn)狀及信息化發(fā)展趨勢

楊小兵

（中鐵五局集團(tuán)第五工程有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410100）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對出行效率的要求越來越高。為了滿足人們的出行需求，我國建成了世界上最大的高速鐵路網(wǎng)絡(luò)，并且在未來還會繼續(xù)提速。高性能混凝土在鐵路建設(shè)中的應(yīng)用，充分發(fā)揮了它的高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的優(yōu)勢，同時也對高性能混凝土的生產(chǎn)設(shè)備——工程混凝土攪拌站提出了更高的技術(shù)要求。因此，迫切需要推進(jìn)攪拌站技術(shù)升級，解決精度問題和效率問題，不斷創(chuàng)新管理手段與信息化的應(yīng)用，減少環(huán)境影響，有效保障施工工期和主體工程安全。

2 高精度技術(shù)

目前，工程混凝土攪拌站使用的國家標(biāo)準(zhǔn)是《建筑施工機(jī)械與設(shè)備混凝土攪拌站(樓)》（GB 10171-2016），各種物料的動態(tài)計量精度在等于或大于稱量30%量程內(nèi)單獨(dú)配料或累計配料稱量應(yīng)符合以下要求：骨料（約定）真值的±3%；水、水泥（約定）真值的±1%；摻和料、外加劑（約定）真值的±2%。鐵路混凝土各種原材料允許計量偏差要求更嚴(yán)格，攪拌站采集終端必須具備斷網(wǎng)續(xù)采并緩存數(shù)據(jù)的功能，物料計量偏差采用分級管控，所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)需上傳到信息化平臺。

2.1 混凝土骨料計量精度

由于天然砂資源越來越緊張，機(jī)制砂的使用較為普遍。在實(shí)際生產(chǎn)中，各種砂的細(xì)度模數(shù)、含粉量、含泥量不同，導(dǎo)致砂的流動性也不同。砂、石骨料配料過程中，由于流動速度不穩(wěn)定，落差就會出現(xiàn)波動，砂和石骨料的計量也會出現(xiàn)波動，甚至在配料過程中出現(xiàn)砂骨料不下砂的現(xiàn)象。為此，研發(fā)人員經(jīng)過深入研究，首先研制出一套低頻振動均化裝置，有效地解決了下砂難或不下砂的問題。同時研發(fā)了“三檔三速卸料技術(shù)”，根據(jù)不同的配料量采用不同的卸料方式，如當(dāng)砂、石骨料配料量為2 000kg時，采用“先開大閘門，后開小閘門”的配料方式；當(dāng)砂用量為400kg時，則采用“開小閘門+脈動補(bǔ)料”的配料方式。此外，攪拌站控制軟件對砂石的實(shí)際卸料速度進(jìn)行監(jiān)測，通過大數(shù)據(jù)算法自動總結(jié)出使用的砂、石骨料的卸料流速，并對稱量落差值（即提前量）自動調(diào)節(jié)。如生產(chǎn)過程中調(diào)用不同種砂時，軟件又自動執(zhí)行上述操作，從而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)計量。

2.2 混凝土粉料計量精度

粉料主要采用筒倉儲存，由于粉料秤與螺旋輸送機(jī)、攪拌主機(jī)等裝置連接，又與骨料待料斗相鄰，因此，供料速度、氣壓、拉秤、鋼結(jié)構(gòu)形變等都會影響粉料的計量精度。為了提高粉料的計量精度，首先需控制螺旋輸送機(jī)的供料速度。這里有一個效率與精度的矛盾：當(dāng)生產(chǎn)效率要求較高時，螺旋輸送機(jī)的供料速度要快；而為保證計量準(zhǔn)確，螺旋輸送機(jī)的供料速度要慢。為了解決這個矛盾，必須采用大小螺旋輸送機(jī)（子母螺旋輸送機(jī)）組合方式。在計量值的90%前部分均采用大螺旋輸送機(jī)快速輸送，后面10%部分轉(zhuǎn)為小螺旋輸送機(jī)進(jìn)行補(bǔ)料。在這個轉(zhuǎn)換過程中，攪拌站控制軟件的程序會根據(jù)混凝土配料通知單中不同粉料的用量設(shè)計大小螺旋輸送機(jī)的工作分配或落差參數(shù)。同時，在螺旋輸送向粉料秤斗內(nèi)供料時，秤斗內(nèi)的空氣應(yīng)及時排出，與秤斗下料口相連的主機(jī)內(nèi)腔壓強(qiáng)應(yīng)與外界大氣壓保持一致，避免拉秤或托秤，影響粉料的計量精度。此外，在計量粉料時，為了提高配料速度，粉料與骨料需同時配料和投料，由于砂、石骨料的用量大，以3方攪拌站為例：砂、石骨料用量將近6 000kg，當(dāng)砂、石骨料沖入待料斗內(nèi)時，可能引起其支撐鋼平臺向下形變，這個形變會影響旁邊粉料秤秤架的變化，這樣，粉料秤的3個傳感器就不會在同一個平面上，計量秤失準(zhǔn)，造成實(shí)際物料用量比秤體顯示值大，因此，工程混凝土攪拌站應(yīng)加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的剛性或提高鋼材的型號，甚至采用不易偏載的拉式傳感器替代壓式傳感器。試驗(yàn)結(jié)果表明：采用上述方案，3方攪拌站的粉料計量絕對誤差值可以控制在0.5%以內(nèi)，完全滿足高速鐵路混凝土原材料計量精度要求。

2.3 混凝土用水計量精度

水的流動性相對穩(wěn)定且波動小，容易計量準(zhǔn)確，但由于制砂或采砂場都是露天存放砂石，因此，受天氣影響，不同批次砂的含水率也不一樣。為了解決這個問題，技術(shù)人員嘗試用砂含水率測量儀測量含水率，即在砂的下料斗內(nèi)安裝含水率測量儀，如圖1所示。但由于砂在斗體內(nèi)不同位置的含水率不一樣，同時，這種接觸式的含水率測量儀上極易黏結(jié)砂粒，因此，使用效果一直不好。目前，國內(nèi)工程機(jī)械龍頭公司的攪拌站智能化研發(fā)小組研發(fā)了非接觸式微波含水率檢測儀，如圖2所示，它直接安裝在輸送皮帶上部，當(dāng)輸送皮帶機(jī)上有砂通過時，檢測儀不用接觸砂就可直接探測出砂的含水量，測量結(jié)果受干擾小、準(zhǔn)確率高，并將含水率檢測數(shù)值導(dǎo)入攪拌站軟件控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控水。

圖1 含水率測量儀

圖2 微波含水率檢測儀

3 高效攪拌技術(shù)

攪拌主機(jī)是攪拌站的核心部件，近年來，攪拌技術(shù)不斷創(chuàng)新，研制出了新一代雙螺帶臥軸攪拌主機(jī)。與傳統(tǒng)攪拌主機(jī)相比，內(nèi)外螺帶葉片實(shí)現(xiàn)靠近攪拌軸的物料與靠近罐壁的物料徑向逆流，從而增加物料之間的碰撞和揉搓，獲得最佳的混凝土攪拌均質(zhì)性，提高攪拌質(zhì)量；采用最新的攪拌主機(jī)除塵技術(shù)和罐內(nèi)視頻監(jiān)控技術(shù)，可實(shí)時監(jiān)控攪拌主機(jī)內(nèi)混凝土的攪拌狀態(tài)。后續(xù)可采用AI圖像識別技術(shù)或其他坍落度檢測儀器，確定攪拌均質(zhì)最佳攪拌時間，以節(jié)省攪拌時間，提高工程混凝土攪拌站生產(chǎn)效率。還可以根據(jù)不同的混凝土配方要求或地域、外部溫度、外加劑反應(yīng)時間等因素，結(jié)合攪拌主機(jī)變頻技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速攪拌，大大降低工程成本。

4 智能化控制技術(shù)

通過對工程混凝土攪拌站工況進(jìn)行分析，開發(fā)智能化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)少人化甚至無人化的混凝土生產(chǎn)。

4.1 一機(jī)雙控技術(shù)或一機(jī)多控技術(shù)

打破現(xiàn)有雙站控制系統(tǒng)互相獨(dú)立、互不關(guān)聯(lián)的壁壘，采用智慧互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、自學(xué)習(xí)等手段，開發(fā)攪拌站一機(jī)雙控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能下單、一機(jī)多控、雙機(jī)同步、雙站協(xié)同等功能；一臺電腦可同時控制兩臺攪拌主機(jī)的生產(chǎn)；當(dāng)工控電腦出現(xiàn)故障時，可一鍵切換至備用電腦“無縫”生產(chǎn)，極大地提高了生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。在工程施工中，可將幾座攪拌站組成攪拌站群，利用一機(jī)多控技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物料智能管理系統(tǒng)、運(yùn)輸車輛GPS定位系統(tǒng)、ERP管理系統(tǒng)、健康診斷系統(tǒng)無縫集成，構(gòu)建拌和站大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一鍵下單，智能分配并支持不同任務(wù)單、不同配合比的連續(xù)生產(chǎn)及不間斷配料。一人可以操作多臺攪拌機(jī)組，大幅降低了生產(chǎn)成本。當(dāng)然，一機(jī)多控技術(shù)不是簡單地將幾臺攪拌機(jī)組的操作手集中在某一個拌和站，實(shí)現(xiàn)這一功能的基礎(chǔ)是提高軟件的一機(jī)多控技術(shù)和拌和站智能化水平。

4.2 預(yù)測性維護(hù)技術(shù)

預(yù)測性維護(hù)技術(shù)是對設(shè)備實(shí)時監(jiān)測，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，提前感知設(shè)備故障，而且可以遠(yuǎn)程服務(wù)，提前排查故障隱患，使維護(hù)更加智能化，運(yùn)行更加可靠，這比日?；蚨ㄆ谶M(jìn)行的維保更能降低成本。我們可以在攪拌機(jī)組的關(guān)重件（如攪拌主機(jī)、皮帶輸送機(jī)、螺旋輸送機(jī)）加裝各種傳感器，采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過對運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)故障、齒輪箱故障、攪拌主軸故障、軸承故障、基礎(chǔ)類故障等早期故障系統(tǒng)提供預(yù)警功能以及對關(guān)重件健康狀態(tài)的評估，智能識別關(guān)鍵設(shè)備的早期故障，合理安排檢修，減少停工損失，預(yù)測結(jié)果可通過網(wǎng)頁或手機(jī)端推送。

4.3 設(shè)備健康管家系統(tǒng)

傳統(tǒng)的工程混凝土攪拌站一般采用定期維護(hù)、故障后維修的模式，且對攪拌站各零部件的健康狀況沒有量化指標(biāo)。如果在生產(chǎn)高峰期出現(xiàn)故障導(dǎo)致停產(chǎn)，會大幅降低生產(chǎn)效率。一些關(guān)重件需要維護(hù)人員定期檢查，但維護(hù)保養(yǎng)工作缺乏針對性，維護(hù)效率較低。通過檢測輸送機(jī)、水泵、外加劑泵的進(jìn)料速度、累計工作時間、累計輸送量，利用數(shù)據(jù)分析算法評估設(shè)備的健康指數(shù)，提前預(yù)警故障。

故障預(yù)測：監(jiān)測輸送機(jī)、泵、卸料門的生產(chǎn)工況，評估健康指數(shù)，提前預(yù)警故障。

維護(hù)智能提醒：分析各零部件的生產(chǎn)工況及異常報警次數(shù)，智能提醒維護(hù)時間。

攪拌機(jī)組的健康評估：對精度、效率等進(jìn)行分析，提供生產(chǎn)建議。

4.4 智能回溯技術(shù)

智能回溯技術(shù)通過設(shè)備外掛方式，結(jié)合數(shù)字視頻設(shè)備的硬件模塊和信號控制軟件模板，實(shí)現(xiàn)對包括控制系統(tǒng)桌面在內(nèi)的各生產(chǎn)界面的實(shí)時監(jiān)控和歷史回溯，不占用系統(tǒng)資源，不影響生產(chǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)報表與錄制文件的關(guān)聯(lián)查詢，生產(chǎn)過程全景追溯，生產(chǎn)爭議查證有據(jù)，操作便捷，穩(wěn)定可靠，引領(lǐng)企業(yè)精細(xì)化管理升級。

4.5 設(shè)備遠(yuǎn)程升級技術(shù)

技術(shù)是不斷更新的，為了使先進(jìn)的技術(shù)能夠快速地更新和使用，軟件必須具備遠(yuǎn)程升級技術(shù)。系統(tǒng)遠(yuǎn)程升級技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，通過搭載ECC云服務(wù)平臺，利用SBOX進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)工程混凝土攪拌站程序遠(yuǎn)程升級；升級過程操作簡單、穩(wěn)定可靠。

5 高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)

一座高標(biāo)準(zhǔn)的工程混凝土攪拌站必須具有良好的環(huán)保性能。

（1）必須保證粉料儲倉內(nèi)粉塵不外冒。粉料儲倉的粉塵外冒一般有兩個原因：一是倉頂除塵器的過濾能力不足；二是向粉料儲倉輸送粉料時，粉料已滿倉而輸料仍在繼續(xù)。解決的方案是：選擇過濾能力強(qiáng)的脈沖反吹倉頂除塵器，按目前粉粒物料運(yùn)輸車的粉料輸送能力，與之匹配的收塵機(jī)過濾面積要求在24m2以上。因此，宜選用過濾面積大于24m2的收塵機(jī)，且脈沖反吹倉頂除塵器必須帶強(qiáng)制清灰功能，以保證在使用過程中過濾能力不會降低，同時實(shí)時監(jiān)測粉料儲倉內(nèi)的壓力，當(dāng)收塵機(jī)過濾能力不足時，倉內(nèi)壓力升高，壓力計就會報警。此外，應(yīng)增加粉料儲倉料位檢測，實(shí)時監(jiān)測粉倉內(nèi)的料位。目前，最先進(jìn)、最準(zhǔn)確的方法是在粉料儲倉支柱上加裝應(yīng)變式壓力傳感器，具有物聯(lián)物通、實(shí)時采集、實(shí)時監(jiān)控的功能。

（2）粉塵點(diǎn)是站內(nèi)的砂石骨料儲備場，可采用水霧噴淋系統(tǒng)，它是集手自一體化控制系統(tǒng)、噴槍、電磁閥、伺服泵和其他輔助部分于一體的系統(tǒng)。水霧噴淋系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)對高粉塵濃度環(huán)境中的噴霧降塵，操作設(shè)置極為方便，根據(jù)粉塵濃度傳感器采集到的粉塵濃度數(shù)據(jù)控制噴淋水泵的啟閉，實(shí)現(xiàn)無人值守運(yùn)行，對現(xiàn)場噴霧降塵自動化控制。

（3）環(huán)保型攪拌站內(nèi)應(yīng)配置廢水廢料回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)零排放。采用旋風(fēng)分離器將漿水中的細(xì)砂顆粒全部分解回收，保證細(xì)小顆粒含水率低于1%，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動清洗攪拌運(yùn)輸車罐體內(nèi)部，砂石自動分離、漿水自動攪拌均勻，砂石、廢水循環(huán)再利用，減少清水使用量?；厥蘸蟮臐{水無需再進(jìn)行三級沉淀處理，省去了清淤、排淤過程，分解出來的原材料可用于臨時設(shè)施的混凝土生產(chǎn)，真正實(shí)現(xiàn)零排放，并為企業(yè)節(jié)省成本。

6 結(jié)語

面臨激烈的市場競爭，施工企業(yè)要生存發(fā)展，就必須提高競爭力，運(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)手段降本增效，施工過程中加強(qiáng)信息化管理，自動優(yōu)化資源配置，減少人員、設(shè)備投入，從而降低施工成本。而工程混凝土攪拌站的最大特點(diǎn)是地處偏遠(yuǎn)山區(qū)、項(xiàng)目工程分散，混凝土供應(yīng)為隧道、橋梁、路基等線性工程，施工作業(yè)面點(diǎn)多線長、生產(chǎn)方量大、混凝土性能要求高、配送及時。傳統(tǒng)的工程混凝土攪拌站主要為多個崗位人員利用電話指揮協(xié)同管理，人工費(fèi)占比較高。

為了提高攪拌站的工作效率，加強(qiáng)攪拌站和施工現(xiàn)場的銜接與溝通，解決傳統(tǒng)攪拌站可能存在的原材料未檢先用、配合比施工不能嚴(yán)格執(zhí)行、生產(chǎn)消耗統(tǒng)計困難，混凝土申請、生產(chǎn)、施工信息不暢，分項(xiàng)工程實(shí)際用量不清楚等問題，應(yīng)用“攪拌站ERP信息系統(tǒng)”可以接收原材料進(jìn)場、取樣送檢、試驗(yàn)檢測、生產(chǎn)任務(wù)單下達(dá)、審核審批、施工配比關(guān)聯(lián)、混凝土拌制、物資消耗統(tǒng)計、庫存材料動態(tài)顯示等關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。然后依托物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、超級計算機(jī)建立云端大數(shù)據(jù)管理平臺，形成“終端+云端+大數(shù)據(jù)”的業(yè)務(wù)體系和新的管理模式，建立智慧工地綜合管理平臺，打通從一線操作與遠(yuǎn)程監(jiān)管的數(shù)據(jù)鏈條。通過“攪拌站ERP信息系統(tǒng)”建設(shè)，降低現(xiàn)場管理成本，降低施工事故發(fā)生率，使施工單位、業(yè)主、政府、企業(yè)等各級管理部門及時準(zhǔn)確地了解工地現(xiàn)場情況，有效提高項(xiàng)目管理和現(xiàn)場管理的效率。