高速公路构件制造中心智能化控制系统研究

总490/491/492期

2019年第04/05/06期（2月）

0 引言

目前我国高速公路在建设过程中对工程施工进度质量安全的管理模式基本以相关人员到场检查、检测、监督为主的方式，如何提高工程建设管理水平和监管力度，尽量避免因事后检査不合格返工而造成的资源浪费和工期延误，是长期以来困扰各个建设单位的难题。而在云计算、物联网、无线传输技术较为发达的今天，通过对有关数据的实时采集、传输、共享、存储、调整和分析，使得高速公路工程建设过程实现信息化智能管理成为可能，为提高高速公路建设管理水平提供了新的发展方向。

智能化控制系统架构与功能

1 技术架构

本文宜选取昌九高速公路改扩建项目构件制造中心智能化控制系统的逻辑框架可以描述为图1所示：

南昌至九江高速公路是《国家公路网规划（2013—2030》中的福银国家高速公路在江西境内的一段，也是

江西省“四纵六横八射”高速公路主骨架中的第一射。本项目预制场构件制造中心主要包括全线20m 及以内空心板、装配式涵洞通道、圆管涵和边沟盖板、排水沟沟身、单片式及双片式混凝土护栏（新泽西墙）、骨架护坡预制块等。

2 系统功能

本系统的主体功能如图2所示：

构件制造中心智能化控制系统主体功能包括视频监控系统、信息化管理系统、智能化控制三部分，其中信息化管理系统包括张拉压浆智能远程监控系统、物料智能管理系统、构件身份信息智能管理、生产调度和安全、技术交

底；智能化控制包括数控机器自动凿毛系统、混凝土生产智能管理系统、智能自动化钢筋加工系统、智能自动化喷淋养生系统和智能语音介绍系统。

收稿日期：2018-09-17

作者简介：杨美华（1979—），男，工程师，主要从事高速公路机电工程施工管理方面工作。

高速公路构件制造中心智能化控制

系统研究

杨美华

（江西方兴科技有限公司，江西 南昌 330025）

摘要：高速公路预制场信息化智能管理系统，主要包括视频监控系统，拌和楼智能化生产，智能喷淋养生系统，智能化张压，机器凿毛，预制身份信息管理和物料管理等功能模块，目的是为了打造大型预制场，实现高速公路构件制造中心布局由“零散式”向“规模化、集约化”发展，生产方式由“作坊式”向“流水化、工厂化”发展，管理方式由“人工式”向“智能化、信息化”发展。

关键词：高速公路；拌和楼；智能化；信息化；中图分类号：U415.6

文献标识码：B

图 1 昌九高速公路改扩建项目构件制造中心智能化控制系统架构

图2 构件制造中心智能化控制系统主体功能

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2.1 视频监控系统

为使构件制造生产管理更加科学化、规范化、智能化、信息化、准确化，通过在构件预制生产的关键节点、重点部位上安装摄像机，实现全覆盖远程视频监控。

视频监控系统由前端的视频采集系统，视频传输系统、配电系统、监控机房控制和显示系统构成。主要通过现场安装的网络摄像头、网络硬盘录像机等设备，采用3G/4G、带宽等网络方式将视频图像上传至机房的数据库平台，再通过终端设备（手机或PC机）远程访问现场视频图像，实现构件制造中心现场质量安全监控的可视化和智能化。它具有实时预览、历史回放、设备管理、系统管理等功能。

2.2 构件全过程信息化管理

（1）张拉压浆智能远程监控系统是指采用浆液循环方式排出管道内空气及杂质，利用计算机技术对压浆过程中材料的水胶比、持压时间和灌浆压力等进行控制的预应力孔道压浆，这种循环工艺颠覆了传统的压浆理念，传统的压浆方式采取“堵”，将管道内的水与杂质堵在孔内，而循环压浆方式采取“疏”，给空气与水逃逸的途径，保证管道里面留存的都是浆液。智能压浆技术是指压浆过程中的指令、材料的水胶比控制、制浆工艺控制、压浆压力大小调整与控制、持压时间长短控制和压浆技术信息的记录等均采用计算机自动控制的压浆技术。

（2）物料智能管理系统：本系统需要录入每日的各种物料进量数据，从拌和站获取各种物料的生产数据，通过这些进料和用料数据生成日生产报告、周生产报告、月生产报告。

（3）构件身份信息智能管理：为了更准确掌握混凝土构件的运行状况，对每个构件原材料的来源及混凝土配合比、成型时间、养生时间、出场时间进行整合，将这些信息数据编入二维码固定在构件物上，方便以后对构件的缺陷、后期维护等工作“对症下药”。本项目大型构件安装的身份标签，采用的方式是植入无源高频标签芯片，该方式的最大优点是读取构件身份信息时非常快，一次可同时读取五十多个构件的信息，相比二维码方式更利于操作，并且能够有效的保障后期运维等管理工作。本管理系统主要涉及无线射频识别技术、移动计算技术、嵌入式技术、中间件软件、计算机接口软件、管理软件和数字通讯等。系统利用GPS、TCP/IP、Wi-Fi等通讯网络作为主传输平台，通过RFID识别标签、RFID读写设备等与系统连接，最终实现数据采集与传输。

（4）生产调度是指信息中心管理人员将所有生产的计划表录入生产调度系统并将每日的生产构件数量录入系统中。通过计算机自动生成各种生产报告和统计图形文件，方便查询构件的生产情况。

（5）安全、技术交底就是指技术工程师对现场工人讲解构件制造过程中需要学习的施工工艺顺序，技术要点和安全知识。这在构件生产工作过程中是非常重要的，如施工工艺顺序搞错了、钢筋的角度达不到设计要求，都会造成构件的报废，甚至是安全事故。传统预制场生产各类构件时技术工程师是需要根据图纸向现场工人进行安全和技术交底的，这种光靠图纸和人讲解的不够形象，许多现场工人的理解水平有限，现在通过信息中心上传的word文档、PDF图纸、语音文件，技术工程师就可以形象的交底机上对现场工人进行工艺流程和钢筋布置的安全和技术交底。

2.3 智能化控制

（1）数控机器自动凿毛系统

本系统主要由行走载重龙门架、空压机、线管卷轴、液压凿毛机械臂（含凿毛锤）等组成。自动凿毛机器的工作原理是操作员通过遥控器对凿毛机器进行前进和后退的操作,包括凿毛锤的工作以及机械臂的缩回伸出。通过操作机器臂上下运动使凿毛工作覆盖整个工作面。机器臂的角度可随意调节，方便适用不同的梁面。当凿好一片梁后，通过行车把凿毛机器吊装至另一片梁上重复工作。每台自动凿毛机器上安装报闪灯，在行走移动过程中报闪灯闪烁以提醒人员注意安全。

（2）混凝土生产智能管理系统

混凝土生产智能生产管理系统可以将过程控制和企业生产管理有机的联系在一起，既可以克服传统混凝土拌和站控制系统的缺点，又可以满足系统在数据管理方面的需求。系统能够按照设定的生产任务单，自动连续的控制物料投料、搅拌、出料等各个施工生产环节，实现控制过程的自动化，同时也能对原材料进行登记、实时修改配合比、操作人员登录记录、库存管理以及综合查询功能等，在保证施工质量的同时，大大提高了生产效率和科学管理水平。

每个拌和站都设有监控机房，施工负责人可以根据配方进行生产，对生产数据的进行采集、分析比较，再通过3G/4G网传送至信息中心。各拌和站对水泥混凝土生产过程进行严格监控，实现生产过程中的数据实时监测处理，并可以进行实时分析、上传，生成各类数据图形进行统计，有效的方便施工负责人进行决策。信息中心也可以负责配方管理，根据配方严格监测生产过程中的骨料配合比、拌和产量、水泥量、掺配比等各项数据，并具备实时报警功能。如果发现与配方不相符可以向相关人员的移动终端发短信通知，及时调整和实时掌握施工现场信息。最终业主可以在办公室通过网络远程访问信息中心的混凝土生产智能管理系统，实时监控整个生产过程。

图

2 系统架构示意图

（下转第45页）