PC工厂混凝土输送系统控制技术及其应用

PC工厂混凝土输送系统控制技术及其应用

张晓奔 方弟勇 孙广庆

中建机械有限公司 河北省 065000

摘要：随着国内建筑工业化的发展，各行业产业技术的改进升级，自动流水生产线愈来愈多，进而对生产线智能化流转控制的需求增多，需要根据流水线工序作业情况、作业工艺要求完成混凝土从接料到布料的运输任务。现在国内大部分流水线的混凝土运输系统多以手动控制为主，存在稳定性差、定位精度低、操作使用不方便、自动化程度低、转运效率低、工人劳动强度大等问题。

关键词：PC工厂；混凝土；输送系统；控制技术；应用

1混凝土行业存在的问题

1.1混凝土的生产、制造和运输过程并不密切相关

混凝土施工产业链中，施工现场与搅拌站之间的沟通效率普遍较低，成本较高；现场不清楚车辆状态和订单执行状态；生产调度是随机的，车辆利用率低。车辆在施工现场长期压路浪费，或施工现场满意度低；混凝土坍落度变化大、质量波动大等难点和痛点。各工序、人员和设备之间没有关联，导致效率低下，浪费人员、材料和设备。

1.2原材料的质量不稳定

以机制骨料为例，目前市场上砂石设备产品智能化程度不高，工艺控制不严格，部分原材料质量不达标，原材料质量受人员、设备、天气等因素影响。湿制砂级配不足，浪费水资源，经济性不强；在干砂中，粉末含量不可控，质量不稳定。在储存和运输过程中，含水量和粉体含量变化很大，影响后续混凝土生产质量的稳定性。尤其是在生产高性能或高等级混凝土时，稳定优质的原材料质量尤为重要。

1.3混凝土实验室人员水平参差不齐导致测试不稳定

目前，混凝土原材料入库前的质量检验完全依赖于实验室人员的人工检测和复验。检测项目多，周期长，采样点、温度和湿度对结果也有很大影响。一些人员缺乏专业能力，未对原材料质量进行专业评估，导致后期混凝土质量不可靠。

1.4混凝土设备技术含量不高，信息化水平不高

整个混凝土产业链涉及砂石骨料设备、混凝土搅拌站、混凝土输送车、泵车、混凝土喷射小车等，部分设备仅实现生产功能，在节能、高效、绿色环保和自动控制方面存在不足。尤其是与建材行业有关的中小砂石料设备的详细设计不足，针片状、模数不达标，粉体含量高，效率低，生产能力随意操作。部分泵送产品无法根据混凝土的实时坍落度调整泵送连续性，导致管道堵塞等。混凝土运输车未配备称重或数字雷达系统，未实时响应调度，导致误送、延误和浪费。

1.5混凝土生产污染严重，绿色环保水平不高

目前，混凝土搅拌站主要依靠全包装或半包装，仍采用传统的机械除尘方法。主动除尘效果差，难以清洗。基本上没有车辆清淤、尾气防治和道路二次污染防治。骨料加工厂没有经济有效的粉尘处理和污水处理方案，回收的污染物也没有合适的处理和再生方案。

2PC工厂混凝土输送系统控制技术应用

2.1控制方法

为解决现有混凝土输送系统工艺连接不足、定位精度低、使用不方便、输送效率低等技术问题，提供了PC工厂混凝土输送系统，包括混凝土输送小车、混凝土分配器、工业以太网等系统的工作原理。

根据生产线的实际要求，每台混凝土运输小车配备多个工作位置。混凝土运输小车采集旋转编码器中的位置数据，并通过设备中可编程控制器的计算，采集小车的当前位置信息。接近目的站时自动减速，低速运行时检测到目的站信号，实现精确定位。每个工作站独立进行检测，以确保运输车辆准确就位。转运前和转运过程中应采取安全策略，确保安全稳定运行和自动运输。

混凝土分配器设有接收位置。工人们用一把钥匙操作。分配器收集旋转编码器中的位置数据，并通过设备中的可编程控制器计算和收集分配器的当前位置信息。接近接收站时，自动减速、低速运行，检测到目的站信号，实现精确定位。然后，布料器的8台落料电机根据构件的形状，通过螺旋布料方式将混凝土均匀地排列在模具中，最终完成混凝土运输。

为了保证过程的连续性，整个混凝土输送系统采用modbsTCP/IP工业以太网总线，实现高效稳定的控制、远程操作和维护。混凝土输送小车、布料器和混凝土输送设备通过工业以太网将信息传输到中央控制系统进行信息交换，从而实现混凝土输送信息流的传输。

该控制方法可以根据装配线工艺的操作条件和操作工艺要求，完成混凝土从接收到配送的运输任务。转运任务自动传输至混凝土运输车，混凝土运输车完成混凝土运输任务。同时，系统可以实时判断当前小车的位置，并与分销商交换这些信息；分配器的一键操作自动对准接收位置，完成与混凝土运输车的对准，然后执行多端口独立螺旋落料任务，实现混凝土运输的智能工作流，确保流水线生产的连续性、高转移效率和准确定位，大大减少了工人的辅助工作量。

2.2具体实施模式

PC厂混凝土输送系统的技术应用主要包括混凝土车轨道系统和混凝土车系统、布料器轨道系统和布料器下料系统、工业以太网系统。

每套混凝土运输车系统可包含1至2个混凝土运输车接收位置（搅拌站卸载位置），并可跨越多条生产线，包括1至多个混凝土卸载位置（分配器接收位置）。

首先，无线遥控器向接收位置发出运输车的工作指令，PLC通过对编码器数据和车站检测信号的分析判断运输车的当前位置；如果未达到指定的接收位置，PLC分析并比较位置数据，以判断运输车辆的行驶方向。变频器控制运输车高速行驶。当小车的当前位置信息被收集并接近目的地接收位置时，小车将自动减速。低速运行时，检测到目的地接收位置信号，到达指定接收位置；运输车到达指定收料位置后，通过通信模块和无线路由设备向搅拌站发送“到位信号”，以便执行收料任务；收料任务完成后，用无线遥控器将运输车的工作指令下达到卸货位置。PLC通过编码器数据和车站检测信号分析和判断运输车辆的当前位置。如果未达到混凝土运输车的指定卸载位置，PLC分析并比较位置数据，以判断运输车的行驶方向。变频器控制运输车辆的高速行驶。当收集到小车当前位置信息时，接近目的接收电平时自动减速，低速运行，检测到目的接收电平信号，达到规定的卸载电平；如果到达指定的落料位置，运输车将通过通信模块和无线路由设备向分配器发送“就位信号”信息，以执行落料任务；然后，给料机通过中央控制系统判断分配器当前的工作位置。如果布料器未到达混凝土运输车对应的布料器收料位置，遥控器操作一个按钮，完成布料器的自动定位，并到达指定布料器的收料位置。布料器通过通信模块和无线路由设备向混凝土运输车发送“到位信号”，以执行收料任务；如果达到指定的工作位置，旋转运输车完成运输车的卸货任务（布料器的收料任务），最后根据部件信息控制布料器完成多端口独立配送工作，至此具体运输任务完成。

整个混凝土输送系统采用modbsTCP/IP工业以太网总线的通信方式，在此基础上完成搅拌站、混凝土输送小车和布料器的多点信息交换。工业以太网通信系统主要包括上位机、分销商的无线通信工作站和混凝土运输车的无线通信工作站。中央控制系统通过无线技术与布料器通信工作站和混凝土运输车工作站相连。

2.3实际应用

混凝土输送系统在唐山的应用得到了客户的高度赞扬，混凝土生产线在南京成功运行，有效提高了唐山等生产线工人的劳动效率。该图显示了进料小车工作站的位置，以完成与分配器工作站的对接。通过比较同轴编码器传输到PLC的实时位置数据，运输小车可以判断目的工作站的运行方向，到达指定的数据位置，减速，最终完成精确定位。分配器按照相同的原理移动，以达到与运输小车对接的目的。

结论

本混凝土输送系统能自动识别当前混凝土运输车的位置，智能定位，并将位置信息传递给搅拌站、布料机设备中，以完成混凝土接料、下料、布料工作。混凝土下料到布料机中，系统通过多口螺旋布料方式完成精准布料任务，实现了自动流转及工序的衔接，保证了流水线生产的连续性，转运效率高，定位精准，大大降低了工人辅助工作量。

参考文献：

[1]李鑫,申继军,申明远.混凝土工厂智能化物料管理和监测技术[J].建设机械技术与管理,2021,34(04):120-122.

[2]张景明,邓轩,李鹏飞,陈明.装配式建筑PC工厂工艺规划设计标准化应用研究[J].建设机械技术与管理,2021,34(03):116-119.