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狀

長期以來，拌合站粉料罐料位測量一直是一個難以解決的技術問題。隨著環境保護和綠色施工要求的提高，水泥、粉煤灰等粉劑在進入儲料罐和計量過程無法準確測量數量和確定存儲位置，易造成揚塵污染和材料浪費的現象。目前國內使用的料位顯示系統一般采用重錘式、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法連續實時測量、測量誤差較大、成本過高、不易維護等缺陷。由于各類粉劑進料時，只能通過前期過泵稱重計量，材料儲料罐內不能直接顯示存儲信息，存在一定的計量偏差。

在物資管理方面，各部門之間交流信息不及時、不通暢，致使原材料進場檢測周期較長，造成工期延長，增加成本，影響施工生產進度。為解決施工過程中出現的此類問題，文章依據先進的RTCSPB相關系統管理理念，從拌合站粉劑進場、檢測、存儲、使用、剩余及追溯等方面提出相關研究辦法。

2 RTCSPB原理

RTCSPB即 Real time control system of powder bin，譯為粉料倉實時控制系統。該系統由粉料倉進口電子門禁、貼片式料位傳感器和實時傳遞信息元幾個主要部分組成。RTCSPB由以下演算而來：數字PID控制表示比例—積分—微分控制，如下圖：

圖1 PID調節器的方框圖

調節器的輸出與輸入之間為比列—積分—微分的關系，即：

或者

若以傳遞函數的形式表示

式中：

在計算機控制系統中使用的是數字PID調節器，就是對式（1）離散化，離散化時令：

式中T是采樣周期，k為采樣序號。顯然，上述離散化過程中，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數字調節器的輸出u（k）是全量輸出，是執行機構所應達到的位置。

增量式PID是對位置式PID式（5）取增量，數字調節器的輸出只是增量Δu(k)。

或者表示成

增量式算法的優點：①計算機只輸出增量，計算機誤動作時造成的影響較小；②手動—自動切換的沖擊小；③算式中不需要作累加，增量只跟最近的幾次采樣值有關，由于式中無累加，消除了當偏差存在時發生積分飽和的危險。

3 RTCSPB在混凝土拌合站的應用

將拌合站粉劑儲料罐在傳統管理模式上結合現代信息，以儲料罐為載體、RTCSPB實時監管模式、信號數據傳播路徑為基礎，將拌合站、物資、試驗各部門等串聯銜接成整體。現將在混凝土拌合站應用管理項目具體說明。

3.1 實時監控及計量系統

儲料罐四個支腿上安裝貼片式料位傳感器。傳感器以紅外線感應測量為基礎，垂直附著在粉料倉的某一方向。它的原理：貼片式料位傳感器可以將儲料罐在垂直方向通過紅外線切割成多個薄片，每個薄片是一定重量的對應數據，根據薄片位移反映出其粉劑存儲數量和存儲位置，并且每個料位傳感器唯一對應儲料罐具體位置。通過系統內置計算公式實時轉換、更新、傳遞數據至手機或者計算機終端上，且可以實時顯示數據。增加附屬功能：

①在系統中編輯預警程序，當儲料罐內剩余量小于設計最小剩余量時，會通過系統及實時短信預警提醒，相關部門管理人員及是項目負責人可及時獲取信息；

②儲料罐進料口處安裝電子門禁，并與RTCSPB掛接，在進料時，可以實時反映出進料時間和數量，并關聯手機APP或者系統終端等，并可完成信息進行收集、匯總、處理等功能。

3.2 多領域信息交互

粉劑在儲料罐內不同階段的數量及消耗在終端均可追溯，可做實時監控及材料動態、追溯、消耗分析。物資委托、試驗檢測、報告時效性都可以通過此系統解決。粉劑進場檢測合格后，出具合格報告RTCSPB系統上實時提示，顯示界面體現位置、存儲數量及存儲位置，顯示顏色從紅色變成綠色，管理人員及時區分材料狀態。材料使用在具體部位可根據拌合站拌和信息體現，物資追溯清晰明了。每月度、季度物流核算時，只需將其系統內的匯總表格按照每天、每個施工位置打印出來即可，方便物資管理和核算。各個信息節點是否通暢，可以通過系統及時預警提示，方便管理者后臺查閱和監督，有效提高生產效率。

圖2 系統界面、各部門協助關系圖、電子門禁裝置

4 總結及未來構思

結合RTCSPB的信息化管理的理念，將傳統混凝土拌合站控制方法中難以實現的實用精準計量和過程控制有效結合起來，并采用三層優化控制和兩級管理方法，將信息化技術、物聯網技術、電子信息傳輸技術等應用其中，適應了現代企業管理的發展方向。它將封閉不可見的粉料倉模擬可視化，實時觀察粉料的檢測及消耗情況，減少項目管理的人員投入，降低了誤差的產生，杜絕了粉料錯倉卸料和原材料未檢先用，提高了各部門之間工作銜接效率。

在未來混凝土拌合站的管理中，RTCSPB的應用和革新將不斷完善系統架構和應用規模，從無人化作業、運行穩定可靠、信息透明化、操作極簡化、追溯流程化等方面突破，借鑒各行業成熟信息化管理經驗，使得混凝土管理系統進一步廣泛應用。