無人攪拌站的現狀和未來

尹湘雄

（三一重工，湖南長沙 410000）

1.研究無人攪拌站的意義

什么是無人攪拌站？我們今天研究的無人攪拌站是狹義的無人攪拌站，即攪拌站的操作打料不需要人來操控，攪拌站的操作員可以減掉，完全由機器系統來操控。人工成本越來越高，操控攪拌站的經驗技能需要培訓費用，為了降低成本，客戶亟需無人攪拌站。人工技能高低不一，人的倦怠或疏忽大意可能造成工程質量問題，因此研究無人攪拌站對提高工程質量，也具有非常重要的意義。

2.參照無人車給無人攪拌站分級

研究和發展無人攪拌站技術需要一個過程，為了更好地研究無人攪拌站技術。參照無人車分級，我們可以給無人攪拌站分級如下[1]：

0級（有人操作）：該級別完全由人進行操作。

1級（操作員輔助）：該級別攪拌站有最基本的自動生產功能，如自動稱量、自動投料等系統。大多數攪拌站都在這個級別中。

2級（部分自動化）：該級別涉及至少兩個主要功能的自動化。例如，自動扣秤和自動補秤功能，骨料智能卸料功能，自動生產有95%在國標誤差范圍之內，這些可以將其分為2級。

3級（條件自動化）：該級別攪拌站可以在某些條件下進行自動生產，無須人工干預，但如果有需要的話，操作手可以接管控制。3級的自動攪拌站需要增加攪拌車自動定位停車功能，在不需要調節水和沙石含水率，攪拌車的類型是固定的，主機卸料的參數只需要跟強度等級和配方強相關即可。

4級（高度自動化）：該級別車輛攪拌站始終處于自己完全控制的狀態，即使沒有操作員也能操作。4級攪拌站被設計成可以在配方與調試成熟后，基本不需要人工干預，但并不能完成所有的生產場景。這個級別的攪拌站需要增加許多安全報警功能，增加智能加減水、主機門智能定位、自動錄屏、圖像識別報警技術、遠程操控技術、天眼系統、遠程攝像功能、手機安全操控技術等。

5級（完全自動化）：該級別是真正意義上的可以在每個生產場景中可以與人類操作相當的，完全自主生產系統。不久的將來，它甚至可以在極端環境下自動診斷故障，自動排故。需要增加在線檢測混凝土質量技術，可以自動調試配方，剛開始調試時也可以實現完全無人化。

3.無人攪拌站的充分必要條件

（1）智能加減水技術。一種技術路線是根據主機電流智能加減水，水的多少影響混凝土的塌落度，從而影響泵送的流暢度。混凝土的塌落度與主機電流的大小存在一定的相關性，可以根據主機電流、配方、強度等級等智能加減水[2]。每一盤料，當它投料到主機攪拌一定時間后，我們對主機電流有一個期望范圍。如果主機電流在期望范圍之內，就認為這盤料達到了我們期望的塌落度，不需要再手動干預，可以卸料到攪拌車中。如果主機電流大于這個范圍，需要增加一定量的水，電流值和需要增加的水量存在一定的關系。如果主機電流小于這個范圍，需要增加一定量的水泥或粉料；電流小于范圍的值與需要增加的水泥量值也是存在一定的范圍。如果出現智能加減水后，主機電流值仍然不能達到設定的范圍，則需要手動干預。還有一種技術路線是根據微波傳感器實時測量骨料的含水率，微波傳感器與控制系統聯動，為每一種砂倉定制一個數據通道，實現當盤調整砂料與水的用量。三一重工已經擁有此項技術，后續需要降低成本。

（2）安全報警機制，其包括手機短信提醒、手機App、手機電話提醒等。攪拌站的安全生產至關重要，出現超差報警時會自動發短信或打電話給相關人等，提醒其手動干預（可以遠程）。電腦死機，有異常報警時會通知相關人等。例如，在攪拌機檢修口安裝視頻，通過Yolo系列模型識別檢修門與鎖緊螺栓位置狀態，當檢修口未關閉或者未鎖緊時告警信號與下位機聯動禁止主機啟動，并推送視頻到三現后臺，保障檢修人員安全。

（3）主機門智能開門。根據圖像識別技術智能開關主機門，做到不溢料，同時高效。此項技術基于人工智能算法，AI視覺算法智能識別料位高度，實時控制卸料門開度，實現溢料預警干預與防溢料控制。三一重工已經擁有此項技術，后續需要降低成本。

（4）攪拌車自動定位系統，讓司機一個人能快速高效地定位。司機根據系統的提示可以準確無誤地將攪拌車的接料口停在主機門的正中央，三一重工已經擁有此項技術。運用AI視覺識別與定位算法，實時分析攝像頭視頻數據，定位攪拌車卸料斗坐標，實現車輛對齊判斷以及溢料狀態識別與卸料門反饋控制。通過走車鈴與三色信號燈實時自動提醒司機倒車狀態，并通過車載大屏推送卸料口對齊影像與訂單信息，司機輕松掌控卸料動態。原理圖如圖1所示。

圖1 攪拌車自動定位系統原理示意圖

（5）自動錄屏技術，圖像識別報警技術。根據圖像中的配方，圖像中的有料和無料動畫，發現異常報警。待料斗和主機內顯示有料的時間小于10s，通知相關人等。生產軟件打開時錄屏軟件自動錄屏，軟件關閉時錄屏軟件自動暫停。自動保留2個月左右的錄像。物料進料和卸料動畫時間根據物料的目標值有一定的閾值，如果動畫時間超過閾值且沒有相應的報警，軟件報警通知相關人等。攪拌倒計時和攪拌主機開門倒計時如果超過閾值也會報警。三一的智能回溯技術是此技術的初代版本，可以做到每一盤的生產視頻回溯，下一步需要與生產流程契合，根據程序自動識別危險時間點，報警提示。

（6）天眼系統。為了保證生產安全可在待料斗上方，皮帶周圍，每個秤體周圍，主機里面安裝攝像頭。通過攝像頭可自動查看皮帶運行情況，查看主機內運行情況，查看秤斗稱量情況，查看骨料配料情況，這些都可以通過攝像頭檢查，不需要人工檢查。同時根據圖像識別算法，配合生產情況已經配方重量，互相校驗，避免出現質量故障。比如待料斗有料和無料的判別，攪拌主機里面是否確實有料，稱重傳感器的異常都可以通過圖像識別算法和生產流程的深度契合來判斷。

（7）遠程操控技術，是通過光纖不用在控制室操控生產，此技術已是成熟技術。

（8）一機雙控技術及多控技術。三一一機雙控技術實現一個操作手同時輕松操控2條生產線，人工成本下降50%，三一還實現了雙機三控技術。2臺電腦自由控制3個攪拌站，自由組合，1min之內快捷切換。如圖2所示生產計算機1和生產計算機2都可以雙控攪拌站A+B或A+C或B+C，且都可以單控攪拌站A或B或C。為檢修提供了方便，且可減少1臺電腦和1個人力成本。后續需配合其他無人技術，開發多控技術。

圖2 雙機三控原理示意圖

（9）手機安全操控技術，多屏幕安全操控系統。無人攪拌站難免偶爾會出現一些突發狀況，這時候系統會自動推送消息給相關人的手機上，相關人可以通過手機App或微信小程序進行權限驗證后干預和排除故障。

（10）在線檢測混凝土質量技術，比如實時監測塌落度和強度等。能夠及時檢測出混凝土的塌落度和強度，只需要幾分鐘甚至幾秒鐘即可得出結果。

4.無人攪拌站技術分級

根據前述的分級可對上述技術分級如表1所示。

表1 無人攪拌站技術及其分級

5.展望

廣義上的無人攪拌站是指整個攪拌站無人化，操作員、維修員、管理人員、實驗人員全部做到無人化。這需要維修機器人、ERP、無人過磅系統、無人攪拌車、智能下單系統、自動取樣、智能測試系統以及全工程大數據網絡系統。這里簡單介紹下全工程大數據網絡系統的設想。

這套系統通過互聯網，建立包括所有工程的各個方面的數據，這些數據包括但不限于參與該工程的所有重要的人、所有重要的流程節點、所有相關設備的相關數據。數據包括工程基本信息、設備的各種重要參數、重要物資的生產過程，也包括重要步驟的操作視頻等。

這套系統支持參與工程的相關各方實時參與互動，不受時空的限制，可以互相溝通交流，互相監督評論。

我們可以想象一下：工程施工方可以方便快捷地下單給攪拌站，讓攪拌站生產混凝土，攪拌站生產混凝土的數據和視頻可以上傳到網絡上，供監督方和熱心的人監督。系統給攪拌車司機規劃最佳路徑，混凝土運到工地上，施工方根據混凝土的質量進行評價和點評。攪拌站設備方和攪拌站擁有方根據評價改進自己的工作和產品。整個施工工程記錄所有的施工方、設備方、生產數據和生產施工視頻。發現問題可以隨時提出并立即糾正。事后發現問題也可以方便快捷地找到原因，改進產品和工作。