CN102170464A - 混凝土拌合站生产过程动态监控系统方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混凝土拌合站生产过程动态监控系统方法，包括如下步骤：1）混凝土配合比确定：根据设计要求的各种混凝土工程指标，试验机构通过试验确定相应的材料配合比；2）配合比数据库建立：通过试验确定的混凝土配合比数据录入储存，做为监控系统进行对比分析的参照依据。本发明有效地保证了工程施工质量，规范了作业模式，便利成本核算，加强了生产成本控制。

Description

混凝土拌合站生产过程动态监控系统方法

技术领域

本发明属于土木建筑技术领域，特别涉及一种混凝土拌合站生产过程动态监控系统方法。

背景技术

20世纪90年代以后，随着我国经济的迅速发展，中国高速铁路的建设创造了令世界瞠目的速度。在高速铁路的建设过程中，存在点多、线长、面广、环节复杂的特点，质量监控工作任务繁重，迫切需要开发新技术、新手段以提高质量的水平和实际效果。信息化是建设项目管理的发展趋势，是适应当前国家基础建设大环境要求的新技术、新手段。

混凝土施工是基础设施建设项目最基本、最重要的作业内容，涉及工程项目的各个环节，与之相关的产值一般占到基建项目总产值的40％～60％以上。为适应设计及运营的要求，高速铁路主要结构工程均采用高性能混凝土，原材料组份多达7种以上，从原材料配合比确定、计量、拌制到浇筑施工，其工艺技术指标均有严格要求。可见，混凝土施工的过程控制是保障建设项目质量安全的核心环节，而现有传统的静态监控手段，不仅效率低下，而且成本高，无法满足高标准的生产要求。另外，高速(客运专线)铁路采用的高性能混凝土，一般情况下原材料组份多达7种以上，从原材料配合比确定、计量、拌制到浇筑施工，其工艺技术指标均有严格要求。拌合站实际生产过程中存在以下技术和问题需要解决：

(一)实时监控纠正，严格执行配合比

为适应砂、碎石等混凝土原材料中含水量的变化和不同强度混凝土配合比的变化，拌合站试验人员需要按规定程序对混凝土配合比进行动态调整、试拌。在实际操作中，存在拌合站操作人员为追求不当利得擅自修改施工配合比的现象，高性能混凝土施工配合比不能被严格执行，使得混凝土实体质量保障存在一定风险。

(二)保障搅拌时间

高性能混凝土组分材料多7种以上，其工作性和匀质性是保证混凝土结构实体质量和表观质量的重要指标。提高混凝土工作性和匀质性的基本途径就是要保证混凝土的拌制时间。《铁路隧道工程施工技术指南》(TZ204-2008)规定，高性能混凝土拌合时间不应少于180秒。在实际操作中，存在拌合站操作人员为追求产量而缩减混凝土拌合时间的现象，混凝土的工作性能得不到保障。

(三)发现和校正计量误差

铁道部《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》(科技基【2005】101号)和《客运专线铁路隧道工程施工技术指南》(TZ214-2005)都明确规定“混凝土原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量，称量最大允许偏差应符合下列规定(按重量计)：胶凝材料(水泥、渗合料等)±1％；外加剂±1％；骨料±1％；拌合用水±1％”。通常情况下，拌合机计量系统误差(系统误差、落时误差、计量误差)需通过定期的设备鉴定来加以校正，而人为因素的不确定性，决定了这种适时监控的局限性。在实际操作中，存在拌合机的计量系统误差不能被即时掌握和校正，往往是在混凝土生产较长时间后才发现计量误差超限，造成的质量隐患不易被整改。

(四)执行工艺标准，监控作业延续时间

结构混凝土浇注工序，如桥梁桩基和墩身、隧道二衬混凝土浇注等，应在规定时间段内完成，若超出正常施工时间，将造成混凝土外观或实体产生不必要的施工缝、间歇缝、蜂窝、麻面、孔洞、错台等缺陷。在实际操作中，由于不能对这些工序的施工过程进行有效的监控，在出现上述质量缺陷时，不能识别是因为原材料、混凝土配合比、拌合工艺、运输过程还是浇注工艺等哪一个环节出现的问题，给问题原因分析和整改造成困难。

(五)实施过程控制，监控材料实际用量

混凝土实际用量应在设计数量基础上一定范围内正常波动，反常的超量或节省则说明施工工艺标准未被严格执行。以隧道二衬施工为例，若混凝土实际用量大于设计数量，则说明开挖时超挖或初期支护厚度不够；若混凝土实际用量小于设计数量，则说明开挖时欠挖或有其它偷工减料行为发生。在实际操作中，由于对混凝土的实际用量不能实时、有效地掌控，类似问题发生时不能被及时地发现和纠正。

(六)保证数据安全，便利成本核算

利用混凝土拌合机控制电脑自动储存收集的混凝土生产所需原材料消耗台帐，是混凝土生产过程控制和生产成本核算的最直接、最真实的资料。在实际操作中，常因拌合站控制电脑系统的稳定性差，或人为因素造成上述关键信息丢失，又没有即时备份数据，给项目成本核算和过程控制造成困难。

(七)实现事中主动控制，避免事后被动控制

拌合机控制电脑自动储存的管理系统报表产生过程中，部分识别或控制数据需要操作人员按规定格式录入，在实际操作中，存在录入数据内容和格式的准确性和真实性不能被及时鉴别，给混凝土生产过程管理造成困难。

(八)保证数据真实，实施有效管理

因拌合机控制电脑自动储存收集的管理系统报表没有即时备份，在拌合站的管理系统密码失密后，个别不法操作人员随意修改管理系统报表，报表信息失真，给拌合站的质量管理、成本控制带来困难。

(九)规范作业模式，实现标准化

拌合站生产厂家考虑到产品的通用性、适应性，在人性化设计上进行了改进，拌合机同时具备全自动、半自动和手动三种控制模式。在非全自动运行情况下，拌合工艺技术指标的事后监控难以实施。

(十)创新管理手段、提高管理效率、降低管理成本

高速(客运专线)铁路的建设项目，存在点多、线长、面广、环节复杂的特点，工作任务繁重，迫切需要创新监控手段、提高效率、降低成本。信息化是建设项目的发展趋势，是适应当前国家基础建设大环境要求的新技术、新手段。混凝土施工的过程监控也需要利用信息化技术和手段，实现信息数据处理的智能化，保障过程信息的真实性，解决信息反馈响应及时性问题，达到实施过程动态监控的目标。

发明内容

本发明的主要目的是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种保证工程施工质量，规范作业模式，便于成本核算，加强生产成本控制的混凝土拌合站生产过程动态监控系统方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种混凝土拌合站生产过程动态监控系统方法，包括如下步骤：

1)、混凝土配合比确定：根据设计要求的各种混凝土工程指标，试验机构通过试验确定相应的材料配合比；

2)、配合比数据库建立：通过试验确定的混凝土配合比数据录入储存，做为监控系统进行对比分析的参照依据；

3)、拌合机控制电脑数采插件安装：在混凝土拌合站(一台或多台拌合机)控制电脑上安装运行数据自动采集插件；

4)、拌合机运行数据自动采集发送：数采插件自动将正在运行的拌合机运行数据实时采集，通过GPRS无线信号自动传送至远程WEB服务器；

5)、WEB服务器接收并储存数据：远程WEB服务器接收各个拌合站数采单元发送的拌合机运行数据，统一储存并接收后处理；

6)、数据智能化处理：WEB服务器将收集储存的数据自动进行处理；

7)、用户登录查询：授权用户通过internet登录监控系统网页，实时监控混凝土拌合站生产过程，查询历史数据和统计分析报表，进行必要的报表下载；或用户利用手机短信接收超限作业信息并干预拌合站现场操作。

所述WEB服务器将收集储存的数据自动进行处理主要包括以下功能实现：

(1)、混凝土拌合时间汇总图示(当前值和历史值)，与配合比数据库指标比较，误差超过规定限值时向指定的管理用户发送手机短信；

(2)、材料用量汇总图示(当前值和历史值)，与配合比数据库指标比较，误差超过规定限值时向指定的管理用户发送手机短信；

(3)、产能分析，根据不同检索条件(不同监控范围、不同拌合站、不同类型等级、不同用途)自动汇总混凝土生产总量；

(4)原材料用量统计，系统自动汇总不同监控范围、不同拌合站、不同类型等级混凝土所用的各类原材料数量，与配合比数据库指标比较计算材料用量误差；

(5)成本核算，通过设计配合比原材料理论数量与实际使用数量比较，分析材料成本节超。

混凝土拌和站生产过程动态监控系统的研究与应用是因应现场混凝土施工中存在的质量监控和成本控制需求而开发的基于GPRS远程信息传输、数据存储、分析平台和广域网(WAN)多用户实时访问信息门户(PIP)的监控系统，实现了混凝土施工过程信息数据处理的智能化，解决了混凝土施工的过程管理信息的真实性和反馈响应及时性问题，达到了对混凝土施工过程动态监控的目标。监控系统针对高性能混凝土生产过程进行综合分析，具有明确的业务逻辑关系，突出了的重点功能的实现。监控系统通过实时掌握混凝土拌和站生产过程中的各类重点信息，如材料用量、配合比误差、拌合时间等，将混凝土生产由事后控制转为事中控制，有效地减少了高性能混凝土在生产过程中可能所出现的系统故障或操作不当所造成的工程损失；通过监控和统计各拌和站点生产过程中的材料实际用量，为项目成本核算提供有效依据。监控系统的研究与应用实现了对混凝土生产过程的动态控制，有效地保证了工程施工质量，加强了生产成本控制，提高了建设项目的管理效率和管理水平，体现了现代信息技术和工程技术的有机统一，在建筑领域内的使用尚属首次，创新性和实用价值极高，应用前景广泛。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)、通过实时监控纠正，确保了混凝土配合比的严格执行，保障了混凝土生产搅拌时间，并及时发现和校正计量误差，减少了高性能混凝土在生产过程中可能所出现的系统故障或操作不当所造成的工程损失；

(2)、通过有效地实施过程控制，实现事中主动控制，避免事后被动控制，保障了混凝土施工工艺标准的认真执行；

(3)、利用基于GPRS技术的远程信息传输、数据即时存储和分析平台，保证了混凝土施工过程数据的安全，解决了过程信息的真实性和反馈响应及时性问题，达到了过程动态监控的目标；

(4)、利用智能化的信息数据处理技术，实现了施工过程数据的即时统计分析，有效地保证了工程施工质量，规范了作业模式，便利成本核算，加强了生产成本控制；

(5)、提高了效率、降低了成本，体现了现代信息技术和工程技术的有机统一。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述。

但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的范围内。

见图1所示，一种混凝土拌合站生产过程动态监控系统方法，包括如下步骤：

1)、混凝土配合比确定：根据设计要求的各种混凝土工程指标，试验机构通过试验确定相应的材料配合比；

2)、配合比数据库建立：通过试验确定的混凝土配合比数据录入储存，做为监控系统进行对比分析的参照依据；

3)、拌合机控制电脑数据自动采集插件(数采)的制造和安装，设计制造可直接安装在拌合机控制电脑主板上的数据自动采集插件，并安装运行：即在混凝土拌合站(一台或多台拌合机)控制电脑上安装运行数据自动采集插件；

4)、数据自动采集插件在混凝土拌合站运行过程中实时采集运行数据(拌合时间、材料用量等)，并通过GPRS无线信号自动将数据传送至远程WEB服务器，即拌合机运行数据自动采集发送：数采插件(数据自动采集插件)自动将正在运行的拌合机运行数据实时采集，通过GPRS无线信号自动传送至远程WEB服务器；

5)、WEB服务器接收并储存数据：远程WEB服务器接收各个拌合站数采单元(数据自动采集插件)发送的拌合机运行数据，统一储存并接收后处理；

6)、数据智能化处理：WEB服务器将收集储存的数据自动进行处理，现实混凝土生产过程实时监控、形成指定的统计分析图表、自动实时地向指定的管理负责人移动电话发送超限作业报警短信，WEB服务器将收集储存的数据自动进行处理主要包括以下功能实现：(1)、混凝土拌合时间汇总图示(当前值和历史值)，与配合比数据库指标比较，误差超过规定限值时向指定的管理用户发送手机短信；(2)、材料用量汇总图示(当前值和历史值)，与配合比数据库指标比较，误差超过规定限值时向指定的管理用户发送手机短信；(3)、产能分析，根据不同检索条件(不同监控范围、不同拌合站、不同类型等级、不同用途)自动汇总混凝土生产总量；(4)原材料用量统计，系统自动汇总不同监控范围、不同拌合站、不同类型等级混凝土所用的各类原材料数量，与配合比数据库指标比较计算材料用量误差。

7)、用户登录查询：授权用户通过internet登录监控系统网页，实时监控混凝土拌合站生产过程，查询历史数据和统计分析报表，进行必要的报表下载；或用户利用移动电话短信(如手机短信)接收超限作业报警信息并干预拌合站现场操作。

本发明结合高速(客运专线)铁路建设点多、线长、面广、环节复杂，现有传统的静态监控手段效率低下、成本高、无法满足高标准生产要求的特点，在综合分析高性能混凝土生产过程中涉及到的物的状态、人的行为、工作的终极目标基础上，因应现场混凝土施工中存在的需求，利用现代信息技术，开发基于GPRS远程信息传输、数据存储、分析平台和广域网(WAN)多用户实时访问信息门户(PIP)的监控系统。通过对混凝土拌合站所有生产活动信息、痕迹的全天候实时监控，实现混凝土施工过程信息数据处理的智能化，解决混凝土施工过程信息的真实性和反馈响应及时性问题，达到对混凝土施工过程动态管理的目标。

混凝土拌合站生产过程动态监控系统技术组成，运用GPRS无线通用分组服务技术，有效解决混凝土搅拌站控制计算机未联接Internet、不能进行数据传输的问题；采用纯B/S+C/S系统架构，用户只需登陆网页即可查看各项台帐数据；采用J2EE架构，使各项业务独立管理、分布实施，其中，

1.GPRS通用分组无线服务技术

GPRS通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，使用了GPRS后，数据实现分组发送和接收，这同时意味着用户总是在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。GPRS通用分组无线服务技术的应用优势及特点：(1)高速数据传输；(2)永远在线；(3)仅按数据流量计费。

2.BS+CS软件体系结构

本系统平台部分采用B/S(浏览器/服务器)架构，数据采集及发送采用C/S架构(客户端/服务器)，使信息资源更加安全可靠，从而解决高度安全的远程办公需要。C/S软件架构的优势与劣势：(1)应用服务器运行数据负荷较轻。(2)数据的储存管理功能较为透明。(3)C/S架构的劣势是高昂的维护成本且投资大。B/S软件架构的优势与劣势：(1)维护和升级方式简单。(2)成本降低，选择更多。(3)应用服务器运行数据负荷较重。

混凝土拌合站生产过程动态监控系统的构建综合了C/S和B/S结构的优点，避免了各自的不足，采用比较灵活的C/S和B/S结合的结构模式。

3.技术指标

(1)采用J2EE技术架构；

(2)采用MVC模式开发；

(3)采用XML标准定义数据规范；

(4)支持WEB服务标准；

(5)采用界面容器技术；

(6)采用安全体系；

(7)采用同望iTOP业务基础平台；

(8)采用软件研发标准过程。

4.系统功能实现

4.1业务架构

系统业务功能主要由应用体系、保障体系、门户及信息发布窗口三部分组成，应用体系是整个业务架构的主体，由数据录入、过程监控和数据统计及报警三部分组成，产生的相关数据统一至数据库，保证各类数据分析的准确性。

4.2物理组成与拓朴结构

系统物理组成主要包括拌和站数据采集单元、GPRS远程信息传输单元和数据存储分析与查询单元三个部份。

(1)拌和站数据采集单元由拌和机控制电脑和专用接口程序组成，提供拌和站运行数据的自动采集功能；

(2)GPRS远程信息传输单元是基于GSMR系统无线分组交换技术的数据传输终端，提供数据采集端到存储分析端的传输功能；GPRS无线数据发送方便，无需网络，通过广域的无线IP连接，只要有手机信号即可实现数据互通，且采集数据以文档的形式进行保存，数据格式简单，易于保存阅读；

(3)存储分析与查询单元由专用中心服务器和数据处理软件组成，提供数据存储、分析处理、信息无线报送和受控用户通过广域的IP连接远程访问查阅功能。

系统运行需在混凝土拌和站、中心服务器和用户(试验室、项目经理部、工程指挥部)之间建立数据关联，才能实现各拌合站的数据统一。混凝土拌和站和中心服务器之间的数据关联由GPRS无线数据模块来完成。中心服务器建在项目指挥部或某数据中心，用户可通过WEB网络访问给定门户网址查询监控各拌合站的实时运行数据。试验室和其它监控用户可将理论目标数据提交至数据中心，通过与实际生产数据进行对比验证，获得监控结论和统计分析报表。

4.3组织结构

按照工作流程及混凝土拌合站生产过程控制要求，混凝土拌合站生产过程动态监控系统主要功能设计如下。

4.4动态监控

通过Internet访问混凝土拌合站生产过程动态监控系统网页http://ggtl.net：9980/mss，系统管理员授权的用户可登录监控系统，实现混凝土拌合站生产过程的动态监控、统计分析和成本核算数据的查询。

4.4.1拌合时间实时监控

通过选择工作界面上的“动态监控→拌合时间监控”开始对指定拌合站生产过程中的每一盘混凝土的拌合时间进行实时监控，实际拌合时间在现场每一盘混凝土拌合作业完成的同时显示在用户监控界面，突出实时性。

4.4.2材料用量实时监控

通过选择工作界面上的“动态监控→材料用量监控”开始对指定拌合站生产过程中的每一盘混凝土的原材料组份进行实时监控，验证混凝土配合比的执行情况，实际拌合所用的各类原材料数量在现场每一盘混凝土拌合作业完成的同时显示在用户监控界面，突出实时性。

4.5统计分析

4.5.1拌合时间历史查询

通过选择工作界面上的“统计分析→拌合时间历史查询”对指定拌合站、指定时间段内生产过程中的每一盘混凝土的拌合时间进行查询，分析判断拌合周期变化情况，提供质量追溯依据，实现事后监控。

4.5.2材料用量历史查询

通过选择工作界面上的“统计分析→材料用量历史查询”对指定拌合站、指定时间段内生产过程中的每一盘混凝土的材料用量进行查询，分析原材料宏观变化，评判混凝土配合比的执行情况，提供质量追溯依据，实现事后监控。

4.5.3产能分析

通过选择工作界面上的“统计分析→产能分析”对指定拌合站、指定时间段内混凝土的产量进行查询。可按季度、月份、周分别统计每个拌合站或对应工程部位的混凝土生产数量，并与计划产能和原材料实际消耗量对比，形成分析结论。系统自动生成excel格式的统计报表，便于进一步的储存分析。

4.5.4材料误差分析

通过选择工作界面上的“统计分析→材料误差分析”对指定拌合站、指定时间段内混凝土生产过程中各种材料的用量进行查询，通过与设计配合比确定的材料用量比较，分析材料用量误差，评判混凝土配合比执行情况。系统自动生成excel格式的统计报表，便于进一步储存分析。

4.6成本核算

成本核算主要对原材料使用节约与超支情况进行分析，对生产混凝土数量进行统计。

4.6.1材料成本核算

通过选择工作界面上的“统计分析→材料成本核算”对指定拌合站、指定时间段内混凝土生产过程中各种材料的实际用量进行查询，通过与设计配合比确定的材料计划用量比较，自动分析各种原材料使用节超情况。系统自动生成excel格式的统计报表，便于进一步的储存分析。

4.6.2生产量核算

通过选择工作界面上的“统计分析→生产量核算”对拌合站提供给指定工程部位混凝土的总量进行统计查询，通过与依据设计图确定的该工程部位混凝土计划用量比较，自动分析混凝土的生产总量、使用分布情况和使用节超情况。系统自动生成excel格式的统计报表，便于进一步的储存分析。

4.7实时短信提醒

各级管理责任人要实现对混凝土拌合站的实时监控，必须实时掌握拌合站重点监控项目(如拌合时间、混凝土配合比执行误差等)的运行情况。管理责任人对拌合站的“实时监控”以两种方式实现，一是利用internet网访问监控系统中心服务器，登录监控系统实施监控；另一种情况是管理责任人不具备上网条件(如在会议、旅途或野外工地)，则通过系统实时手机短信提醒实施监控。

监控系统对拌合站混凝土拌合生产过程中每种材料的实际用量和实际搅拌时间等指标与系统中设定的理论材料用量和理论搅拌时间等指标进行比较，并根据误差大小判断是否发送短信报警。当这些指标的误差值大于规范允许的误差时，系统自动向管理责任人发送手机短信报警；

当指标的误差值在规范允许的误差范围内时，系统自动储存监控数据备查，但不发送手机报警短信。管理责任人根据收到的手机报警短信采取干预手段，报警短信可根据管理机构组织模式和问题的严重程度设置多级报警，实现不同强度和级别的过程监控干预。

4.8系统管理

4.8.1用户管理

系统用户账号信息的维护和查询由指定的系统管理员完成。

4.8.2角色管理

系统的各类用户角色信息和访问权限由指定的系统管理员完成设置，满足不同用户的角色分类和系统操作要求。

4.8.3资源管理

系统管理员可通过系统各个模块及相关功能点的资源类型及路径完成资源管理。

4.8.4拌和机管理

用于管理各拌和机的基本信息及该拌和机的技术标准信息。

4.8.5拌合站字段管理

配置各拌和机显示信息，满足生产及查询浏览的不同要求。

4.8.6手机号码配置

配置相关手机用户的群组，并将手机号码植入系统，作为系统报警的依据。

4.8.7短信报警配置

配置系统需要报警的各类信息，包括拌合时间和原材料用量等。

4.8.8项目部管理

根据指挥部组织机构设置和项目部数量对其进行结构信息的维护。

Claims (2)

1.一种混凝土拌合站生产过程动态监控系统方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）、混凝土配合比确定：根据设计要求的各种混凝土工程指标，试验机构通过试验确定相应的材料配合比；

2）、配合比数据库建立：通过试验确定的混凝土配合比数据录入储存，做为监控系统进行对比分析的参照依据；

3）、拌合机控制电脑数采插件安装：在混凝土拌合站控制电脑上安装运行数据自动采集插件；

4）、拌合机运行数据自动采集发送：数采插件自动将正在运行的拌合机运行数据实时采集，通过GPRS无线信号自动传送至远程WEB服务器；

5）、WEB服务器接收并储存数据：远程WEB服务器接收各个拌合站数采单元发送的拌合机运行数据，统一储存并接收后处理；

6）、数据智能化处理：WEB服务器将收集储存的数据自动进行处理；

7）、用户登录查询：授权用户通过internet登录监控系统网页，实时监控混凝土拌合站生产过程，查询历史数据和统计分析报表，进行必要的报表下载；或用户利用手机短信接收超限作业信息并干预拌合站现场操作。

2.根据权利要求1所述的混凝土拌合站生产过程动态监控系统方法，其特征在于：所述步骤6）中，WEB服务器将收集储存的数据自动进行处理主要包括以下功能实现：

（1）、混凝土拌合时间汇总图示，与配合比数据库指标比较，误差超过规定限值时向指定的管理用户发送手机短信；

（2）、材料用量汇总图示，与配合比数据库指标比较，误差超过规定限值时向指定的管理用户发送手机短信；

（3）、产能分析，根据不同检索条件自动汇总混凝土生产总量；

（4）原材料用量统计，系统自动汇总不同监控范围、不同拌合站、不同类型等级混凝土所用的各类原材料数量，与配合比数据库指标比较计算材料用量误差；

（5）成本核算，通过设计配合比原材料理论数量与实际使用数量比较，分析材料成本节超。

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