CN107288660B - 一种移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制装置及方法，其包括能获取喷射控制指令的人机交互单元、喷射过程中采集各传感信号的传感信号采集单元、控制单元及输出信号单元。如此，本方法以喷射操控指令为依据，结合检测到的各传感信号，由控制单元进行运算处理，以对各喷射物的输出含量进行动态调节，保证实际混合喷射物的品质，同时为喷射系统的安全运行提供保障，降低操作者的劳动强度。
Description
技术领域
本发明涉及移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制装置及方法，具体涉及一种根据当前喷射操控指令及喷射过程中的各传感信号检测值，实现对各喷射物含量的实时动态调节，以达到保证实际混合喷射物的品质的效果，同时为喷射系统的安全运行提供保障，降低操作者的劳动强度的控制装置及方法。
背景技术
移动式混凝土喷射机械手在进行喷射作业时，需要根据不同隧道施工工艺对喷射混合物的组成进行配比调节。喷射混合物可简要理解为混凝土和速凝剂的混合组成物，混凝土由泵送系统进行输送，速凝剂则一般由速凝剂泵进行输送。
现有一般是通过在人机交互系统中按照实际施工工艺需求，先调节混凝土泵送量与速凝剂量的配比关系，然后在喷射施工过程中，根据当前的泵送方量大小，调节速凝剂泵的输送量。但是，诸类喷射控制系统在运行时，均只考虑了泵送系统以及速凝剂调节系统运行正常的工况，当此两系统中任意一系统出现运行异常时，往往需要人工根据当前的喷射物的喷出状态或效果进行判断，存在一定的延时，其施工面往往需要返工，严重影响了施工效率，同时造成了物料的浪费。
为此需要开发设计一种控制装置及方法，在混凝土泵送系统或速凝剂调节系统出现异常运转的工况时，自动对喷射动作进行调节。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术中在混凝土泵送系统或速凝剂调节系统出现异常运转的工况时，无法对喷射动作进行自动干预的问题，提供一种移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制装置及方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制装置，该装置包括人机交互单元、传感信号采集单元、控制单元及输出信号单元，其中：
人机交互单元，与该控制单元连接，用于接收操作者的喷射操控指令，并将接收到的喷射操控指令传送至控制单元，用于设定混凝土泵送速度最小值Hmin方/小时和速凝剂输送速度最小值Lmin升/小时并发送至控制单元；同时接收并显示控制单元反馈的每次喷射控制指令状态信息；
传感信号采集单元，包括料位传感器、液位传感器及流量开关传感器，该料位传感器设置于混凝土泵送系统的料斗中以用于检测料斗中的混凝土量，该液位传感器设置于速凝剂调节系统的速凝剂储存桶中以用于检测速凝剂储存桶中的速凝剂量，该流量开关传感器设置于速凝剂调节系统的速凝剂输送管道中以用于检测速凝剂输送量；该传感信号采集单元与该控制单元连接，用于将各传感器采集的各传感信号传送至控制单元；
控制单元，用于接收人机交互单元传送的喷射操控指令、混凝土泵送速度最小值和速凝剂输送速度最小值，同时接收传感信号采集单元采集到的各传感信号，并将该喷射操控指令与各传感信号相结合进行运算处理后输出喷射控制指令，并将该喷射控制指令发送到输出信号单元，同时将该喷射控制指令的状态信息反馈至人机交互单元进行显示；
输出信号单元，与该控制单元连接，用于接收控制单元发出的喷射控制指令，并将该喷射控制指令输出至混凝土泵送系统和速凝剂调节系统，以对喷射过程中混凝土泵送量及速凝剂的添加量进行动态调节。
上述提及的喷射控制指令状态信息包括各传感器的传感信号信息以及当前喷射状态信息。
本发明同时提供一种移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制方法，该方法具体步骤如下：
A.设置各传感器：于混凝土泵送系统的料斗中设置料位传感器以检测料斗中的混凝土量，于速凝剂调节系统的速凝剂储存桶中设置液位传感器以检测速凝剂储存桶中的速凝剂量，于速凝剂调节系统的速凝剂输送管道中设置流量开关传感器以检测速凝剂输送量；
B.人机交互单元获取操作者的喷射操控指令并发送至控制单元，并设定一混凝土泵送速度最小值Hmin方/小时和速凝剂输送速度最小值Lmin升/小时发送至控制单元；同时传感信号采集单元中各传感器实时采集各传感信号并发送至控制单元；
C.控制单元接收该喷射操控指令、混凝土泵送速度最小值和速凝剂输送速度最小值，并结合接收的各传感信号进行运算处理后输出喷射控制指令，通过输出信号单元将该喷射控制指令发至混凝土泵送系统和速凝剂调节系统，以对喷射过程中混凝土泵送量及速凝剂的添加量进行动态调节；同时控制单元将该喷射控制指令的状态信息反馈至人机交互单元进行显示；
其中，上述提及的喷射控制指令的运算处理过程如下：
设定混凝土与速凝剂的配比关系为K，即每泵送1m³的混凝土需要K升速凝剂；
分为根据混凝土输送情况和速凝剂输送情况分别对喷射控制系统进行调节，具体如下：
根据混凝土输送情况对喷射控制系统进行调节时：设定料斗中料位传感器采集的混凝土量传感信号为h米，同时设定一料位低预警值h1米及一料位过低值h2米；当操作者操作启动自动喷射动作时，若h≥h1时，则维持现有的喷射控制系统参数；若h2＜h＜h1时，降低混凝土泵送速度至Hmin方/小时，同时依据混凝土与速凝剂的配比关系，速凝剂的输送量随之减少；若h≤h2时，则停止自动喷射动作，即停止混凝土泵送和速凝剂输出；
根据速凝剂输送情况对喷射控制系统进行调节时：设定速凝剂输送管道中的流量开关传感器采集的信号为K1，并设定速凝剂输送管道中有速凝剂流动时，该流量开关闭合即K1=TRUE，无速凝剂流动时，该流量开关断开即K1=FALSE；同时设定速凝剂储存桶中的液位传感器采集的速凝剂液位信号为a米，并设定一液位低预警值a1米和一液位过低值a2米；当操作者启动自动喷射动作时，若a≥a1，且K1=TRUE时，则维持现有的喷射控制系统参数；当a≥a1，且K1=FALSE时，则停止混凝土泵送和速凝剂输出；当a2＜a＜a1，且K1=TRUE时，则降低速凝剂输送量至速凝剂输送速度为Lmin升/小时，同时依据混凝土与速凝剂的配比关系，混凝土泵送速度也随之降低；当a2＜a＜a1，且K1=FALSE时，则停止混凝土泵送和速凝剂输出；当a≤a2时，则停止喷射动作，即停止混凝土泵送和速凝剂输出。
本发明以料位传感器对料斗中混凝土的料位进行判断，并将其用于辅助进行混凝土输送状态的判断，作为调节混凝土泵送速度和速凝剂输出量的影响因素；以液位传感器对速凝剂储存桶中的速凝剂液体液位进行判断，并以流量开关传感器结合速凝剂输送管道中速凝剂液体的流动状态，辅助进行速凝剂输送状态的判断，作为调节混凝土泵送速度和速凝剂输出量的影响因素；人机交互单元可对当前操控信号、各传感器的传感信号值以及当前喷射状态信息进行实时展示，能实现喷射混合物的动态实时控制，并为操作者提供了良好的自动喷射状态监视系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：在操控进行自动喷射动作过程中，通过判断料斗中的混凝土料位信号、速凝剂储存桶中的速凝剂液位信号、速凝剂输送管道中的速凝剂流量信号，按照特定的控制逻辑，对自动喷射中混凝土泵送系统、速凝剂调节系统中的输送系统进行匹配控制，避免了因为混凝土料不足导致的速凝剂浪费，或速凝剂输送不足导致的喷射物达不到施工工艺要求而需要返工，从而避免了该些现象直接带来的经济损失，及给隧道施工带来的一定质量安全隐患。
附图说明
图1是本发明喷射物自动调节控制装置的组成框图。
具体实施方式
本发明为一种移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制装置及方法，移动式混凝土喷射机械手喷射物可简要理解为混凝土和速凝剂的混合组成物，混凝土由泵送系统进行输送，速凝剂则一般由速凝剂泵进行输送，本发明通过对自动喷射中混凝土泵送系统、速凝剂调节系统中的输送系统进行匹配控制，能避免混凝土泵送系统或速凝剂调节系统出现异常运转时，对与之对应的速凝剂量或泵送量进行调节。
参见图1，本装置包括人机交互单元、传感信号采集单元、控制单元及输出信号单元，其中：
人机交互单元，与该控制单元连接，用于接收操作者的喷射操控指令（自动喷射的启动和停止等），并将接收到的喷射操控指令传送至控制单元；用于设定混凝土泵送速度最小值Hmin方/小时和速凝剂输送速度最小值Lmin升/小时并发送至控制单元；同时接收并显示控制单元反馈的每次喷射控制指令状态信息（包括下述提及的各传感器的传感信号值以及当前喷射状态信息）；
传感信号采集单元，包括料位传感器、液位传感器及流量开关传感器，该料位传感器设置于混凝土泵送系统的料斗中以用于检测料斗中的混凝土量，该液位传感器设置于速凝剂调节系统的速凝剂储存桶中以用于检测速凝剂储存桶中的速凝剂量，该流量开关传感器设置于速凝剂调节系统的速凝剂输送管道中以用于检测速凝剂输送量。该传感信号采集单元与该控制单元连接，用于将各传感器采集的各传感信号（料位传感器检测到的料斗中的混凝土量、液位传感器检测到的速凝剂储存桶中的速凝剂量以及流量开关传感器检测到的速凝剂输送管道中的速凝剂输送量）传送至控制单元；
控制单元，用于接收人机交互单元传送的喷射操控指令、混凝土泵送速度最小值和速凝剂输送速度最小值，同时接收传感信号采集单元采集到的各传感信号，并将该喷射操控指令与各传感信号相结合进行运算处理后输出喷射控制指令，并将该喷射控制指令发送到输出信号单元，同时将该喷射控制指令的相关状态信息反馈至人机交互单元进行显示；
输出信号单元，与该控制单元连接，用于接收控制单元发出的喷射控制指令，并将该喷射控制指令输出至混凝土泵送系统和速凝剂调节系统，以对喷射过程中混凝土料及速凝剂的输送量进行动态调节。
本发明利用上述移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制装置进行喷射物自动调节控制的方法，具体步骤如下：
A.设置各传感器，具体为：于混凝土泵送系统的料斗中设置料位传感器以检测料斗中的混凝土量，于速凝剂调节系统的速凝剂储存桶中设置液位传感器以检测速凝剂储存桶中的速凝剂量，于速凝剂调节系统的速凝剂输送管道中设置流量开关传感器以检测速凝剂输送量；
B.人机交互单元获取操作者的喷射操控指令（自动喷射的启动和停止等）并发送至控制单元，并且设定混凝土泵送速度最小值Hmin方/小时和速凝剂输送速度最小值Lmin升/小时发送至控制单元；同时传感信号采集单元中各传感器实时采集各传感信号并发送至控制单元；
C.控制单元根据接收的喷射操控指令、混凝土泵送速度最小值和速凝剂输送速度最小值，并结合接收的各传感信号进行逻辑运算处理后输出喷射控制指令，通过输出信号单元将该喷射控制指令发至混凝土泵送系统和速凝剂调节系统，以对喷射过程中混凝土泵送量及速凝剂的添加量进行动态调节；同时控制单元将该喷射控制指令的相关状态信息反馈至人机交互单元进行显示；
其中，上述提及的逻辑运算处理过程如下：
设定混凝土与速凝剂的配比关系为K，即每泵送1m³的混凝土需要K升速凝剂。
1.根据混凝土输送情况对喷射控制系统进行调节：
设定料斗中料位传感器采集的传感信号（混凝土量）为h米，以判断料斗中的混凝土量的状况，并以此推断在泵送时混凝土输送情况；同时设定一料位低预警值h1米（因为如果料斗中混凝土料位偏低，对混凝土泵送系统的吸料有一定影响，即实际混凝土输送管中可能存在局部的空管）、及一料位过低值h2米（因为如果料斗中的混凝土料位过低，将严重影响混凝土泵送系统的吸料，混凝土输出管中存在大量的空管）。
当操作者操作启动自动喷射动作时，若h≥h1时，则维持现有的喷射控制系统参数；
若h2＜h＜h1时，降低混凝土泵送速度至Hmin方/小时（泵送速度通过调节主泵排量比例电磁阀的控制参数（电流或电压值）来实现，为现有技术），同时依据混凝土与速凝剂的配比关系，速凝剂的输送量随之减少（速凝剂的输送量由速凝剂泵的运转速度来决定，速凝剂泵一般采用电机或液压马达驱动，则可以通过调节电机或液压马达的转速即可实现速凝剂量的输送量调节，为现有技术）；
若h≤h2时，则停止自动喷射动作，即停止混凝土泵送和速凝剂输出。
在进行上述三种区间的划分确定时，均需做保持延时处理（常规的处理技术），避免在区间之间跳变。
2.根据速凝剂输送情况对喷射控制系统进行调节：
设定速凝剂输送管道中的流量开关传感器采集的信号为K1，并设定速凝剂输送管道中有速凝剂流动时，该流量开关闭合（即K1为TRUE），无速凝剂流动时，该流量开关断开（即K1为FALSE）；
同时设定速凝剂储存桶中的液位传感器采集的速凝剂液位信号为a米，以判断速凝剂储存桶中速凝剂量的状况，并设定一液位低预警值a1米（速凝剂储存桶中速凝剂液位偏低，需要补充速凝剂）和一液位过低值a2米（速凝剂液位偏低，将影响其输送，需要补充速凝剂）。
当操作者启动自动喷射动作，
若a≥a1，且K1=TRUE时，则维持现有的喷射控制系统参数；
当a≥a1，且K1=FALSE时，则停止混凝土泵送和速凝剂输出；
当a2＜a＜a1，且K1=TRUE时，则降低速凝剂输送量至速凝剂输送速度为Lmin升/小时，同时依据混凝土与速凝剂的配比关系，混凝土泵送速度也随之降低。
当a2＜a＜a1，且K1=FALSE时，则停止混凝土泵送和速凝剂输出；
当a≤a2时，则停止喷射动作，即停止混凝土泵送和速凝剂输出。
在进行上述五种区间的划分确定时，均需做保持延时处理（为常规技术），避免在区间之间跳变。
如此，藉由混凝土料位信号能推断出混凝土的泵送情况，结合速凝剂液位低信号及流量开关传感器信号推断出在速凝剂泵运转时速凝剂的输送情况；通过控制单元，在混凝土泵送系统或速凝剂调节系统出现异常运转时，能将与之对应的速凝剂量或混凝土泵送量实时进行调节。
Claims (3)
1.一种移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制装置，其特征在于，该装置包括人机交互单元、传感信号采集单元、控制单元及输出信号单元，其中：
人机交互单元，与该控制单元连接，用于接收操作者的喷射操控指令，并将接收到的喷射操控指令传送至控制单元，且用于设定混凝土泵送速度最小值Hmin和速凝剂输送速度最小值Lmin并发送至控制单元；同时接收并显示控制单元反馈的每次喷射控制指令状态信息；
传感信号采集单元，包括料位传感器、液位传感器及流量开关传感器，该料位传感器设置于混凝土泵送系统的料斗中以用于检测料斗中的混凝土量，该液位传感器设置于速凝剂调节系统的速凝剂储存桶中以用于检测速凝剂储存桶中的速凝剂量，该流量开关传感器设置于速凝剂调节系统的速凝剂输送管道中以用于检测速凝剂输送量；该传感信号采集单元与该控制单元连接，用于将各传感器采集的各传感信号传送至控制单元；
控制单元，用于接收人机交互单元传送的喷射操控指令、凝土泵送速度最小值和速凝剂输送速度最小值，同时接收传感信号采集单元采集到的各传感信号，并将该喷射操控指令与各传感信号相结合进行运算处理后输出喷射控制指令，并将该喷射控制指令发送到输出信号单元，同时将该喷射控制指令的状态信息反馈至人机交互单元进行显示；
输出信号单元，与该控制单元连接，用于接收控制单元发出的喷射控制指令，并将该喷射控制指令输出至混凝土泵送系统和速凝剂调节系统，以对喷射过程中混凝土泵送量及速凝剂的添加量进行调节。
2.如权利要求1所述的一种移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制装置，其特征在于，所述喷射控制指令状态信息包括各传感器的传感信号信息以及当前喷射状态信息。
3.一种移动式混凝土喷射机械手喷射物自动调节控制方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
A.设置各传感器：于混凝土泵送系统的料斗中设置料位传感器以检测料斗中的混凝土量，于速凝剂调节系统的速凝剂储存桶中设置液位传感器以检测速凝剂储存桶中的速凝剂量，于速凝剂调节系统的速凝剂输送管道中设置流量开关传感器以检测速凝剂输送量；
B.人机交互单元获取操作者的喷射操控指令并发送至控制单元，且人机交互单元设定混凝土泵送速度最小值Hmin和速凝剂输送速度最小值Lmin并发送至控制单元；同时传感信号采集单元中各传感器实时采集各传感信号并发送至控制单元；
C.控制单元接收该喷射操控指令、凝土泵送速度最小值和速凝剂输送速度最小值，并结合接收的各传感信号进行运算处理后输出喷射控制指令，通过输出信号单元将该喷射控制指令发至混凝土泵送系统和速凝剂调节系统，以对喷射过程中混凝土泵送量及速凝剂的添加量进行调节；同时控制单元将该喷射控制指令的状态信息反馈至人机交互单元进行显示；
其中，上述提及的喷射控制指令的运算处理过程如下：
设定混凝土与速凝剂的配比关系为K，即每泵送1m3的混凝土需要K升速凝剂；分为根据混凝土输送情况和速凝剂输送情况分别对喷射控制系统进行调节：
根据混凝土输送情况对喷射控制系统进行调节时：设定料斗中料位传感器采集的混凝土量传感信号为h米，同时设定一料位低预警值h1米及一料位过低值h2米；当操作者操作启动自动喷射动作时，若h≥h1时，则维持现有的喷射控制系统参数；若h2＜h＜h1时，降低混凝土泵送速度至Hmin，同时依据混凝土与速凝剂的配比关系，速凝剂的输送量随之减少；若h≤h2时，则停止自动喷射动作，即停止混凝土泵送和速凝剂输出；
根据速凝剂输送情况对喷射控制系统进行调节时：设定速凝剂输送管道中的流量开关传感器采集的信号为K1，并设定速凝剂输送管道中有速凝剂流动时，该流量开关闭合即K1＝TRUE，无速凝剂流动时，该流量开关断开即K1＝FALSE；同时设定速凝剂储存桶中的液位传感器采集的速凝剂液位信号为a米，并设定一液位低预警值a1米和一液位过低值a2米；当操作者启动自动喷射动作时，若a≥a1，且K1＝TRUE时，则维持现有的喷射控制系统参数；当a≥a1，且K1＝FALSE时，则停止混凝土泵送和速凝剂输出；当a2＜a＜a1，且K1＝TRUE时，则降低速凝剂输送量至速凝剂输送速度为Lmin，同时依据混凝土与速凝剂的配比关系，混凝土泵送速度也随之降低；当a2＜a＜a1，且K1＝FALSE时，则停止混凝土泵送和速凝剂输出；当a≤a2时，则停止喷射动作，即停止混凝土泵送和速凝剂输出。
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