CN108196487A - 一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统及监控方法 - Google Patents

Abstract

一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统及监测方法，包括车载控制端、人机模块、信息采集模块和执行模块；车载控制端包括泵车控制处理模块和无线网络通信模块，人机模块、信息采集模块和执行模块均连接到泵车控制处理模块；泵车控制处理模块用于数据处理和存储；人机模块能够为泵车控制处理模块输入指令，同时能够显示施工参数信息以及报警信息；信息采集模块用于监测拖式混凝土泵车泵送混凝土时的活塞位移信息和混凝土泵进油路压力信息以及泵车的位置信息，本发明实现了成桩过程中的混凝土流量的信息化监控，并同时获取了有关泵车当天运行状态的施工参数信息，进而提高了施工效率。

Description

一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统及监控方法

技术领域

本发明属于建筑机械技术领域，特别涉及一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统及监控方法。

背景技术

目前拖式混凝土泵车主要用于建筑施工过程的路基处理中，其主要的工作过程为：混凝土运输罐车将混凝土从远处的混凝土拌合站处运输至施工场地，再由施工现场的拖式混凝土泵车完成具体的混凝土灌注工作。

对于桩基的施工处理，为确保成桩质量达到一定的密实度，除了要保证混凝土的坍落度控制在160-200mm外，通常对每根桩使用的混凝土量也有一个大致的理论流量，若混凝土的实际使用量远低于理论使用量，则可能会导致桩径偏小或缩颈断桩，若混凝土使用流量远高于理论使用量，则又会造成水泥浆分布不匀以及出现混凝土的浪费现象，故而对每个桩位的混凝土使用量都需要严格监控。

传统施工过程中，对于每根桩位的混凝土使用量一般采用大体估测，其具体方法为：每次混凝土运输罐车运送一定量的混凝土，根据每辆混凝土罐车混凝土的成桩个数，可以大致估算每根桩的混凝土使用量。该方法不能实时监测每根桩的混凝土使用量，故而不能有效提高成桩的合格率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统及监控方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，包括车载控制端、人机模块、信息采集模块和执行模块；车载控制端包括泵车控制处理模块和无线网络通信模块，人机模块、信息采集模块和执行模块均连接到泵车控制处理模块；泵车控制处理模块用于数据处理和存储；人机模块能够为泵车控制处理模块输入指令，同时能够显示施工参数信息和报警信息；信息采集模块用于监测拖式混凝土泵车泵送混凝土时的活塞位移信息和混凝土泵进油路压力信息以及泵车的位置信息；执行模块包括驱动器和继电器，驱动器的信号输入端与泵车控制处理模块的信号输出端相连接，驱动器的信号输出端与继电器的信号输入端相连接，泵车控制处理模块能够通过驱动器控制继电器的通断，进而控制混凝土泵送的启停。

进一步的，还包括电源模块和报警模块，电源模块用于为车载控制端提供稳定的电压；报警模块包括信号灯和蜂鸣器，信号灯和蜂鸣器的信号输入端分别与泵车控制处理模块的信号输出端相连接，报警模块用于语音提醒泵车操作手及时作出调整。

进一步的，无线网络通信模块为GPRS通信模块，用于外部数据的接收和发送；无线网络通信模块与泵车控制处理模块相连接，能够与泵车控制处理模块进行数据传输。

进一步的，人机模块包括触摸屏控制器和触摸屏；触摸屏控制器与泵车控制处理模块相连接，触摸屏控制器能够与触摸屏之间相交互，泵车操作手通过触摸屏向该系统输入指令。

进一步的，信息采集模块包括压力传感器、位移传感器和GPS卫星，压力传感器、位移传感器和GPS卫星均连接到泵车控制处理模块，GPS卫星与泵车控制处理模块之间设置有GPS定位模块；压力传感器用于采集混凝土泵进油路上的压力信号；位移传感器用于采集混凝土泵车上的混凝土缸活塞的位移量大小；GPS定位模块用于采集拖式混凝土泵车的位置信息。

进一步的，还包括长螺旋钻机控制处理模块和远程服务器，长螺旋钻机控制处理模块安装于与拖式混凝土泵车配合使用的长螺旋钻机上，长螺旋钻机控制处理模块包括GPRS通讯模块，长螺旋钻机控制处理模块能够与泵车控制处理模块进行无线数据传输，能够与远程服务器进行通讯。

进一步的，车载控制端、人机模块和电源模块均安装在拖式混凝土泵车的车身上，执行模块安装在泵车的电器部分，信息采集模块的位移传感器通过一个固定支架安装于拖式混凝土泵车的水箱处，压力传感器安装在泵车混凝土泵的进油路上；GPS定位模块安装在泵车车身上。

进一步的，泵车控制处理模块为工控机。

进一步的，一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤01，泵车控制处理模块通过无线网络通信模块接收外部指令；

步骤02，通过信息采集模块的压力传感器和位移传感器实时监控混凝土泵进油路上的压力信号，监控混凝土泵车上的混凝土缸活塞的位移量大小，并且通过对压力传感器或位移传感器所监测出来的波形进行计数求得单根桩的混凝土泵送次数信息,通过GPS定位模块监控拖式混凝土泵车的位置信息；

步骤03，泵车在自动工作模式下，钻机钻孔结束需要混凝土泵送时，钻机操作手发送指令给泵车执行模块，开始灌注混凝土，或在手动工作模式下，通过语音提醒和触摸屏显示提醒泵车操作手开始混凝土灌注；通过信息采集模块采集混凝土泵车上的混凝土缸活塞的位移量和液压缸进油路上的压力信号可计算求得活塞每次推送的有效位移，其中泵送次数可以通过对压力信号或者位移信号的波形进行计数得到；

根据公式：

注：D₁-混凝土缸的直径

S_i-活塞每次推送的有效位移

n-泵送次数信息

实时监测单根桩的混凝土的使用量、单根桩泵送次数、累计混凝土泵入量、泵车累次运行时间、泵车位置信息；并通过人机模块将信息传递给泵车操作人员；

步骤04，泵车在自动工作模式下，钻机钻孔结束需要停止混凝土泵送时，钻机操作手发送指令给执行模块，停止灌注混凝土，或在手动工作模式下，通过语音提醒和触摸屏显示提醒泵车操作手停止混凝土灌注；当泵车操作手发现料斗内部的混凝土料将要完时，立，需要通过人机模块向钻机操作手发送指令语音提醒以及触摸屏显示通知钻机操作手停止提钻，然后才能停止泵送混合料。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明实现了对拖式混凝土泵车单根桩泵送流量的实时监控，同时可以实时监控单根桩泵送次数信息、累计混凝土泵入量、泵车累积运行时间。控制处理模块将信息采集模块所采集到的压力信号、位移信号、泵车位置信息通过分析、处理、存储可以得到单根桩泵送次数信息、单根桩混凝土流量信息、累计混凝土泵入量、泵车累积运行时间，泵车位置信息，并通过与工控机相连接的人机模块将这些施工参数显示出来，方便泵车操作人员的现场查看，当单根桩泵送结束后，同时将这些处理结果通过GPRS通信模块无线传输给长螺旋钻机的控制处理模块，以供长螺旋钻机控制处理模块对这些处理结果的进一步地处理分析，处理完成后将处理结果发送至远程服务器，远程服务器若要向泵车发送相关指令，可以将指令通过GPRS无线通讯模块传输给长螺旋钻机控制处理模块，再由长螺旋钻机控制处理模块通过GPRS无线通讯模块将指令信息传输给泵车控制处理模块，由泵车控制处理模块通过触摸屏显示以及报警模块语音提醒泵车操作人员。本发明实现了成桩过程中对单根桩混凝土流量的信息化监控，提高了施工效率。

附图说明

图1是本发明专利的主体框架连接示意图。

图2是本发明专利的细化框架连接示意图。

图3是本发明专利的拖式混凝土泵车局部结构图。

图4是本发明专利的位移传感器安装示意图。

图5是本发明专利的压力传感器安装原理示意图。

图6是位移传感器和压力传感器采集信息示意图。

1、主油缸；2、主油缸；3、水箱；4、换向开关；5、混凝土缸；6、混凝土缸；7、混凝土缸活塞；8、混凝土缸活塞；9、料斗；10、分配阀；11、摆臂；12、摆动油缸；13摆动油缸；14、出料口；15、活塞杆；16、主液压缸；17、定滑轮；18、位移传感器；19、支架；20、固定销；21、水箱；22、压力传感器；23、主液动阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

参见图3简要说明拖式混凝土泵车的工作原理。目前的液压活塞式混凝土泵大多采用液压双缸的形式，其两个液压油缸交替工作，使混凝土的输送工作比较平稳、连续，而且排量也大为增加，充分利用了原动机的功率，是现在应用最为广泛的混凝土泵形式。其工作原理根据分配阀和控制方式的不同也有所不同，但主要区别体现在换向动作的实现上。下面以“S”型管阀式混凝土泵为例，介绍其工作原理。

混凝土缸活塞7和8分别与主油缸1和2活塞杆相连，在主液压缸压力油的作用下往复运动，一个混凝土缸活塞前进，另一个混凝土缸活塞则后退；混凝土缸出口与料斗相连，分配阀一端接出料口，另一端口通过摆动油缸推动摆臂在两混凝土缸口左右摆动，实现分别与两个混凝土缸的连通。泵送混凝土时，在主液压缸压力油的作用下，混凝土缸活塞7前进，混凝土缸活塞8后退，同时在摆动油缸作用下,分配阀10与混凝土缸5连通，混凝土缸6与料斗9连通。这样混凝土缸活塞8后退，便将料斗9内的混凝土吸入混凝土缸；混凝土缸活塞7前进，将混凝土缸内的混凝土经过分配阀从出料口14送出。当混凝土缸活塞后退至行程终端时，主油缸1和2换向，同时摆动油缸12换向，使分配阀10与混凝土缸6连通，混凝土缸5与料斗9连通，这时混凝土缸活塞7后退，8前进。如此循环，从而实现连续泵送。

参见图1和图2，一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，包括车载控制端、人机模块、信息采集模块和执行模块；车载控制端包括泵车控制处理模块和无线网络通信模块，人机模块、信息采集模块和执行模块均连接到泵车控制处理模块；泵车控制处理模块用于数据处理和存储；人机模块能够为泵车控制处理模块输入指令，同时能够显示施工参数信息和报警信息；信息采集模块用于监测拖式混凝土泵车泵送混凝土时的活塞位移信息和混凝土泵进油路压力信息以及泵车的位置信息；执行模块包括驱动器和继电器，驱动器的信号输入端与泵车控制处理模块的信号输出端相连接，驱动器的信号输出端与继电器的信号输入端相连接，泵车控制处理模块能够通过驱动器控制继电器的通断，进而可以使泵车不仅可以在手动工作模式下工作，也可以在自动工作模式下工作。

还包括电源模块和报警模块，电源模块用于为车载控制端提供稳定的电压；报警模块包括信号灯和蜂鸣器，信号灯和蜂鸣器的信号输入端分别与泵车控制处理模块的信号输出端相连接。该系统对于所有需要报警的信息皆采用语音提醒以及触摸屏显示提醒泵车操作手作出相应调整，并可以在触摸屏上点击关闭。

无线网络通信模块为GPRS通信模块，用于外部数据的接收和发送；无线网络通信模块可以实现泵车控制处理模块与钻机控制处理模块之间的信息交互。

人机模块包括触摸屏控制器和触摸屏；触摸屏控制器与泵车控制处理模块相连接，触摸屏控制器能够与触摸屏之间相交互，泵车操作手可以通过人机模块选择该泵送系统是处于自动工作模式下还是手动工作模式。

信息采集模块包括压力传感器、位移传感器和GPS卫星，压力传感器、位移传感器和GPS卫星均连接到泵车控制处理模块，GPS卫星与泵车控制处理模块之间设置有GPS定位模块；压力传感器用于采集混凝土泵进油路上的压力信号；位移传感器用于采集混凝土泵车上的混凝土缸活塞的位移量大小；GPS定位模块用于采集拖式混凝土泵车的位置信息。

还包括长螺旋钻机控制处理模块和远程服务器，长螺旋钻机控制处理模块设置于与拖式混凝土泵车配合使用的长螺旋钻机上，长螺旋钻机控制处理模块包括GPRS通讯模块，长螺旋钻机控制处理模块能够与泵车控制处理模块进行无线数据传输与指令交互。

车载控制端、人机模块、电源模块均安装在拖式混凝土泵车的车身上，执行模块安装在泵车的电器部分，信息采集模块的位移传感器通过一个固定支架安装于拖式混凝土泵车的水箱处，压力传感器安装在泵车混凝土泵的进油路上。GPS定位模块安装在泵车车身上。

泵车控制处理模块为工控机。

一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统的监测方法，包括以下步骤：

步骤01，泵车控制处理模块通过无线网络通信模块接收外部指令；

步骤02，通过信息采集模块的压力传感器和位移传感器实时监控混凝土泵进油路上的压力信号，监控混凝土泵车上的混凝土缸活塞的位移量大小，并且通过对单根桩泵送过程中压力传感器所监测出来的波形进行计数求得单根桩的混凝土泵送次数信息,通过GPS定位模块监控拖式混凝土泵车的位置信息。

步骤03，泵车在自动工作模式下，钻机钻孔结束需要混凝土泵送时，钻机操作手发送指令给泵车执行模块，泵车自动开始灌注混凝土，或在手动工作模式下，通过语音提醒和触摸屏显示提醒泵车操作手开始混凝土灌注。通过信息采集模块采集混凝土泵车上的混凝土缸活塞的位移量和液压缸进油路上的压力信号可计算求得活塞每次推送的有效位移，其中泵送次数可以通过对压力信号或者位移信号的波形进行计数得到；

根据公式：

注：D₁-混凝土缸的直径

S_i-活塞每次推送的有效位移

n-泵送次数信息

实时监测单根桩的混凝土的使用量、单根桩泵送次数、累计混凝土泵入量、泵车累次运行时间，并通过人机模块将信息传递给泵车操作人员；

步骤04，泵车在自动工作模式下，钻机钻孔结束需要停止混凝土泵送时，钻机操作手发送指令给执行模块，泵车自动停止灌注混凝土，或在手动工作模式下，通过语音提醒和触摸屏显示提醒泵车操作手停止混凝土灌注。当泵车操作手发现料斗内部的混凝土料将要完时，需要通过人机模块向钻机操作手发送指令语音提醒以及触摸屏显示通知钻机操作手停止提钻，然后才能停止泵送混合料。

参见图4为所述位移传感器的安装，其用于测量活塞在混凝土缸的实时位移量。本发明采用的位移传感器型号可选用WS17KT-2500-1OV-L10，。安装在液压缸和混凝土缸中间的水箱位置处，为实现位移传感器在水箱上的固定，需要根据水箱的结构和尺寸参数，设计一个三个方向可调的支架，支架上可以固定位移传感器和定滑轮，位移传感器和定滑轮配合使用实现活塞位移的测量，在测量活塞的位移量时，不必考虑防水的问题，可以使该结构简化。需要说明的是位移传感器可以在固定支架上进行X、Y、Z三个方向的调节，以保证位移传感器的钢丝在高度方向上垂直，在水平方向上与活塞杆轴线平行。传感器、定滑轮和固定支架之间都采用螺栓联接，根据实际情况可以随时调节。

参见图5为压力传感器的安装，压力传感器型号可选用BT1000-C-G-C40-M2-02，模拟量电压输出0V-5V。为了测量主液压缸的油压，把压力传感器安装在混凝土泵进油油路的位置上。

参见图6为信号采集模块采集到的压力与活塞位移曲线示意图，通过对主液压缸油压信号波形变化的分析可知，压力信号的各个变化阶段对应着活塞推送混凝土的各个过程。利用压力信号触发位移信号记录活塞行程有效位移，触发位移信号的两个时刻分别是压力波形峰值对应的时刻和分配阀换向对应的时刻。压力信号达到最大值时，混凝土在混凝土缸中被压实并开始推送，当活塞运动到混凝土缸的末端时，分配阀开始换向，这个过程对应的活塞位移为活塞一次推送混凝土的实际有效位移。t1、t2、t3、t4分别代表活塞推程时压实混凝土的时刻、分配阀换向的时刻、活塞回程时另一个活塞压实混凝上的时刻、分配阀换向的时刻。

则混凝土泵实际排出量:

注：D₁-混凝土缸的直径

S_i-活塞每次推送的有效位移

n-泵送次数信息

本发明实现了对拖式混凝土泵车单根灌注桩泵送流量的实时监控，同时控制处理模块分析处理可以得到单根桩泵送次数信息、泵车累计混凝土泵送量、泵车累计运行时间、泵车位置信息等信息，并将泵车对每个成桩的混凝土泵送次数信息，单根灌注桩桩泵送流量信息、泵车累计混凝土泵送量、泵车累计运行时间，泵车位置信息通过人机模块显示出来，方便泵车操作人员的现场查看，单根桩灌注结束后，泵车控制处理模块将这些处理结果通过GPRS通信模块无线传输给长螺旋钻机的控制处理模块，以供长螺旋钻机控制处理模块对这些处理结果的进一步地处理分析，处理完成后将处理结果发送至远程服务器，远程服务器若要向泵车发送相关指令，可以将指令通过GPRS无线通讯模块传输给长螺旋钻机控制处理模块，再由长螺旋钻机控制处理模块通过GPRS无线通讯模块将指令信息传输给泵车控制处理模块，由泵车控制处理模块通过触摸屏显示以及报警模块语音提醒泵车操作人员。本发明不仅实现了成桩过程中的混凝土流量的信息化监控，同时可以获取单根桩泵送次数、泵车累计混凝土泵入量、泵车累积运行时间，提高了施工效率。

Claims (9)

1.一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，其特征在于，包括车载控制端、人机模块、信息采集模块和执行模块；车载控制端包括泵车控制处理模块和无线网络通信模块，人机模块、信息采集模块和执行模块均连接到泵车控制处理模块；泵车控制处理模块用于数据处理和存储；人机模块能够为泵车控制处理模块输入指令，同时能够显示施工参数信息和报警信息；信息采集模块用于监测拖式混凝土泵车泵送混凝土时的活塞位移信息和混凝土泵进油路压力信息以及泵车的位置信息；执行模块包括驱动器和继电器，驱动器的信号输入端与泵车控制处理模块的信号输出端相连接，驱动器的信号输出端与继电器的信号输入端相连接，泵车控制处理模块能够通过驱动器控制继电器的通断，进而控制混凝土泵送的启停。

2.根据权利要求1所述的一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，其特征在于，进一步的，还包括电源模块和报警模块，电源模块用于为车载控制端提供稳定的电压；报警模块包括信号灯和蜂鸣器，信号灯和蜂鸣器的信号输入端分别与泵车控制处理模块的信号输出端相连接，报警模块用于语音提醒泵车操作手及时作出调整。

3.根据权利要求1所述的一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，其特征在于，无线网络通信模块为GPRS通信模块，用于外部数据的接收和发送；无线网络通信模块与泵车控制处理模块相连接，能够与泵车控制处理模块进行数据传输。

4.根据权利要求1所述的一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，其特征在于，人机模块包括触摸屏控制器和触摸屏；触摸屏控制器与泵车控制处理模块相连接，触摸屏控制器能够与触摸屏之间相交互，泵车操作手通过触摸屏向该系统输入指令。

5.根据权利要求1所述的一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，其特征在于，信息采集模块包括压力传感器、位移传感器和GPS卫星，压力传感器、位移传感器和GPS卫星均连接到泵车控制处理模块，GPS卫星与泵车控制处理模块之间设置有GPS定位模块；压力传感器用于采集混凝土泵进油路上的压力信号；位移传感器用于采集混凝土泵车上的混凝土缸活塞的位移量大小；GPS定位模块用于采集拖式混凝土泵车的位置信息。

6.根据权利要求1所述的一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，其特征在于，还包括长螺旋钻机控制处理模块和远程服务器，长螺旋钻机控制处理模块设置于与拖式混凝土泵车配合使用的长螺旋钻机上，长螺旋钻机控制处理模块包括GPRS通讯模块，长螺旋钻机控制处理模块能够与泵车控制处理模块进行无线数据传输，能够与远程服务器进行通讯。

7.根据权利要求1所述的一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，其特征在于，车载控制端、人机模块和电源模块均安装在拖式混凝土泵车的车身上，执行模块安装在泵车的电器部分，信息采集模块的位移传感器通过一个固定支架安装于拖式混凝土泵车的水箱处，压力传感器安装在泵车混凝土泵的进油路上；GPS定位模块安装在泵车车身上。

8.根据权利要求1所述的一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，其特征在于，泵车控制处理模块为工控机。

9.一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统的监控方法，其特征在于，基于权利要求1至8中任一项所述的一种拖式混凝土泵车混凝土流量监控系统，具体步骤包括：

步骤01，泵车控制处理模块通过无线网络通信模块接收外部指令；

步骤02，通过信息采集模块的压力传感器和位移传感器实时监控混凝土泵进油路上的压力信号，监控混凝土泵车上的混凝土缸活塞的位移量大小，并且通过对压力传感器或位移传感器所监测出来的波形进行计数求得单根桩的混凝土泵送次数信息，通过GPS定位模块监控拖式混凝土泵车的位置信息；

步骤03，泵车在自动工作模式下，钻机钻孔结束需要混凝土泵送时，钻机操作手发送指令给泵车执行模块，开始灌注混凝土，或在手动工作模式下，通过语音提醒和触摸屏显示提醒泵车操作手开始混凝土灌注；通过信息采集模块采集混凝土泵车上的混凝土缸活塞的位移量和液压缸进油路上的压力信号可计算求得活塞每次推送的有效位移，其中泵送次数可以通过对压力信号或者位移信号的波形进行计数得到；

根据公式：

注：D₁-混凝土缸的直径

S_i-活塞每次推送的有效位移

n-泵送次数信息

实时监测单根桩的混凝土的使用量、单根桩泵送次数、累计混凝土泵入量、泵车累次运行时间、泵车位置信息；并通过人机模块将信息传递给泵车操作人员；

步骤04，泵车在自动工作模式下，钻机钻孔结束需要停止混凝土泵送时，钻机操作手发送指令给执行模块，停止灌注混凝土，或在手动工作模式下，通过语音提醒和触摸屏显示提醒泵车操作手停止混凝土灌注；当泵车操作手发现料斗内部的混凝土料将要完时，立，需要通过人机模块向钻机操作手发送指令语音提醒以及触摸屏显示通知钻机操作手停止提钻，然后才能停止泵送混合料。