CN114398231A - 一种沥青拌合站质量监测系统及其监测方法 - Google Patents

一种沥青拌合站质量监测系统及其监测方法 Download PDF

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周经纬
庄赟靖
张铎
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Abstract

本发明公开了一种沥青拌合站质量监测系统及其监测方法。监测系统包括沥青拌合设备及其控制机构，控制机构包括PLC控制系统和执行机构，质量监测系统由数据采集模块、数据处理模块、通讯模块和预警显示模块组成；本发明通过在监控电脑设置安装数据采集模块、数据处理模块、通讯模块和预警显示模块，并设置为自启动服务，通过数据采集服务链接控制系统数据库，实时读取拌合站生产数据，通过通讯模块网线把数据推送给控制系统设备，控制系统进行边缘计算和存储，通过重量数据、试验筛分结果、预警范围，计算出每盘料的级配、油石比、温度、预警数据，之后预警数据通过RS485推送给智能语音喇叭进行预警播报，通过上网模块把全量数据推送到云端系统。

Description

一种沥青拌合站质量监测系统及其监测方法
技术领域
本发明属于质量监测技术领域，涉及一种沥青拌合站质量监测系统及其监测方法。
背景技术
沥青拌合料大量应用在高速公路等各级道路路面建设中，沥青拌合料的品质、是否合格对整个道路工程的使用寿命、安全性等有着巨大影响。级配、油石比、温度是决定沥青拌合料品质是否合格的重要指标。
沥青拌合站的生产过程由拌合站PLC控制系统、再加上机手的相关操作来管理控制，生产数据、配方数据存储到控制系统数据库中，通常，沥青站2分钟左右生产一盘料。
现有生产系统中PCL控制系统属于客户端软件，无网络通信能力，另外系统只记录每盘料的重量、温度数据，无法体现级配和油石比数据，沥青拌合站品质无法得到保障。
目前针对沥青拌合料质量监测多采用人工抽样鉴别拌合料的品质指标，或采用图像法，在监控室安装摄像机和图像采集卡，对PLC控制系统界面实时拍照、图像分析出拌合料的品质指标。但人工抽样不够全面，抽样率低，误差较大，不能满足需要。图像分析采集数据，准确性不能满足要求，受现场环境条件、人为损坏、设备成本等影响，实施难度较大。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种沥青拌合站质量监测系统及其监测方法。本发明目的是提供一种能够实时获取现场数据，即时进行分析，并随时根据需要发出质量信息的监测系统及其监测方法。
本发明通过以下技术方案实现：
本发明首先提供了一种沥青拌合站质量监测系统，沥青拌合站包括沥青拌合设备及其控制机构，其中，控制机构包括PLC控制系统和执行机构，其特征在于：质量监测系统由数据采集模块、数据处理模块、通讯模块和预警显示模块组成；
数据采集模块，设置于控制电脑的PLC控制系统，用于获取预置信息和生产数据；预置信息包括：配方名称、目标级配、预警范围；生产数据包括：重量、级配、油石比、温度，每隔30s服务自动增量读取一次数据通过通讯模块传送给数据处理模块；生产数据中具体还包括每盘料的出料温度、各个料仓的进料重量、配方数据。
数据处理模块，设置于控制电脑的PLC控制系统，用于计算处理数据模块获取的数据，并将计算结果与预置信息比较；数据处理模块利用云端下发并存储的配置数据：配方名称、目标级配、预警范围，再结合数据采集模块传输过来每盘料各个料仓的重量数据、配方数据，计算出每盘料的级配等，对比预警范围，计算出预警数据；
预警提示模块，设置监控各场景的语音喇叭，用于接收数据处理模块的计算结果，对预警数据进行转义处理，最后对报警信号进行播报；
通讯模块，用于各模块间通讯并将数据全量上传云服务器存储、统计、呈现。
所述数据处理模块配置包括PLC控制系统的数据库文件路径、数据库、登陆账号密码，三个配置信息打桩到数据采集应用程序包init.config文件中；预置信息记录在get.config配置文件中，从云端下发到数据处理模块并存储。
所述数据库类型是Access、mysql、sqlServer。
所述数据处理模块配置安装collect.exe可执行文件采集程序，并设置开机自启动。
所述数据采集模块通过设置于出料口的温度传感器获取拌合料温度。
本发明还提供上述系统在沥青拌合站质量监测的监测方法，包括：数据采集、数据处理、预警显示；
数据采集：
将PLC控制系统数据库文件路径、数据库、数据库登陆账号密码，三个配置信息打桩到数据采集应用程序包init.config文件中；
配方名称、目标级配、预警范围，三个配置信息录入云端系统，记录get.config配置文件；
Win collect服务启动后，解析init.config配置文件，链接PLC控制系统数据库，全量读取data数据库表，通过网线直连推送数据给监控系统设备；生产数据包括：各原料重量、级配、油石比、温度；
更新last_time_flag属性为所读数据最近一条数据记录的时间戳；之后每隔30s服务自动增量读取一次数据，以last_time_flag记录的时间戳往后全量读取；
数据处理：
启动后，从云端下发配方名称、目标级配、预警范围数据到监控系统设备，监控系统设备会进行本地存储，以便后续计算；
级配计算：沥青拌合料由3种以上的集料进行组配，需要计算出每个粒径的实际通过率；计算方法如下：
第i个集料在n级筛分标准通过率为Pi(n)，第i种集料在拌合料中的重量比重xi，那么：集料在第n级筛孔的通过率为P(n)；
则：p(n)＝∑xiPi(n)
第i个集料在n级筛孔通过率的上下限为Pmax(n)、Pmin(n)，判断P(n)是否在Pmax(n)、Pmin(n)区间范围内，超出范围，则生成预警数据，否则判断为合格；
油石比计算：油石比是每盘料的沥青重量除以总重量，根据获取数据判断油石比是否在预警范围内，超出范围，则生成预警数据，否则判断为合格；
温度监控：温度是指拌合料的出料口温度，通过温度传感器采集传输给PLC控制系统并存储，根据获取数据判断温度是否在预警范围内，超出范围，则生成预警数据，否则判断为合格；
预警提示：
根据数据处理产生的预警数据，通过RS485数据口传输给语音喇叭，语音喇叭自带数据转义能力，进行预警播报。
所述预警显示包括监控系统把重量、级配、油石比、预警数据全量上传云服务器，云端系统进行数据存储，预警数据以短信形式发送给相关移动终端，同时在web端进行统计分析、和数据呈现。
本发明沥青拌合站质量监测系统及其监测方法在沥青拌合站监控电脑设置安装数据采集模块、数据处理模块、通讯模块和预警显示模块，数据采集模块设置为自启动服务，通过数据采集服务链接控制系统数据库，实时读取拌合站生产数据，通过通讯模块网线把数据推送给控制系统设备，控制系统进行边缘计算和存储，通过重量数据、试验筛分结果、预警范围，计算出每盘料的级配、油石比、温度、预警数据，之后预警数据通过RS485推送给智能语音喇叭进行预警播报，通过上网模块把全量数据推送到云端系统。
本发明沥青拌合站质量监测系统及其监测方法具有以下优点：精确，理论上不存在误差、误报，读取控制系统数据库生产记录数据，级配、油石比均是通过成熟算法完成，预警根据计算结果而来。全面，对每一盘料均进行了监控和预警，针对问题可以及时发现、及时改进。稳定，系统由采集程序、监控设备、智能喇叭组成终端监控系统，设计、组网清晰简介，监控设备待存储能力、断点续传能力，偶尔的断网不影响系统的正常使用。
附图说明
图1是本发明监控系统流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合附图。
本发明沥青拌合站质量监测系统，沥青拌合站包括沥青拌合设备及其控制机构，其中，控制机构包括PLC控制系统和执行机构，质量监测系统由数据采集模块、数据处理模块、通讯模块和预警显示模块组成；
数据采集模块，设置于PLC控制系统，用于获取预置信息和生产数据；预置信息包括：配方名称、目标级配、预警范围；生产数据包括：质量、级配、油石比、温度，每隔30s服务自动增量读取一次数据并存储和通过通讯模块传送给数据处理模块；
数据处理模块，设置于PLC控制系统，用于计算处理数据模块获取的数据，并将计算结果与预置信息比较；
预警显示模块，包括设置于PLC控制系统的显示设备，设置监控各场景的语音喇叭，用于接收显示数据处理模块的计算结果，并根据预置信息比较结果，对报警信号进行播报；
通讯模块，用于各模块间通讯并将数据全量上传云服务器存储。
本发明沥青拌合站数据采集模块的基础配置数据包括：PLC控制系统数据库文件路径、数据库、数据库登陆账号密码，三个配置信息打桩到数据采集应用程序包init.config文件中，其中，数据库是Access、mysql、或其他类型；配方名称、目标级配、预警范围，三个配置信息录入云端系统，记录get.config配置文件，其中，预警范围包括级配、油石比、温度各预警范围。
本发明通过相应的硬件实现监控及其报警。监控设备、语音喇叭安装固定在拌合站及其监控室合适位置，并采用拌合站220V家用电，电源线带电源适配器，通过4G拨号天线、4芯线链接语音喇叭、网线链接等与监控设备和控制系统联通。
本发明在拌合站监控电脑中预安装数据采集应用程序。采集程序编译为collect.exe可执行文件，拷贝解压到控制电脑指定目录下，打开windows命令提示符应用，切换到安装目录，执行命令collect.exe install，安装采集程序。
本发明在计算机管理应用中，通过已安装的collect应用服务，在服务属性对话框中设置开机自启动。
本发明数据读取通过以下方式进行：服务启动后，解析init.config配置文件，链接PLC控制系统数据库，全量读取data数据库表，通过网线直连推送数据给监控设备，控制电脑共享监控设备的网络流量，通过网线链接。
读取方式是更新last_time_flag属性为所读数据最近一条数据记录的时间戳。
之后每隔30s服务自动增量读取一次数据，以last_time_flag记录的时间戳往后全量读取。
本发明数据处理模块采用边缘计算对沥青拌合料品质指标进行处理。监控系统安装通电后，从云端下发级配标准和预警范围数据到监控系统设备，监控系统设备会进行本地存储，以便后续计算。
级配计算，根据现有技术标准，沥青拌合料一般需要3种以上的集料进行组配，需要计算出每个粒径的实际通过率，目前市面均采用13挡沥青拌合料试验筛分标准。
假设有K种集料，对应K个料仓；
已知：第i个集料在n级筛分标准通过率为Pi(n)，
第i种集料在拌合料中的重量比重xi，
那么：集料在第n级筛孔的通过率为P(n)
则：p(n)＝∑xiPi(n)
标记第i个集料在n级筛孔通过率的上下限为Pmax(n)、Pmin(n)，判断P(n)是否在Pmax(n)、Pmin(n)区间范围内，超出范围，则生成预警数据，传输给语音喇叭进行预警播报。
油石比，是指每盘料的沥青重量除以总重量，判断计算结果是否在预警范围内。
温度，通常是指拌合料的出料口温度，通过温度传感器采集传输给PLC控制并存储，监控系统需要判断温度是否在预警范围内即可。
根据上述计算，产生预警数据，通过RS485数据口传输给语音喇叭，语音喇叭自带数据转义能力，进行播报。
根据上述计算，监控系统设备把质量数据、级配、油石比、预警数据全量上传云服务器，云端系统进行数据存储，预警数据以短信形式发送给相关干系人，同时在web端进行统计分析、和数据呈现。
下面进一步说明本发明监控系统设备组成方案：
主板：选用工业IoT网关ARM主板，嵌入32位处理器、2G内存、2路RS485口、2路RS232口、2路LAN口(输入输出)、2路COM串口，DC 9～36V宽电源输入。
电源：选用工业车载电源，5～34V宽电压输入；输出2～28V之间任意调节，3路输入输出；输出电流12A，最大14A；工作频率250KHz，自带散热、短路保护能力。
配带电源适配器，220V转24V，电源调节为12V输出
给主板12V输出供电供电(两根线红正黑负)，给语音喇叭12V输出供电(两根线红正黑负)。
喇叭：选用工业智能喇叭，9～24V宽电压输入，自带数据解析模块(二进制数据转义为语音播报)，RS485数据通讯协议。
采用四芯线链接监控设备和语音喇叭，两根电源线(两根线，红正黑负)，从电源模块出，两根数据线从主板RS485口出。
拨号模块：选用工业拨号模块EC20,插在主板上，COM串口通信，从主板获取5V电压(主板自带升降压能力)输入。
拨号模块自带抽屉式SIM卡槽，选用移动物联网年卡，5G/月流量套餐。
拨号天线：系统选用3G/4G/GSM/GPRS 800/1800MHZ强磁吸盘大功率车载全频天线，阻抗50欧姆，增益35DBI,驻波比≤1.8。
电源模块、主板、拨号模块组成监控设备黑盒子，喇叭四芯线用四芯航空插头与监控设备链接，拨号天线采用SMA头与设备链接，控制电脑通过网线与监控设备链接。
采用Node-red技术，可视化开发嵌入式代码，通过串口工具把代码烧如入主板，再进行组装测试。

Claims (8)

1.一种沥青拌合站质量监测系统，沥青拌合站包括沥青拌合设备及其控制机构，其中，控制机构包括PLC控制系统和执行机构，其特征在于：质量监测系统由数据采集模块、数据处理模块、通讯模块和预警显示模块组成；
数据采集模块，设置于控制电脑的PLC控制系统，用于获取预置信息和生产数据；预置信息包括：配方名称、目标级配、预警范围；生产数据包括：质量、级配、油石比、温度，每隔30s服务自动增量读取一次数据并存储和通过通讯模块传送给数据处理模块；
数据处理模块，设置于控制电脑的PLC控制系统，用于计算处理数据模块获取的数据，并将计算结果与预置信息比较；数据处理模块利用云端下发并存储的预置数据：配方名称、目标级配、预警范围，再结合数据采集模块传输过来每盘料各个料仓的重量数据、配方数据，计算出每盘料的级配，对比预警范围，计算出预警数据；
预警提示模块，设置监控各场景的语音喇叭，用于接收数据处理模块的计算结果，对预警数据进行转义处理，最后对报警信号进行播报；
通讯模块，用于各模块间通讯并将数据全量上传云服务器存储、统计、呈现。
2.根据权利要求1所述的沥青拌合站质量监测系统，其特征在于：所述数据处理模块配置包括PLC控制系统的数据库文件路径、数据库、登陆账号密码，三个配置信息打桩到数据采集应用程序包init.config文件中；预置信息记录在get.config配置文件中，从云端下发到数据处理模块并存储。
3.根据权利要求2所述的沥青拌合站质量监测系统，其特征在于：所述数据库类型是Access、mysql、sqlServer。
4.根据权利要求1所述的沥青拌合站质量监测系统，其特征在于：所述数据处理模块配置安装collect.exe可执行文件采集程序，并设置开机自启动。
5.根据权利要求1所述的沥青拌合站质量监测系统，其特征在于：所述数据采集模块通过设置于出料口的温度传感器获取拌合料温度。
6.一种沥青拌合站质量监测方法，其特征在于：采用权利要求1至5任一项所述监测系统进行监测；监测方法包括：数据采集、数据处理、预警显示；
数据采集：
将PLC控制系统数据库文件路径、数据库、数据库登陆账号密码，三个配置信息打桩到数据采集应用程序包init.config文件中；
配方名称、目标级配、预警范围，三个配置信息录入云端系统，记录get.config配置文件；
Win collect服务启动后，解析init.config配置文件，链接PLC控制系统数据库，全量读取data数据库表，通过网线直连推送数据给监控系统设备；生产数据包括：各原料质量、级配、油石比、温度；
更新last_time_flag属性为所读数据最近一条数据记录的时间戳；之后每隔30s服务自动增量读取一次数据，以last_time_flag记录的时间戳往后全量读取；
数据处理：
启动后，从云端下发配方名称、目标级配、预警范围数据到监控系统设备，监控系统设备会进行本地存储，以便后续计算；
级配计算：沥青拌合料由3种以上的集料进行组配，计算出每个粒径的实际通过率；根据获取数据判断，超出范围，则生成预警数据，否则判断为合格；
油石比计算：油石比是每盘料的沥青重量除以总重量，根据获取数据判断油石比是否在预警范围内，超出范围，则生成预警数据，否则判断为合格；
温度监控：温度是指拌合料的出料口温度，通过温度传感器采集传输给PLC控制系统并存储，根据获取数据判断温度是否在预警范围内，超出范围，则生成预警数据，否则判断为合格；
预警提示：
根据数据处理产生的预警数据，通过RS485数据口传输给语音喇叭，语音喇叭自带数据转义能力，进行预警播报。
7.根据权利要求6所述的沥青拌合站质量监测方法，其特征在于：所述预警显示包括监控系统把重量、级配、油石比、预警数据全量上传云服务器，云端系统进行数据存储，预警数据以短信形式发送给相关移动终端，同时在web端进行统计分析、和数据呈现。
8.根据权利要求6所述的沥青拌合站质量监测方法，其特征在于：计算方法如下：所述级配计算方法如下：
第i个集料在n级筛分标准通过率为Pi(n)，第i种集料在拌合料中的重量比重xi，那么：集料在第n级筛孔的通过率为P(n)；
则：p(n)＝∑xiPi(n)
第i个集料在n级筛孔通过率的上下限为Pmax(n)、Pmin(n)，判断P(n)是否在Pmax(n)、Pmin(n)区间范围内，超出范围，则生成预警数据，否则判断为合格。
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