TW202027943A - 攪拌機的控制方法及其相應攪拌機 - Google Patents

Abstract

一種控制混凝土、砂漿、乾粉、乾式及半乾式骨料、水泥基混合物或類似物、或同類摻合物或混合物的攪拌機的方法，含有一個輸入階段，期間向一個攪拌機的控制和命令單元，傳送多個相關需要在攪拌週期處理的混合物配方的輸入資料；一個探測階段，期間探測攪拌機所含一個驅動單元供電線路所特有的一種電量的各數值；一個處理階段，期間控制和命令單元處理在探測階段測到的資料，以便計算隨時間變化產生的總有功功率，並進行一項或多項驗證，把經處理的資料跟一個或幾個已經納入輸入資料中的相應資料進行對比，以便向一個指揮攪拌機運作的可程式設計邏輯控制器，二者擇一地傳送一個允許攪拌週期後混合物卸料的信號，或是一個選擇性相關含負面結果的某個或幾個驗證的異常信號，使操作人員能分別在第一種情況下將混合物從攪拌機裡卸出，而在第二種情況下對攪拌週期採取必然的糾正措施。

Description

攪拌機的控制方法及其相應攪拌機

本發明涉及一種攪拌混凝土、砂漿、乾粉、乾式及半乾顆粒、水泥基混合物或類似物、或同類摻合物或混合物的攪拌機的一種控制方法。

本發明也涉及一種攪拌機，例如臥軸攪拌機，適合按照上述控制方法運作。

在建築行業，長期以來已經普遍使用攪拌機攪拌混凝土、砂漿、乾粉、乾式及半乾顆粒和同類混合物材料，目的是製備大批量上述混合物，產品最好是卸入攪拌車，然後再進行澆築。各攪拌機實例在本專利申請人名下的歐洲專利申請EP-A-1.685.933、EP-A-2.146.795和EP-A-2.146.796有詳細描述。

臥軸和立軸攪拌機為熟知產品。具體而言，傳統臥軸攪拌機包括一個攪拌缸，內含一條或幾條旋轉橫軸，通常是平行排列並反向旋轉，用於攪拌投入上述缸體中的混合物料。

每條旋轉橫向軸都支撐一系列徑向支臂，後者用於撐持各自的攪拌刀，攪拌刀隨著所屬橫向軸的旋轉，能有效介入需攪勻的混合物中，反覆攪動並適當混合投入上述缸體中的混合物料。

攪拌缸外裝有驅動單元，帶動每條攪拌軸的旋轉。根據一些現有技術熟知的實施例，每個驅動單元含有一個電機，直接或通過現有技術熟知類型的傳動裝置，帶動相應的攪拌軸旋轉。

現有技術熟知的攪拌機一般可以配備電流錶和/或功率表，分別用於測量上述驅動單元吸收的電流強度和產生的有功功率。

這些屬於熟知類型並具有標準性能的工具，接著將測到的數值傳送到攪拌機的控制單元，使後者發出指示任何危險情況的警報信號。比如，若出現電流吸收過度，或有功功率產生過度，可能意味著驅動單元運作不正確，因此需要啟動攪拌機上按照現行安全法規配置的安全和保護裝置，譬如停止驅動單元，故此中斷攪拌軸的旋轉。

這個行業一直需要製造堅固而可靠的攪拌機。另一種需求是控制攪拌機的運作，以在攪拌後獲得優質產品，即擁有期望的稠度和均勻度。此外，業內還深切渴望優化攪拌時間，產品一完成就終止攪拌週期，以利節省時間和電能，因而顯著降低攪拌機的運作成本。

所以本發明的目的之一，是完善一種攪拌混凝土、砂漿、乾粉、乾式及半乾顆粒、水泥基混合物或類似物、或同類摻合物或混合物的攪拌機的一種控制方法，能克服影響現有技術熟知攪拌機運作的缺陷，優化攪拌時間以獲得稠度和均勻度特性都符合期望的混合物。

本發明另一個目的是完善一種攪拌機的回饋控制方法，能根據攪拌週期中探測到或被處理的資訊，提示操作人員開展可行的糾正性操作。

本發明又一個目的是完善一種控制一種攪拌機的方法，能延長攪拌機的工作壽命，減少易損件的磨損，以降低維修保養的次數，因此減少費用。

本發明再一個目的是完善一種控制一種攪拌主機的方法，能獲得關於攪拌缸狀態的間接資訊，以不限於此的情形為例，如有關缸體的清潔或保養狀態，以及完全卸空的資訊。

本發明還有一個目的是提供一種能實施上述控制方法的攪拌機，以克服現有技術熟知攪拌機的缺陷。

為了克服現有技術的缺陷，並達到這些及其他目的和優勢，申請人已經設計、試驗並實現了本發明。

本發明作為獨立請求項提出並作特徵說明，而依附請求項則描述本發明的其他特性或相對主要發明理念的變化。

根據上述目的，提供一種攪拌混凝土、砂漿、乾粉、乾式及半乾顆粒、水泥基混合物或類似物、或同類摻合物或混合物的攪拌機的一種控制方法，能克服現有技術的局限並消除其中的缺陷。

按照本發明，控制方法含有一個輸入階段，期間向攪拌機的控制和命令單元發送多種輸入資料，即相關需在攪拌週期內處理的混合物特定配方（即有關混合物組成元素及其數量的“配方”）的資料；並含有一個探測階段，期間要探測攪拌機所含一個驅動單元供電線路所特有的一種電量的各數值。

根據一些實施例，測得的電量選於由電流、電壓、有功功率和無功功率組成的一組。

在一個實施例中，探測階段要使用霍爾效應感測器探測電流。

根據一個實施例，電量值的探測頻率相當高，例如等於或高於每秒5或10次。

根據一個實施例，需要探測一個單一電量，例如電流，並在一個後續處理階段按照測到的電流值，確定上述其他量值。

按照本發明的一個特點，控制方法含有一個處理階段，期間一個控制和命令單元處理在探測階段中測到的資料，來計算隨時間變化產生的總有功功率，並開展一個或數個驗證，把經處理的資料跟一個或幾個已經納入輸入資料的相應資料進行對比，以便向一個指揮攪拌機運作的可程式設計邏輯控制器，二者擇一地傳送一個允許攪拌週期後混合物卸料的信號，或是一個選擇性相關含負面結果的某個或幾個驗證的異常信號，使操作人員能分別在第一種情況下將混合物從攪拌機裡卸出，而在第二種情況下對攪拌週期採取必然的糾正措施。

根據一個實施例，處理階段要用圖再現第一條曲線，也稱為負荷曲線，顯示所計算隨時間變化的總有功功率平均值的發展。根據一個實施例，處理階段要用圖再現第二條曲線，其發展主要跟從第一條曲線，但出現一種以峰值和谷值前後相繼為特徵的波動性發展，顯示每個瞬間計算的、隨時間變化的總有功功率平均淨值的發展。

按照本發明的學說，第一條曲線同處於攪拌週期混合物的稠度直接相關；而在一個實施例中，處理階段要把總有功功率平均值跟一個預設的閾值（已納入輸入資料）進行對比，低於閾值時混合物的稠度被視為合適。

此外，按照本發明，第二條曲線同處於攪拌週期混合物的均勻度直接相關。在一個特殊實施例中，處理階段要計算同y軸平行測量的、每個峰值同相繼谷值之間的距離，然後要把這個距離跟一個作為閾值的預設距離值（已納入輸入資料）進行對比，低於閾值時混合物的均勻度被視為合適。

在一個實施例中，按本發明的方法，當稠度和均勻度兩個值一旦低於各自的閾值，控制和命令單元就會向可程式設計邏輯控制器發送允許卸料的信號。

根據此處提供的實施例，處理階段還驗證攪拌機所含攪拌缸的狀態，尤其是驗證在前一個攪拌週期是否已完全卸空，或者缸體是否需要清潔或保養，或者投入缸內的物料是否超載。在這些實施例中，要驗證攪拌缸上述狀態，即把計算的有功功率平均值，尤其是在攪拌週期某些特定時段的數值，跟已納入輸入資料的適當功率閾值進行對比。通常，如果有功功率平均值高於閾值，就會向可程式設計邏輯控制器發送一個異常信號，以進行必要的糾正性缸體清潔或保養操作，或卸載過多的物料。

根據本發明的一些實施例，處理階段還能把第一條曲線的發展，跟一條已納入輸入資料、直接相關正在加工的混合物特定配方的參考模型曲線進行對比，以驗證它是否一直介於一條公差帶範圍內，後者上方以第一條線為界，下方以第二條線為界，其形狀取決於已納入輸入資料的參考座標。在一個實施例中，處理階段還驗證在某個特定瞬間後，第一條曲線是否一直保持一種遞減的單調發展。根據這些實施例，如果第一條曲線脫離公差帶，或在上述特定瞬間後沒有遞減的單調發展，控制和命令單元就會向可程式設計邏輯控制器發送一個異常信號。

根據一些實施例，控制和命令單元只有在確認到所有上述驗證都已得到正面結果時，才會向可程式設計邏輯控制器發送允許卸料的信號。即使只有一項驗證出現負面結果，也不會傳送允許卸料的信號，取而代之的是一個相應未通過驗證項的異常信號，被發送到可程式設計邏輯控制器。

按照本發明的另一個方面，提供一台帶有一個含有幾條旋轉攪拌軸的攪拌缸、以及至少一個帶動旋轉軸旋轉的驅動單元的攪拌機；此外攪拌機還包含一個控制和命令單元，同攪拌機的可程式設計邏輯控制器通訊，以執行符合本發明的控制方法，而可程式設計邏輯控制器的配置，能指揮同驅動單元連接的變頻器，以便調節和控制其運作。

本發明能有利地優化攪拌週期的持續時間，一旦攪拌物料擁有預期的稠度和均勻度特性，就發出結束信號。

因此，本發明使攪拌機的運行具有很大彈性，因為攪拌週期僅持續必要的時間，不像現有技術的方案那樣，有一個按按照待攪拌混合物配方事先預設的持續時間。應該注意的是，本發明的彈性還能有利地延遲卸料，即使混合物已經攪完，仍可維持一種輕度攪拌，使混合物保持良好的混合狀態，不會受到不必要的過度攪拌，而後者會改變混合物狀態，並因耗費能源和耗損攪拌機的一些部件而增加成本。

這能有利地減少攪拌週期的時間和/或確保，只有在混合物已經達到預期的稠度和均勻度特性時才會卸料。

此外，本發明的控制方法還非常可靠，並能把保養工作降到最低，只有在真正必要時才會開展。

本發明還能延長攪拌機和/或其部件的使用壽命，通過在此描寫的控制方法，主機和部件都不會超負荷，磨損速度也沒那麼快。

本發明的一些形式能按照環境條件，如攪拌缸外和/或內的溫度或濕度，有利地優化攪拌週期。

根據一些實施例，本發明有利地提供一種控制方法，能按照機器學習的技巧，自學之前加工同樣配方的攪拌週期表現，來自動更新輸入資料，如上述閾值，以便進一步改善攪拌週期的優化。

根據此處提供的實施例，按本發明的攪拌機控制方法能有利地加以實施，控制一種適合納入一條現存生產線或工地的攪拌機，無需特別改造。按本發明的控制方法，配置成能控制模組和可擴展性系統裡的攪拌機，可在系統中、在攪拌機上游或下游添加設備或裝置，並同攪拌機連接，無需開展長久而複雜的適應改造工作。

為了便於理解，只要可能，就用同樣的元件符號標示圖中相同的通用元素。並且，一個實施例的元素及特性可以被合宜地納入其他實施例中，無需進一步的解釋。

現詳細說明本發明的各種實施例，其中一個或多個範例顯示在附圖中。每個範例都以顯示為目的，不能視之為一種本身局限。比如，作為一種實施例組成部分而被顯示或描述的特性，可以使用於、或關聯於其他實施例，以便產生另一種實施例。不言而喻，本發明包括所有此類修改和變化。

圖1顯示了一種攪拌機10圖形，如臥軸式，由符合本發明學說的一種方法控制。此處討論的攪拌機10含有幾條旋轉軸（未顯示），用於攪拌有待攪勻的混合物，攪拌軸位於一個適合容納待攪拌混合物的攪拌缸11中。每條旋轉軸都帶有數把攪拌刀，如成型刀，此處也沒有顯示，能有效介入有待拌勻的混合物，進行攪拌並拌勻。

攪拌缸11也能設計成從缸底依靠重力卸出攪完的混合物，通常卸入一個輸送料斗。

在一些實施例中，攪拌機10會包含一個或數個驅動單元12，每個單元含有一個對應馬達，如一個電動馬達，用來帶動旋轉軸的旋轉。例如，可以按照帶動的旋轉軸數量，配置等量的驅動單元12。或者只配置一個驅動單元12，設置成帶動攪拌機10所含的全部旋轉軸。

在一些實施例中，攪拌機10會包含一個現有技術熟知類型的變頻器13，能調節驅動單元12的電源電流的特性參數，以便修改驅動單元12的運作條件。

根據一些實施例，攪拌機10包含一個可程式設計邏輯控制器（或PLC），其方框在圖1中用元件符號14標出，其功能在後面按本發明的控制方法的幾個實施例中，將有更詳盡的描述。

根據一些實施例，攪拌機10還包含一個控制和命令單元15，經適當設計和程式設計，能實施按本發明的方法。在一個實施例中，控制和命令單元15會包含一塊電路板，後者含有數個on-off輸出，用於向可程式設計邏輯控制器14傳送信號，以及數個用於接收輸入資料的輸入。

根據在此描述的一些實施例，控制和命令單元15，通過一個資料介面16，同一個外部資料庫17通訊，後者比如至少含有相關有待攪拌的混合物成份的資訊。

此外，在一些實施例中，控制和命令單元15同一個使用者介面18連接，操作人員通過後者能顯示攪拌機10正在進行的攪拌過程的參數和特性資訊。在一個實施例中，使用者介面18包含一個電子裝置，如一台固定式或可攜式電腦，或一個平板電腦，配有一個顯示幕，如一個觸感型顯示幕，能讓操作人員顯示參數和資料。

要注意的是可程式設計邏輯控制器14和資料介面16，配置成可以分別同一個同源控制器19和一個相應資料介面20通訊，它們位於攪拌機10之外，如位於攪拌機10所在的廠內。

圖2展現一張圖，顯示的範例是一個驅動單元12隨時間變化所吸收的有功功率發展。圖中顯示的曲線也稱作“負荷曲線”，取決於被投入攪拌缸11的物料集合的組成，或“配方”。換而言之，每個“配方”都有自己的特定負荷曲線。

一般在這個領域，所有負荷曲線都含有一些階段，在時間上互相錯開，期間是向攪拌缸11投入待攪拌的物料成份。在一個典型範例中，要先投入骨料（即顆粒狀礦物原料如砂、碎石等），再加水泥，最後加水或其他液體。在某些情況下，也要投入一種或幾種添加劑，後者普遍用於建築領域，如熟知類型的合適增稠劑。

在需進入攪拌週期的配方中，各種不同成份的相對比例 - 用重量表達 – 隨期望獲得的產品而改變。

在建築行業眾所周知，向攪拌缸11投入的多種不同“配方”，典型區分業內不同操作人員製備的不同產品，每個人都可以研製自己的配方來製備各自的產品。

負荷曲線按照配方變化，是因為它取決於被攪拌混合物的物理化學條件。事實上，由於驅動單元12產生的有功功率體現在負荷曲線上，混合物對攪拌刀的阻力越大，產生的有功功率就越大。因此，例如，攪拌缸11裡的固態材料成份越多，有功功率就越高，隨著混合物同加入的液體（如水）拌合，變得更漿狀呈半固體狀態，功率會慢慢降低。

圖中顯示一條第一曲線21，反映在每個瞬間計算的有功功率平均值，以及一條第二曲線22，用圖展現按測到結果計算的有功功率發展。換而言之，第二曲線22的構成，是通過在圖形上列出隨照時間變化計算的所有有功功率值。由於抽樣頻率相當高，在本詳細描述後面更細節的內容裡將會看到，第二曲線22大體上是連續的。

在圖2中，作為不限於此的範例，T1代表骨料開始投入攪拌缸11的那個瞬間，T2代表投入水泥的那個瞬間，而T3則代表投入水的那個瞬間。此外，Ts代表混合物從攪拌缸11卸出的那個瞬間，因此攪拌機10可以停止。要注意的是T1瞬間和Ts瞬間之間相隔的時間，確定了攪拌時間Tmesc。

此外，在這同一個圖裡，還有一條元件符號為23的第一條線，以及一條元件符號為24的第二條線。在一個作為範例顯示在圖中的實施例中，第一條線23擁有同第二條線24一致的發展，但只是沿y軸，相對第二條線24而言向上移動了一定的量。根據一些實施例，第一條線23和第二條線24，可以由折線構成，如圖2所示。根據一個未在此顯示的實施例變化，第一條線23和第二條線24可以有一種大體上連續的發展趨勢，即沒有中斷。

根據一些實施例，第一條線23為曲線21、22限定一個上限，而第二條線24為曲線21、22限定一個下限。換而言之，23、24兩條線確定出一條公差帶，曲線21、22必須一直介於其中。反之，如後面更詳盡的描述，按本發明的控制方法會測到一種運作異常，傳送信號給操作人員。

有關圖3，現詳細描述按照本發明對一種攪拌機10的控制方法各階段。

在一個第一階段（方框30），要選擇有待在攪拌機10裡加工的“配方”，即相對投料總量而言，不同成份配料按重量投入攪拌缸11的相對比例。在一個實施例中，“配方”已保存在公司資料庫17，可以通過資料介面16傳送到控制和命令單元15。

在一個第二階段（方框31），要向控制和命令單元15傳送所選“配方”，還有多個輸入資料，它們也可以保存到公司資料庫17，直接關聯所選“配方”。

傳送到控制和命令單元15的輸入資料至少包含下列一個或幾個資料： -          攪拌時間Tmesc； -          一個或數個缸體清空狀態下產生的最大有功功率閾值Pmax； -          曲線21的特徵閾值，下面會有詳盡的說明； -          曲線22的特徵閾值，下面也會有詳盡的說明； -          23、24線的發展，如中斷點的笛卡爾座標（Pa、T）； -          一種最大超負載有功功率，攪拌機10運作時絕不能達到此極限； -          攪拌機10供電線路的三相電，在電流、或電壓、或有功功率或無功功率上各相之間不平衡的最大極限； -          若有可能，一條充當每個特定“配方”特有“模型”的第一條曲線21，作為按本發明的方法根據攪拌週期裡計算的有功功率平均值構成的第一條曲線21的參考。

最大超負載有功功率可以由一條有功功率參考曲線確定，至少在攪拌週期的一個初始過度時間內不能超過。

接下去有一個探測階段（方框32），期間控制和命令單元15接收在驅動攪拌機10的驅動單元12上測到的多個資料。

在一個實施例中，要探測三相電的電流值。根據此處提供的實施例，使用現有技術熟知類型的霍爾效應感測器測量電流。

在一個較佳實施例中，抽樣探測上述電流值的頻率很高，比如等於或大於10Hz。在其他實施例中，抽樣頻率會是等於或大於5Hz。

接著，按本發明的方法有一個對測到資料的初步處理階段（方框33）。

在初步處理階段，根據在三相中每相所測到的電流和電壓值，計算相應的有功功率和無功功率值。在這個階段，要在每個瞬間對比測到的電流值，以便突顯某一個各相間的不平衡。

在一個實施例中，如果某相的同類值（電流、電壓或功率）相對其他相而言，超出了某個不平衡界限（後者作為輸入資料之一已經傳送到控制和命令單元15），那麼控制和命令單元15就會向可程式設計邏輯控制器14發送出現異常的信號，以便通知操作人員（方框34）。具體而言，這個初步處理階段能向可程式設計邏輯控制器14發信號，指出在哪一相出現了不平衡，以及相關哪一個電量（電流、電壓、有功或無功功率）。如果被監控的每一相所有電量都沒有超過不平衡閾值，那麼這個初步處理階段的結果將是正面的，於是控制方法向可程式設計邏輯控制器14發信號，指出沒有任何不平衡出現，可以進入下一階段。

接下來的這個階段是真正的處理階段（方框35），要計算驅動攪拌機10的驅動單元12所產生的總有功功率。要注意的是這些總有功功率不同於先前在初步處理階段計算的值，後者相關三相電的每一相。

根據本階段計算的總有功功率，可以得到如圖2所示的圖表，特別是一條取決於計算的總有功功率平均值的第一條曲線21，以及第二條曲線21，能反映一段時間裡計算的總有功功率平均值特有的波動發展。

按本發明的方法，處理階段還開展一項或幾項進一步的處理，詳見後面描述。

通常，處理階段的結果，通過向可程式設計邏輯控制器14發送一個信號而實現。這個信號可以是允許攪拌機10（方框36）卸料，條件是所有後續處理和驗證都成功，或在相反情況下，是一個異常信號，有選擇地相關結果是負面的一項驗證/幾項驗證（方框37）。在這種情況下，如下面更詳盡的說明，可程式設計邏輯控制器14發信號給操作人員，通知有必要開展糾正性操作（方框38），比如可能會要求降速或完全停止攪拌機10（方框39）。

稠度。

由攪拌機10製備的混合物稠度，是代表其後續和易性的一個指標，可通過所謂“塌落度試驗”測出，按照行業標準制定機構的規定，測試可以簡單而迅速地，直接在現場，如建築工地開展。

申請人開展的試驗和實驗，反映了第一條曲線21的發展，同正在攪拌的混合物稠度之間，存在著直接的關係。

因此，處理階段要在每個瞬間對比總有功功率平均值（第一條曲線21）和相關第一條曲線21的特徵值，後者作為輸入資料已被傳送到控制和命令單元15。具體而言，這些特徵值至少包含一個預設的閾值，低於閾值時混合物的稠度被視為合適。處理階段要記憶保存這個T_consist_ok瞬間，由此開始混合物的適當稠度已達到。

如果T_consist_ok瞬間在時間上早於Ts，那麼控制和命令單元15就向可程式設計邏輯控制器14發信號，通知比預期瞬間提前達到了適當稠度。

反之，如果T_consist_ok瞬間在時間上遲於Ts，那麼控制和命令單元15就向可程式設計邏輯控制器14發信號，通知尚未達到適當稠度。在這種情況下，操作人員獲知攪拌機10的攪拌週期的持續時間，要比作為輸入資料被保存的預設時間更長，因此卸料瞬間Ts將比預期時間延遲。

均勻度。

在這個領域，攪拌後混合物的均勻度，也是一個確保混合物後續和易性的重要特性。

申請人開展的試驗和實驗，反映了第二條曲線22的發展同正在攪拌的混合物均勻度之間，存在著直接的關係。具體而言，處理階段要計算同y軸平行測量的、每個峰值同相繼谷值之間的距離。這個距離顯示在圖2中，位於曲線的兩個不同點，分別用A1、A2代表。

處理階段因此要在每個瞬間，把每個峰值同相繼谷值之間的計算距離，跟相關第二條曲線22的特徵值進行對比，後者作為輸入資料已被傳送到控制和命令單元15。具體而言，這些特徵值至少包含一個作為閾值的預設距離值，低於閾值時混合物的均勻度被視為合適。處理階段要記憶保存這個T_omog_ok瞬間，由此開始混合物的適當均勻度已達到。

如果T_omog_ok瞬間在時間上早於Ts，那麼控制和命令單元15就向可程式設計邏輯控制器14發信號，通知比預期瞬間提前達到了適當均勻度。

反之，如果T_omog_ok瞬間在時間上遲於Ts，那麼控制和命令單元15就向可程式設計邏輯控制器14發信號，通知尚未達到適當均勻度。在這種情況下，操作人員獲知攪拌機10的攪拌週期的持續時間，要比作為輸入資料被保存的預設時間更長，因此卸料瞬間Ts將比預期時間遲。

驗證攪拌缸11的狀態。

處理階段能驗證攪拌缸11的狀態。

根據此處提供的控制方法的一些實施例，處理階段要把有功功率平均值（第一條曲線21），跟空缸體條件下最大有功功率閾值Pmax進行對比，後者作為輸入資料已被傳送到控制和命令單元15。具體而言，開展對比的幾個瞬間，要在攪拌缸11應呈清空狀態（投入骨料之前）的第一瞬間T1之前，以及卸料Ts瞬間之後，即攪拌週期結束缸體卸空，攪拌缸重新呈清空狀態時。

也就是說，如果在這些瞬間有功功率平均值超過上述閾值Pmax，就意味著攪拌缸11沒有完全清空，一個因此發生信號被發到可程式設計邏輯控制器14，通知操作人員。

按照一個實施例，提供兩個不同的最大功率閾值，分別是Pmax1和 Pmax2，前者高於後者。在這個實施例中，平均有功功率高於Pmax1，說明攪拌缸11在前一個攪拌週期結束後沒有完全清空。在這個實施例中，也要監控平均有功功率低於Pmax1、但高於Pmax2的情況。這說明攪拌缸11在前一個攪拌週期結束後已完全清空，但隨使用時間積累了殘餘物料和塵土，因此需要對攪拌缸11進行非常規清潔和/或保養工作。如果平均有功功率低於兩個閾值，說明沒有測到攪拌缸的任何異常，因此攪拌週期可以繼續正常進行。在一實施例中，即使在後者情況下，控制和命令單元15也會向可程式設計邏輯控制器14發信號，通知攪拌缸11的狀態驗證是成功的。

值得注意的是，由於處理階段能驗證攪拌缸的狀態，尤其按上述方法，攪拌缸11可具有不裝任何稱重裝置，如稱重感測器的優勢，而沒有這種控制方法就需使用感測器，在投料之前和卸料之後，檢查攪拌缸11是否還有殘餘物料存在。

超載保護。

如果平均有功功率超過一個極限值，控制和命令單元15就會向可程式設計邏輯控制器14發信號通知。這種情況，例如會是攪拌缸內投入過多物料造成的。

評估攪拌過程的異常

在一個實施例中，要把正在按照平均有功功率計算值建立的第一條曲線21，跟正在加工的特定配方的“模型”負荷曲線進行對比，後者作為參考已被控制和命令單元15採集納入輸入資料。在這個實施例中，相對“模型”曲線的偏差如果超過一定界限，就會觸發一個信號發到可程式設計邏輯控制器14，通知攪拌過程中出現了某些異常。

根據此處提供的一些實施例，處理過程要在每個瞬間驗證第一條曲線21是否一直介於23、24兩條線內，後者已被控制和命令單元15採集納入輸入資料。如果因譬如以下範例說明的原因，離開界限範圍，控制和命令單元15就會發信號到可程式設計邏輯控制器14，通知發生異常。

比如，如果在第一瞬間T1後，第一條曲線21沒有按預期的增長梯度明顯上升，第一條曲線21就會超出第二條線24的範圍，生成異常信號。原因可能是攪拌缸裡沒有投入預設的骨料數量，或骨料的物理化學特徵不同於預期特徵。舉例而言，如果骨料含有大量的低黏性黏土，以液體而非固體成份為主，就會造成上述異常。

根據另一個範例，如果在一個繼第三個瞬間T3後的特定瞬間T*之後，第一條曲線21沒有保持單調下降，曲線走向反而變成上升，就會超出第一條線23的範圍，生成一個異常信號。這個原因可能是，比如加入的水少於預設量。

在上述兩個範例中，按本發明的控制方法，通過向操作人員發送異常信號，能開展一種對“配方”的“動態”糾正，可以在攪拌週期結束之前加入某個數量的某種配料，目的使負荷曲線恢復同“模型”曲線的吻合。反之，現有技術熟知的解決方案，是操作人員只能在攪拌週期結束後才發現任何異常，所以混合物要麼被丟棄且無法回收，要麼在下一個攪拌週期被糾正。顯然，按本發明的控制方法能在攪拌週期期間對正在加工的“配方”採取糾正性措施，以避免產生廢品，從而減少攪拌機10對環境的影響，而且還能在攪拌週期執行中糾正可能出現的錯誤，因此降低工作時間和成本。

處理階段因此能開展以上描述的所有驗證。

在一個實施例中，如果上述驗證和對比是成功的，那麼處理階段結束後控制和命令單元15會發信號到可程式設計邏輯控制器14，通知在某個T_ok瞬間攪拌週期已結束。這個T_ok瞬間可以早於或遲於預設的卸料瞬間Ts。第一種情況是攪拌週期提前結束，所以攪拌時間小於預期時間Tmesc。另一種情況是攪拌週期比預期的時間長，所以攪拌時間大於預設時間Tmesc。

在一個實施例中，T_ok瞬間可以定義為，當控制和命令單元15向可程式設計邏輯控制器14發送允許卸料信號的那個瞬間。

按照此處描寫的實施例，為了找到一個T_ok瞬間，正在攪拌的混合物必須達到預期的稠度和均勻度，在時間上可以同相繼T_consist_ok和T_omog_ok的那個瞬間相吻合。換而言之，當上述兩個稠度和均勻度狀態都得到驗證肯定，那麼可以找到一個有關這些方面的T_ok瞬間。但是，在這個T_ok瞬間，前面提到的其他條件也必須已得到滿足，比如第一條曲線21要在23、24線確定的公差範圍內。

在所有情況下，本發明的控制方法是一種可以被定義成適應性方法，能在混合物達到預期的稠度和均勻度、卸料準備就緒的T_ok瞬間通知操作人員。這有利於優化攪拌週期的持續時間，將後者降至最少的必要時間，以便節省時間同時也避免出現這樣的情況，即萬一混合物在特定配方預設的那個卸料瞬間Ts還沒攪拌妥當，後續還需要再開展長久而複雜的糾正工作。

根據此處提供的實施例，按本發明的控制方法含有一個命令階段，期間操作人員可以通過可程式設計邏輯控制器14，根據處理階段的結果，即根據控制和命令單元15向可程式設計邏輯控制器14發送的資訊，開展一項或幾項操作。

根據一些實施例，在命令階段開展的操作可以包括，比如改變攪拌軸的旋轉速度，即通過被可程式設計邏輯控制器14控制的變頻器13，作用於驅動單元12。

在第一個範例的命令階段，一旦達到T_ok時間，操作人員就可以啟動卸料（方框40），把攪完的混合物從攪拌缸11底部卸出。

在第二個範例的命令階段，如果達到T_ok時間，但例如因裝載卸出混合物的料斗還沒有準備好接收（方框41），而不能立即進入卸料階段，操作人員可以放慢攪拌缸11裡的攪拌軸旋轉速度。這樣，攪拌軸在攪拌缸11可以卸料之前保持混合物的適當混合狀態，同時旋轉速度放慢也減少磨損。

另一個範例的命令階段，當例如因為攪拌缸11投料過多而功率極限已經達到時，會放慢攪拌軸的速度。這樣，可以防止驅動單元12過熱而可能受損。

其他操作人員在命令階段的干預措施舉例，可以是比如完全停止驅動單元12，以便對攪拌缸11開展必要且刻不容緩的保養或清潔工作，或比如再投入一種或幾種“配方”配料，以便根據在處理階產生的資訊通過一種“動態”方式糾正配方，或卸出一部分在攪拌缸11內投入過多的物料。

在一個實施例中，按本發明的控制方法沒有把一條相關某個特定“配方”的“模型”負荷曲線納入輸入資料中。這種情形特別會發生在當攪拌機10需要攪拌一種從來沒加工過的“配方”時。在這種情況下，按本發明的控制方法就要開展以上描述的幾個階段，其中處理階段按照由一個演算法決定的參考標準值，進行所有的驗證和對比。在一個作為範例的實施例中，初始值的設定可以依照參考標準值，也可以依照類似正在加工的那種配方的其他“配方”所用過的數值。

在這個實施例中，按本發明的控制方法，新“配方”的第一次攪拌週期，是一個設定或校準週期，期間進行的所有測量和處理結果，也要用於確定對比閾值和/或上述線的形狀，後者將被控制和命令單元15採用於後續所有加工同樣配方的攪拌週期。

根據此處提供的實施例，按本發明的控制方法可以包含一個自學階段，採用現有技術熟知的一些機器學習技巧，後者發展於人工智慧的演算法領域，但現在也更廣泛地擴展到許多工業應用。根據這些實施例，使用同一個已加工過“配方”的後續攪拌週期，會自動適應先前攪拌週期的情況。換而言之，根據這些實施例，按本發明的控制方法會“自學”到，比如改變上述不同的閾值，和/或23、24線的形狀。作為非局限於此的範例，在下一個攪拌週期考慮的閾值，可以接近於在前一個週期獲得的最佳值，同樣23、24線的形狀也可以按照21、22曲線改變，後者根據同一個“配方”的前一個攪拌週期裡計算的值形成。

根據此處提供的實施例，攪拌機10可以含有溫度和相對濕度感測器，分別探測環境（即攪拌缸11之外），以及攪拌缸11內的溫度和相對濕度。在這種情況下，控制和命令單元15能實現按本發明的控制方法，對測到的環境條件加以考慮。舉例而言，根據一些實施例，比如可以用一種“動態”形式限定重新確定23、24線，即依照在進行中攪拌週期測到的溫度和相對濕度值，適當修改折線中中斷點的卡迪爾座標（T、Pa）。

根據此處提供的實施例，在攪拌缸11安裝了不少探測變形的裝置，如現有技術熟知類型的應變片，被適當放置並特別朝向最受力的部位。在這些實施例中，控制和命令單元15收到由應變片測到的資料，並把它們發送到可程式設計邏輯控制器14。如果由應變片測到的資料反映出，如因撞擊或異常運作而引起的較大變形，命令階段會採取適當糾正措施。例如操作人員可以通過驅動單元12放慢攪拌軸的轉速，甚至可以完全停止軸的旋轉，以便查找異常運作的原因，或等應變片重新測到的變形值恢復到預設的範圍內。根據這些實施例，要把上述極限也納入輸入資料中，超過這些極限，控制和命令單元15就會向可程式設計邏輯控制器14發送異常信號。

顯然，對於上述至此描述的攪拌機10及其控制方法，是可以修改和/或增加部分或階段的，不因此脫離本發明的領域和目的。

顯而易見，雖然本發明的描述使用了一些特定範例，但一個業內有經驗的人士，一定能夠實現許多其他形式的攪拌機10和及其控制方法，它們具有請求項中闡述的特性，因此都屬於本發明的保護範圍。

10:攪拌機 11:攪拌缸 12:驅動單元 13:變頻器 14:可程式設計邏輯控制器 15:控制和命令單元 16:資料介面 17:外部資料庫 18:使用者介面 19:同源控制器 20:資料介面 21、22:曲線 23、24:線 30~40:方框

本發明的這些及其他特性，通過後面一種較佳實施例的描述將更加明顯，作為非局限於此的範例，實施例有以下參考附圖： [圖1]是一張方框圖，顯示按此處描述實施例的一台攪拌機的控制邏輯； [圖2]是由按本發明方法控制的一台攪拌機所含的一個驅動單元吸收、隨時間變化的有功功率圖； [圖3]是一張方框圖，顯示符合本發明的一種控制方法的一個實施例。

10:攪拌機

11:攪拌缸

12:驅動單元

13:變頻器

14:可程式設計邏輯控制器

15:控制和命令單元

16:資料介面

17:外部資料庫

18:使用者介面

19:同源控制器

20:資料介面

Claims (10)

1. 一種用於控制一種混凝土、砂漿、乾粉、乾式及半乾式骨料、水泥基混合物或類似物、或同類摻合物或混合物的攪拌機的控制方法，包含： 一輸入階段，期間向一攪拌機的一控制和命令單元，傳送相關需要在攪拌週期處理的混合物配方的多個輸入資料； 一探測階段，期間探測該攪拌機所含一驅動單元供電線路所特有的一種電量的各數值； 一處理階段，期間一控制和命令單元處理在探測階段中測到的資料，來計算隨時間變化產生的總有功功率，並開展一個或數個驗證，把經處理的資料跟一個或幾個已經納入輸入資料的相應資料進行對比，以便向指揮該攪拌機運作的一可程式設計邏輯控制器，二者擇一地傳送一允許攪拌週期後混合物卸料的信號，或是一選擇性相關含負面結果的某個或幾個驗證的異常信號，使操作人員能分別在第一種情況下將混合物從該攪拌機裡卸出，而在第二種情況下對攪拌週期採取必然的糾正措施。
2. 如請求項1所述之方法，其中該處理階段包括用圖再現一第一條曲線，也稱為負荷曲線，顯示所計算隨時間變化的總有功功率平均值的發展，以及一第二條曲線，其發展主要跟從該第一條曲線，但出現一種以峰值和谷值前後相繼為特徵的波動性發展，顯示每個瞬間計算的、隨時間變化的總有功功率平均淨值的發展。
3. 如請求項2所述之方法，其中該第一條曲線和該第二條曲線分別同處於攪拌週期混合物的稠度和均勻度直接相關；其中該處理階段包括把總有功功率平均值，跟已納入輸入資料的預設閾值進行對比，低於閾值時混合物的稠度被視為合適；計算同y軸平行測量的，峰值和多個相繼谷值之間的距離，再把這個距離同一個已納入輸入資料作為閾值的預設距離值進行對比，低於閾值時混合物的均勻度被視為合適。
4. 如請求項3所述之攪拌機，其中當稠度和均勻度兩個值一旦低於各自的閾值，該控制和命令單元就會向該可程式設計邏輯控制器發送允許卸料的信號。
5. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中該處理階段包括驗證該攪拌機所含一攪拌缸的狀態，以驗證前一個攪拌週期結束後是否已完全卸空，或該攪拌缸是否需要清潔或保養，或投入缸內的物料是否超載。
6. 如請求項5所述之方法，其中該處理階段包括把計算的有功功率平均值，尤其是在攪拌週期某些特定時段的數值，跟已納入輸入資料的適當功率閾值進行對比；其中如果有功功率平均值高於閾值（Pmax1、Pmax2），就會向該可程式設計邏輯控制器發送一異常信號，以對該攪拌缸進行糾正性清潔或保養操作，或卸載過多的物料。
7. 如請求項1至6中任一項所述之攪拌機，其中該處理階段也包括把該第一條曲線的發展，同一條已納入輸入資料、直接相關正在加工混合物特定配方的參考模型曲線進行對比，以驗證它是否一直介於一條公差帶範圍內，後者上方以一第一條線為界，下方以一第二條線為界，其形狀取決於已納入輸入資料的參考座標；其中該處理階段還包括驗證在某個特定瞬間後，該第一條曲線是否一直保持一種遞減的單調發展；如果該第一條曲線脫離公差帶，或在上述某特定瞬間後沒有遞減的單調發展，該控制和命令單元就會向該可程式設計邏輯控制器發送一攪拌週期異常的信號。
8. 如請求項1至7中任一項所述之方法，其中在該探測階段測到的電量選於由電流、電壓、有功功率和無功功率組成的一組；其中於探測步驟包括使用霍爾效應感測器探測電流。
9. 如請求項1至8中任一項所述之方法，其中在該探測階段電量各值的探測頻率相當高，即等於或高於5 Hz或10 Hz。
10. 砂漿、乾粉、乾式及半乾式骨料、水泥基混合物或類似物、或同類摻合物或混合物的一攪拌機，包括含有幾條旋轉攪拌軸的一攪拌缸、以及至少一個帶動上述旋轉軸旋轉的一驅動單元；該攪拌機包含一控制和命令單元，同該攪拌機的一可程式設計邏輯控制器通訊，以實施按上述任何一個請求項中的一種方法，該可程式設計邏輯控制器配置成能指揮同該驅動單元連接的一變頻器，以便調節和控制該驅動單元的運作。

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