绿色、智能砂石加工系统及拌合系统智慧管控平台技术研究

 绿色、智能砂石加工系统及拌合系统智慧管控平台技术研究

张晓亮

中国水利水电第一工程局有限公司  吉林省长春市 130000

摘要：绿色、智能砂石加工系统及拌合系统智慧管控平台运用理性分析、数值计算和BIM三维模型等方式，在保证下水库施工质量的前提，使整个系统具备快速、高效、绿色、智能、整洁、美观要求，再通过各项技术创新形成一整套适用于绿色砂石筛分及拌和智能无人化系统技术。本文以“新疆哈密抽水蓄能电站水库工程”为例。

关键词：筛分  拌合  智能  监测  环保

一、 工程概况

新疆哈密抽水蓄能电站位于新疆哈密市东北约54km的天山乡境内，距哈密市约66.04km，距乌鲁木齐市约680km。省道303线从下水库以西约10.2km通过，有村村通柏油路及简易路与工程区相通。电站初拟安装4台单机容量为300MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮机，总装机容量为1200MW，额定发电水头474m。工程属大型一等工程，主要永久建筑物按1级建筑物设计，次要永久建筑物按3级建筑物设计。

下水库砂石加工系统供应本工程水工混凝土、喷混凝土、路面混凝土、下水库垫层料所需成品骨料。混凝土总量约95.17万m3，喷混凝土总量约7.50万m3，下水库垫层料15.77万m3。其中C1标混凝土、喷混凝土总量约62.35万m3，C2标混凝土、喷混凝土总量约33.89万m3；EM1标混凝土总量约6.42万m3。成品骨料总量约262.12万t（工程量仅作参考）。下水库砂石加工系统按满足上、下水库混凝土高峰时段月平均强度4.3万m³与下水库垫层料高峰月平均强度0.74万m³，砂石加工的生产能力约为385t/h（生产规模仅作参考）。根据施工组织设计成果，布置下水库砂石加工系统并确定系统生产规模。上水库垫层料加工系统供应上库盆垫层料，上库垫层料26.04万m3，供应量约59.11万t。垫层料填筑高峰月平均强度为2.93万m³。加工的生产能力约为230t/h（生产规模仅作参考）。承包人应根据施工组织设计成果，确定上水库施工场地情况，布置上水库垫层料加工系统并确定系统生产规模。

二建设背景

结合项目建设需求及合同要求，建立一套有效的智能设备监控平台, 对生产加工过程进行实时监管，加强对生产现场的管控力度，为企业经营降本增效提供 有效的数据支撑。主要从无人值守智能监控、附属自动、污水零排放等方面进行实施。

三、建设思路及目标

二、详细研究内容和技术经济指标

（一）详细研究内容

1、砂石筛分及混凝土拌和系统平面规划及工艺必选

（1）砂石筛分及混凝土拌和系统平面规划必选研究

结合现场实际场地进行系统规划减少用地、减少封闭面积，通过文献查找、局内专家评议、厂家联合方式对设计提供系统平面布置进行重新规划，力求紧凑、布置合理便于后期全厂管理，减少各设备间及筛分拌和间皮带距离，已达到减低设备费、使用费、维修费；减少全长封闭面积、节约全场硬化面积，减少前期费用投入。

（2）系统加工生产工艺必选及成本必须研究

并针对系统工艺要求，结合以往经验对砂石加工系统工艺进行研究必选，按照系统所要达到生产要求，对筛分及拌和上料方式、以及拌和上料部位进行必须，使之满足招标要求，结合现场实际情况进行工艺优化。

（3）电气电控系统

本项目拟采用“工控机+PLC+仪表”系统对筛分拌和进行控制。该控制系统由电子称量、可编程控制器、外围执行器件、检测器件以及电视监视等组成，软件包括监控软件、数据管理软件。可编程序控制器是一级控制单元,实现对生产过程的控制;工业控制计算机作为二级控制单元，其作用是输入或修改各种基础数据和运行参数，显示生产流程,存储统计各种数据、制表打印，实现对生产流程的监控和工厂的管理。

砂石筛分及混凝土拌和智能管理系统研究

（1）加热、制冷系统研究必选；

根据哈密地区气候环境，走访附近厂商和查阅资料建立加热、制令系统多种方案必选，按照这要对骨料加工比热进行详细计算，并且做好自热水温统计工作，为后续加热、制冷系统设备必选提供较为准确依据。

（2）电气自动智能电控系统研究必选；

结合本系统建设要求，提出全长电气系统采用电脑智能控制，对比以往手动操作弊端及费用，创新操作方式减少人员投入，实现自动智能电控系统。针对市场较为成熟控制系统进行技术创新改造，是指满足本系统要求，并按照系统配置及要求，选择投入费用底、操作方便等。

全厂智能喷淋系统研究；

根据哈密地区环境部门及哈密公司要求，厂区必须采用降尘喷淋系统，结合厂区粉尘控制要求，按照人工操控系统喷淋和自动监控喷淋系统进行费用投入对比。自动喷淋系统则按照粉尘污染在线检测，当粉尘数值超出控制指标后，喷淋系统启动反之停止，实现全场自动喷淋，对比人工喷淋及费用比较实现智能喷淋研究目标。

（4）全厂无人化视频监控安全报警系统：

根据现场实际情况及环保要求，筛分及拌和系统采用标准化工业厂房数字技术，实现生产及操控分体式管理。同时针对设备运行过程中采用固定视频和巡查视频摄像结合方式，拌和及筛分中控室设中控显示屏与主控电脑，实现厂区无人管理数字系统，同时中控室配备调度对讲机，可实现远程调度智慧，可实现后方总部对现场可视化调度。

（5）皮带机带速监测研究

1）皮带机带速监测研究

为了更好地了解、掌握和控制皮带是否出现打滑或者超速运行，采用速度传感器实时监测皮带运行状况，选用GSC6-SC安全型速度传感器对TD75型皮带机进行监测。通过速度传感器监测皮带运行速度安全监测系统对其分析评判，进而控制传动部运行速度。

2）皮带机张力监测研究

为防止皮带受张力过大而被拉断或者撕裂，选用液压自动拉紧装置监测TD75型皮带机皮带所受张力大小。该张力监测装置具有占用空间小、张紧力大等优势，拉力传感器与皮带中的钢丝绳连接，可以测得钢丝绳所受力，进而判断出皮带张紧力，随着工况变化不断自动调整皮带的张力。

3）皮带机跑偏与堆料监测研究

TD75型皮带机每隔一定距离设置了调心托辊，但是由于该皮带机很长，另外厂区复杂的条件，调心托辊并不能完全保障皮带不出现跑偏，为此，在皮带的适当位置增设跑偏监测传感器（防跑偏装置），监测皮带运行状况，一旦出现跑偏情况，安全监测系统会做出相应动作（或报警），避免事故发生。一旦发生堆料紧急情况，安全监测系统发出报警，这时停机维修，确保生产安全。

3、全场污水处理零排放绿色智能系统研究

（1）污水处理控制系统必选研究；

污水系统处理指标按照设计文件及环保要求，进行各系统必选。首先按照采购和翻新再创新的思路进行比较，实现设备再利用并降低设备采购费用，同时再以往污水处理技术进行创新改造，增加除磷、除氮等，经过一系列处理流程后水，实现全部回收再利用，实现节约水源资源。

污水处理绿色全自动智能时时监控系统研究；

1）上位机系统实现对整个工艺流程的设备运行状态的实时监控，将工艺流程以直观的画面显示出来，记录在线时时检测的参数，记录设备运行状态和过程，分析参数的变化趋势，及时发布和预报运行情况，实施诊断和报警，完成高级控制策略。

2）下位机系统主要完成数据采集，逻辑顺序控制，执行闭环控制输出。对多样化的污水处理设备，如泵、阀和排泥设备等，能够根据实时情况和要求，控制设备的启、停和工作强度，达到设备的最优化调度，保证处理效果。

3）网络通讯系统将上、下位机之间连接起来，使现场控制站数据能正确、及时地反映在上位机上，而上位机的控制信号也能及时传达到下位机，当水质超出控制标准系统实现自动投药、自动检测、自动反馈等，减少人工用量。

4、智慧平台搭建

硬件技改部分                                                                                                                                                       

 建设思路一： (皮带机统计方案一)  加装称重采集模块

1. 现场30条皮带传送线 ，实现在控制中心任意切换查看某条皮带实时视频窗口，并能估算统计出某段时间内的传送量。

2.需要针对生产线进行加装具备485通讯的高精度智控电子皮带秤，采用先进的微电子技术、数字通信技术、现场总线技术及贴片工艺生产和多种抗干扰措施技术，使设备的称重数据准确的达到97%。

(皮带机统计方案二)  加装AI工业摄像仪和激光器

1.现场30条皮带传送线，实现在控制中心任意切换查看某条皮带实时视频窗口，并能估算统计出某段时间内的传送流量。

2.通过在皮带上方安装工业 AI 摄像仪和激光器，用于沙石流量检测，为皮带智能调速提供依据,为皮带上沙石量的统计提供基础数据。计量的主要原理：工业 AI 摄像仪利用线型激光标定光源，通过图像边缘检测法、阈值 分割法等多种算法对图像进行识别处理，结合皮带的宽度，计算皮带上沙的横截面积，再根据皮带的运行速度和运行时间以及密度，通过积分算法计算出皮带上的沙石量。

建设思路二::皮带机、碎石机等设备加装AI摄像头、采集分控模块

l 在皮带机出料口上方加装AI摄像头 ，在碎石机和皮带机加装控制

模块。对皮带跑偏、皮带撕裂、皮带堵料、大石块等异物，人员翻越皮带等情况进行实时视频分析。如检测到皮带机堵料、漏料、停滞，将皮带的图像数据集输入到目标检测网络中进行算法训练，得到基于神经网络的目标检测网络作为检测器，对实时采集皮带    运行视频中的当前帧图像进行检测，获取目标检测网络模型对实时 采集皮带运行视频中的当前帧图像的检测结果会发送给控制中心 ， 获取分析结果，并将结果传送给控制系统，控制系统根据推送情况，进一步决定是否要远程分别启停皮带机和碎石机。

硬件技改部分

Step 3:振动给料机、破碎机等加装频率采集模块

l 针对振动给料机，  破碎机等进行采集模块加装，使设备具备远程

传输数据能力，  如机器超出规定频率范围，能及时将异常数据统一

采集到控制中心平台，进行数据分析并发出异常报警，为设备健康 使用，提供有效的决策分析。

Step 3:智慧灯控管理

l 现场照明系统向设备综合管控平台提供接口，  现场照明系统提供给设备综合管控平台各个照明回路的工作状态： 各个回路的平面分布图；  各个回路的开灯/关灯状态；  设备综合管控平台在工作站上以电子地图的形式显示各照明 区域的信息；  在现场照明系统开放各个回路的开/关控制权限的情况下，  设备综合管控平台实现对各个照明回路的 控制功能。

智慧平台部分

Step 1:设备数据实时监控

l 将设备的运行参数、传感数据、现场画面进行统一接入 之后，相关人员可以不用去到现场，仅通过控制中心监控  平台大屏便可以实时监控现场画面和不同类设备的运行状  态、运行参数，准确掌握现场的关键生产信息。

Step 2:设备数据异常即时提醒

l 当各个设备的运行数据发生异常，  比如皮带跑偏，  无需 人员人工去判断，  通过提前在系统内设置好的比对规则， 系统会自动触发报警并推送报警信息给到工作人员，  工 作人员确认后系统自动生成对应的异常记录信息留存在 系统中。异常记录可以在线查看、查询和导出。

Step 3:数据统计分析

l 基于采集的各类设备在不同时期的数据，  利用不同类型的图表进行数据的统计、分析和可视化展示，  以便更加直观、全面   地了解设备的运行状态和运行参数。

l 基于报表工具实现对各个设备的运行状况进行自动化监测和分析，  免去手工汇总和分析的繁琐过程，  节省人力和时间成本，  让数据更加直观、清晰，  便于进行数据分析和决策。

（二）技术经济指标

根据现场实际形况及以往工程施工经验分析，在满足设计要求的前提下，结合现场实际地质地形条件和技术方案，优化本工程现场施工方法和技术控制关键点，同时研究对筛分拌和系统的优化，同时进行技术创新适用性。同时考虑经济成本等因素，提高施工质量，动态更新施工技术，既要保证工程质量、降低施工成本，确保系统稳定运行，提高工程的经济性，预计节约成本200万元。

（三）创新点

1、污水处理系统时时在线检测与自动化投药技术。

2、皮带机运行在线检测技术。

3、全厂无人化视频监控安全报警技术

结语

随着科技的不断进步，绿色、智能的砂石加工及拌合系统已成为行业发展的必然趋势。本文通过深入研究“新疆哈密抽水蓄能电站水库工程”，探讨了智能化的筛分、拌和、监测及环保技术在砂石加工领域的应用。结合现场实际情况，通过各种先进的技术手段，实现了生产过程的自动化、智能化管理，确保了生产效率和质量的双重提升，同时也加强了对环境的保护。通过对加热、制冷系统、电气自动智能电控、污水处理以及智慧平台的深入研究，为工程的高效、安全、环保运营提供了有力的技术支撑。总之，绿色、智能的砂石加工及拌合系统将会为今后的建筑工程带来更为广阔的应用前景，对于推动行业的可持续发展具有十分重要的意义。