基于物联网技术的混凝土搅拌站信息化控制系统设计

李颇繁

摘要：针对混凝土搅拌站人工控制方式的可靠性较差、配料精度较低以及资源利用率不足等缺陷，设计基于物联网技术的混凝土搅拌站信息化控制系统。系统硬件选择C16IC3/40T型称重传感器与西门子S7-200SMART型PLC，引入多传感器数据融合算法，来合成各个传感器采集的混凝土原材料质量数据，引入模糊控制技术来控制搅拌站进料机构的动作。结合某商品混凝土搅拌站工程项目，测试本文设计控制系统的功能，测试结果表明该系统整体功能可以达到预期效果。

关键词：物联网技术；混凝土搅拌站；信息化控制；控制系统

0   引言

21世纪以来，随着建筑行业的快速发展，混凝土使用量与日俱增，同时对混凝土生产质量及效率的要求也越来越高，如何高效生产出高质量的混凝土，已经成为建筑领域所关注的重要问题之一。

早期的混凝土搅拌站主要采用人工控制方式，虽然它可以实现工地混凝土的自产自用，但随着基础设施建设的不断增加，这种混凝土搅拌站的计量精度和生产效率，已经无法满足我国建筑行业的使用需求，自动化、智能化的控制逐渐成为混凝土搅拌站发展方向。

在混凝土搅拌站生产过程中，物料的称重、配比、搅拌以及卸料等步骤均影响着混凝土的生产质量，为此要求混凝土搅拌站控制系统具备控制能力强且抗干扰性能优越等特点。为满足我国建筑行业的发展需求，本文针对混凝土搅拌站控制系统的设计展开深入研究。

1   混凝土搅拌站信息化控制系统硬件设计

混凝土搅拌站信息化控制系统[1]需要实现一整套混凝土生产流程的控制：准备原材料→称重→定向输送→卸料→搅拌。混凝土搅拌站运行环境较为复杂，其工作状态易受外界因素所制约，所以本文综合考虑系统的成本、组态等因素，引入物联网技术来满足系统的控制需要。混凝土搅拌站信息化控制系统硬件结构如图1所示。

由图1可知，本文所设计的信息化控制系统主要由PLC、传感器、打印机、触摸屏等硬件组成，其中作为主控单元的PLC与负责称重的传感器最为关键[2]，直接影响着系统的控制性能与精度，所以下面本文将针对这两个硬件的选型做进一步的介绍。

1.1   传感器的选型

在混凝土搅拌站控制过程中，为确保原材料配比的精度，系统中配置的称重传感器[3]需具有较高的线性度以及较强的抗干扰能力。称重传感器就是将待计量的混凝土原材料的质量，转化成相对应的物理量信号。

通常来说，我国混凝土搅拌站对称重仪器的要求是称量范围为0～3500kg。本文研究采用C16IC3/40T型称重传感器，该传感器的灵敏度、线性度以及滞后性等指标，均可以满足本文所设计的搅拌站信息化控制系统的需求，其工作参数与技术指标如表1所示。

所设计的混凝土搅拌站信息化控制系统中，如果传感器数量较少，可能会出现附加扭矩或横向力，从而影响称重精度。如果传感器数据较多，又可能会因为称斗形变促使传感器架空，发生浪费现象，所以本文使用3个传感器，以并联的形式均匀分布在称斗周围，不仅可以使计量的混凝土原材料重量数据稳定可靠，而且可以大大提升传感器的抗干扰能力。

1.2   PLC的选型

可编程控制器（PLC）是一款可以执行逻辑运算、算数运算等指令的存储器[4]，对于本文所设计的混凝土搅拌站信息化控制系统而言，采用PLC作为主控单元，可以将中间继电器与时间继电器省去，从而节約系统设计成本。

结合混凝土搅拌站的实际运行状态可知，信息化控制系统具备了众多数字与模拟的输入输出信号，所以在进行PLC的选型时，本文采用了配置灵活且丰富的西门子S7-200SMART型PLC，其输入与输出点的数量如表2所示。

在该PLC运行过程中，它主要以从上至下的顺序来执行相应的逻辑运算，并把运算结果存储至寄存器内，具有编程简单、功能完善以及适应性较强等特点，十分适用于本文所设计的混凝土搅拌站信息化控制系统中。

2   混凝土搅拌站信息化控制系统软件设计

2.1   多传感器数据融合算法

由混凝土搅拌站信息化控制系统硬件设计内容可知，该系统中使用了多个称重传感器，而每个传感器所采集的数据均不一致，所以本文引入数据融合算法[5]，来合成各个传感器所采集的数据，从而得到目标混凝土原材料重量数据。

数据融合也叫信息融合，就是充分利用混凝土搅拌站信息化控制系统多传感器所采集的异构及非异构数据，以某一准则或规律进行组合。这种组合可以是时间上的，也可以是空间上的，最终会得到一个合成的目标数据。

多传感器数据融合算法的精度，不仅关系着混凝土原材料计量数据的质量，而且影响着混凝土搅拌站控制系统的运行效率，同时还能避免控制系统在采集混凝土原材料重量数据时，出现噪声数据影响数据准确性。

2.2   模糊控制技术

在本文所设计的信息化控制系统运行过程中，要想确保混凝土的生产质量，就必须要对搅拌站进料机构动作进行准确控制[7]，从而提升混凝土配料过程的精度。混凝土搅拌站的配料是一项极为复杂的工作，如果使用传统控制理论无法保障控制效果，所以本文引入模糊控制技术。

模糊控制技术属于一种智能控制方法，具有较强的鲁棒性。混凝土的配料过程具有惯性大、非线性等特点，使用模糊控制技术可以实现混凝土原材料的按需配比控制，从而提升混凝土生产效率。首先需要根据控制规则设计一个模糊控制器，如图2所示。

3   应用实例

某商品混凝土搅拌站工程项目用地28亩，现有3条HZS270型商品混凝土站生产线，2条HZS240型商品混凝土站生产线。该混凝土搅拌站生产混凝土的工艺流程如图3所示。

如图3所示，在混凝土搅拌站内，将水泥、水、粉煤灰等原材料以一定的比例加入搅拌机内，经过一段时间的搅拌后，将其运输至工地现场以待使用。

在本文设计的混凝土搅拌站信息化控制系统开发完毕之后，将系统部署于该混凝土搅拌站中进行系统测试。为确保本文设计系统可以应用于实际工程项目中，本章主要针对系统的功能进行测试。要求测试人员深入混凝土搅拌站进行实地测试，保障测试结果的精准。混凝土搅拌站测试如表3所示。

由表3可知，本文所设计的混凝土搅拌站信息化控制系统的各个功能模块均已通过测试，验证了该系统的可用性，能够满足混凝土搅拌站的智能化控制需求。

4   结束语

针对混凝土搅拌站人工控制方式的可靠性较差、配料精度较低以及资源利用率不足等缺陷，本文以混凝土搅拌站为研究对象，设计并开发了基于物联网技术的信息化控制系统。结合混凝土搅拌站的实际业务需要，设计了相应的功能模块，可以实现混凝土搅拌站的智能化控制。

虽然本文的研究具有一定创新性，但由于时间有限，该系统仍有需要完善的地方，所以下一步笔者将针对系统的功能进行丰富。混凝土搅拌站中需要控制设备众多，如果可以引入3D场景建模技术，实现混凝土搅拌站设备的可视化监控，则将促使控制系统价值更大。

参考文献

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[5] 刘万存，袁亮文，高永光.基于物联网云平台的TIG/MIG智能控制系统设计与应用[J].热加工工艺，2022，51（15）：142-146.

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