水泥混凝土智能养护系统的设计与关键技术研究.pdf
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1、第 3 9 卷 , 第 2期 2 0 1 4 年 4月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 3 9,No 2 Ap r, 2 0 1 4 水 泥混凝 土智 能养护 系统的设计与关键技术研 究 闵 涛。 ,罗 亮 ,夏 晚晖 ,陈康 军 ( 1 湖南长韶娄高速公路有限公 司 , 湖南 长沙4 1 0 2 0 8 ; 2 长沙 聚创建筑科技有限公 司 , 湖南 长沙4 1 0 0 0 2 ) 摘 要 在配 比与施工工艺一致的条件下 , 混凝 土的养护条件 决定 了其 强度 的发展 和裂纹 的产生情况 。针 对传统 的养护方式 的不规范、 不科
2、 学、 不精细 的现状 , 基于先进 的工业控 制技术 与无 线测控技术设计 了一套水 泥混 凝土智 能养护系统用于现场 预制构件 的养 护施 工 , 并对其涉及的关键技术进行了深入的研究 。 关键词 混凝 土;强度 ; 温度裂缝 ;养护温湿 度 ; 智能控制 中图分类号 】U 4 1 8 6 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 1 5 8 0 5 Re s e a r c h o n Ke y Te c h n o l o g y a n d De s i g n o f t h e S y s t e m o f Ce m e n
3、t Co nc r e t e I n t e l l i g e n t M a i n t e n a nc e M I N T a o , L UO l i a n g , XAI A W a n h u i ,C HE N Ka n g j u n ( 1 Hu n a n C h a n g s h a o l o u Hi g h wa y C O , L t d,C h a n g s h a ,Hu n a n 4 1 0 2 0 8,C h i n a ; 2 C h a n g s h a J o c h o n A r c h i t e c t u r e T e c
4、h n o l o g y C O , L t d , C h a n g s h a ,H u n a n 4 1 0 0 0 2 , C h i n a ) A b s t r a c t U n d e r t h e s a me c o n d i t i o n o f p r o p o r t i o n a n d c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y ,C e me n t c o n c r e t e S s t r e n g t h a nd c r a c k d e p e n d o n i t s ma i
5、n t e n a n c e c o n d i t i o n s F o r t he no t s t a n da r di z e d,u n s c i e n t i fic, n o t fine t r a d i t i o n a l c e me n t c o n c r e t eS ma i n t e n a n c e,Us i n g a d v a n c e d i n d us t r i a l c o n t r o l t e c h n o l o g y a nd t h e wi r e l e s s me a s u r e me n
6、 t t e c h n o l o g y,we d e s i g n a s e t o f I n t e l l i g e n t Ce me nt Co n c r e t e S Ma i n t e n a n c e S y s t e m , s t ud i e d a n d e x p o u n d e d t h e r e l a t i v e k e y t e c hn o l o g i e s Ke y w o r d s C o n c r e t e ; S t r e n g t h ; T e mp e r a t u r e c r a c
7、 k i n g ; Ma i n t e n a n c e t e m p e r a t u r e a n d h u mi d i t y ; I n t e l l i g e n t c o n t r o l 1 概 述 大 量工 程 实 践表 明混凝 土 的强 度 、 裂 纹 发 展 是 决定其使用寿命的关键因素 , 在配 比合理 、 浇筑工艺 规范的前提下 , 养护施工质量直接决定混凝土强度 与温 度 ( 收缩 ) 裂缝 是 否产 生 和 发 展 情 况 。现 有的养护方式往往不规范、 不科学、 不精细 , 以至于 养护过程 中混凝土强度不足、 温度裂缝、 收缩裂纹产 生的
8、现象屡见不鲜。 目前 的养护方式 主要存 在以下 几个方面 的问 题 : 人工洒水不规范。为保持混凝 土在 浇筑 以 后标准养护周期 内表面湿润 , 充分散除水化热, 养护 前期的洒水次数应频繁 , 往后逐渐减少洒水次数 , 以 适 应 水化 热 的释 放 。而 人 工 洒水 随意 性 较 大 , 往 往 难以保证养护质量 。 对温度、 湿度的掌握不准确。按照施工规范 要求需要对养护结构物表面环境温度 、 湿度进行定 时监 测 以采取 相应 的养 护 措 施 , 而 现 场对 温 度 监 测 不规范 , 对湿度基本没有监测 , 难 以做到适时养护。 养护用水量不足或过多。洒水多少取决 于 梁体
9、体积与表面积( 关系到水化热的量 ) , 洒水过少 则往往产生干缩裂缝 , 洒水过多则造成水资源浪费 , 且 过 多的洒水 往 往 造成 混 凝 土早 期 表 面 强度 偏 低 , 产生掉色、 水痕等质量缺陷。 养护效率低。人工养护需要专人来完成 , 一 个大型梁场需配置 1 2名养护工人且劳动强度高 , 因而养护成本较高 , 养护效率低下 。 随着 可编 程逻 辑控 制器 在工 业控 制领 域 的广 泛 应用 , 基于 P L C技术的水泥混凝土智能养护系统应 运而生 , 其极大程度 的提高了混凝 土养护施工的 自 动化水平 , 同时其精准 的测控元件对混凝土的养 护 收稿 日期2 0 1
10、3 - 0 6 1 4 作者简介】闵涛 ( 1 9 6 6 一) , 男 , 湖南衡 阳人 , 工学硕 士, 教授 , 主要从事工程管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 闵 涛 , 等 : 水 泥混凝土智 能养 护系统的设计与关键技术研究 1 5 9 环境进行准确控制 , 使得现场养护尽 可能 的接近标 养 室环 境 。 2 智能养护 系统的原理及 总体设计 2 1 系统 原 理 水泥混凝土智能养护系统主要 由无线测温测湿 终端、 系统主机、 养护管路三部分组成。无线测温测 湿终端实时监测梁体表面温湿度并将数据发送至系 统主机进行 A D转换 。
11、系统主机 由人机交换界面、 变频调速器 、 环境 温湿度传感器 、 压力传感器、 P L C 组件、 电控阀门、 节能水 泵等部件组成 , 其通过组件 之间的配合结合养护管路对混凝土周边环境温湿度 进行调节。养 护管路 根据不 同构件的结构形 式设 计 , 以适应压力、 流量的损失变化 , 保证 2 0 m 的喷淋 水 头 。系统 的工 作流 程首 先是 根据 通过 不 同配 比混 凝土水化热的分析确定该批次混凝土适宜的养护条 件并设定养护温湿度参数 , 由无线温湿度测试终端 实时监测混凝土表面温湿度数据并及时传输给控制 系统主机 , 由系统 主机根据无线温湿度测试终端的 监测数据进行 自动分
12、析判断是否开启养护系统进行 温湿度的调节 , 当温湿度的调节达到设定 目标值即 停止调节 , 再次进行梁体表面温湿度的监测 , 形成一 个闭合循环控制系统。系统原理图如图 1 所示。 图 1 系统原理图 Fi g u r e 1 Th e s y s t e m p r i nc i pl e d i a g r a m 2 2 系 统 硬 件 结 构 根据 系统的原理 图可知 , 系统的主要功能是 以 可编程逻辑控制器为核心的控制单元通过温湿度测 试终端采集混凝土表面温湿度以及环境温湿度, 以 此为依据并结合混凝土水化热分析控制水泵转速以 及电磁阀达到对混凝土便面温湿度进行 自动调节的 目的
13、, 其硬件结构图如图 2所示。 2 3 主要元器件技术参数及特点 无线 环境 出口 养护 水化热 温湿度 温湿度 压力 通道 分析设 传感器 传感器 传感器 选择按钮 定参数 I I I I I I 可 编 程 逻 辑 控 铜 器 4 l I 调 速 变 频 器I I 电 磁 阀 1人 机 界 面 I I I节 能 水 泵 l l喷 淋 管 路 图 2 系统硬件结构图 Fi g u r e 2 Th e s y s t e m h a r d wa r e s t r uc t u r e c ha r t 2 3 1 可编程逻辑控制器 可编程逻辑控制器俗称 P L C , 它采用一类可编 程
14、的存储器, 用于其 内部存储程序 , 执行逻辑运算、 顺序控制、 定 时、 计数与算术操作 等面 向用户 的指 令 , 并通过数字或模 拟式输入输出信号控制各种类 型的机 械或生产过程。本次设计采 用 S I E M E N S S 7 2 0 0 2 2 4 X P一体式 C P U模块 , 集成 l 4通道数字量 输入、 1 0通道数字量输出, 2通道模拟量输入与 l通 道模拟量输 出。其集成度高、 使用方便 、 编程直观明 了、 功能强、 性价 比高 、 适应性强、 可靠性高、 抗干扰 能力强 、 维护方便 。 2 3 2无线温湿度测试终端 系统采 用 的无线 测 温 测 湿终 端 防护
15、 等 级 为 I P 6 8 , 能满足户外全天候运行, 测量精度可达温度 0 5 , 湿度 3 , 信号传输距离远 , 典 型应 用距 离 8 0 0 m 以上 , 且穿透能力强。并采用接收装置和 无线测温终端 1 : N模式 , 配置灵 活, 施工方便 , 无需 布线。独特设计 的多种安装紧 固件及附件, 适合不 同安装环境 , 牢固可靠 , 拆装方便。 2 3 3 环境温湿度传感器 考虑到混凝 土养护现场 的环境恶劣 , 系统特别 采用了能适用于较为潮湿或粉尘较大的环境温湿度 传感器 。该温湿度传感器采用壁挂式设计 , 变送器 外壳密封防潮防尘 , 湿度传感 器采用优质湿敏 电阻 元件
16、, 温度部分采用进 口铂 电阻 P t l 0 0作为感温元 件 。长期稳定性好 , 低漂移性 , 输 出一致性好 , 互换 性强 , 具有温度补偿 , 准确度好。 2 3 4压力传感器 压力 传感器主要用来测量水泵 出 口母 管的压 力 , 并将压力数据 以标准的电信号反馈 给 P L C用来 控制吸水泵的工作频率, 以保 证喷洒 的水柱呈雾状 对混凝土表面进行喷淋。该压力传感器主器件从美 国引进 , 采用了激光温度校补技术 ,抗射频干扰 , 抑 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 6 O 公路工程 3 9卷 制浪涌电压 , 抗过载能力可达量程数 1 0倍 ,
17、 全 3 1 6 不锈钢壳体 , 集成贴片工艺。 2 3 5调速变频器 采用新型单机变频器 S i n a mi c s V 2 0 。该 变频器 由西门子中、 德、 英 3国工程师共 同设计研发 , 并在 西门子数控( 南京 ) 有 限公司生产。该款变频器结 构紧凑 、 坚固耐用 、 调试迅速、 操作简便且经济实用。 2 3 6 特制高压节能水泵 该水泵根据特定要求设计制作 , 采用了全 自动 机器人激光焊接设备和技术以及不锈钢冲压焊接工 艺。低能耗、 高效率 , 功率在 1 11 5 k W, 流量 4 6 m , 有效扬 程超过 5 0 m。零件质量好 , 稳定可 靠 , 焊缝深而窄 ,
18、 光亮美观, 焊接速度快 , 热变形小 , 致密性能高 , 防止渗漏 , 高精度控制, 焊缝牢固。 2 3 7人 机界 面 采用触摸屏作为系统 的人机界面 , 由触摸屏通 过 自身的4 8 5串口与 P L C进行 Mo d B U S通讯进行数 据的读写并将养护过程的数据写人外接的存储介质 供用户对养护全过程进行追溯。并以人机界面的时 钟作为养护控制施工时钟 , 其时钟保持时间为 5年 , 即系统在 5年以内可保证时钟的准确性。 2 4 系统 的软件 设计 系统软件软件设计主要 围绕养护控制 、 水泵 出 口压力控制 、 排队控制、 时钟管理四大块的内容进行 程 序编 制 。 2 4 1 喷
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