基于物联网的混凝土智能生产管理系统

熊勇　陈嘉奇　张加

摘要：物联网的混凝土智能生产管理系统，是将混凝土的生产和运输环节的实时作业信息采集传送到调度中心的综合管理系统，系统集成了大量的传感器形成传感器网络，并采NRFID射频技术进行数据传递，方便管理人员实时掌握施工现场情况，并分别发出指令，统一调度管理。

关键词：物联网；混凝土；RFID射频；无线传感器网絡

中图分类号：TU528.06 文献标识码：A 文章编号：2095—6487（2018）02—0093—04

0引言

目前国内建筑工程自动化生产混凝土已经初具规模，智能化系统发达，仅仅需要将混凝土按比例分配进行设定，机器就可以自动化的进入工作状态。在国内预应力混凝土管道生产行业中，我国的宁夏青龙管业股份有限公司对混凝土采用了带有湿度检测控制系统的离轴行星式混凝土搅拌，其可以根据内部的湿度测量微波传感器Hydro-Mix对其进行内部控制，保证湿度以及水量的平衡，从而实现精确控制混凝土的水灰比的目的，提高了产品质量。现阶段，有众多企业已经具备了数据自动采集分析能力。比如，华能澜沧江水电股份有限公司的黄登·大华桥水电站现如今已经投入到了生产当中，这项工程在初期的时候所使用的施工工艺已经初具规模，具备了较为科学的检测结果，严格计算其配比过程，不断对施工配料单进行自动化计算，结合理论配比，进行施工配料单的自动计算。如今，国内的混凝土运输工程所选取运输混凝土工具的大都是土罐车以及自卸车，所以大型建设施工的过程中应当对车内安装监视设备，以保证对车辆进行实时监控。

国内大型建筑工程项目在混凝土生产环节和运输环节已基本实现混凝土自动化生产和数据自动采集与分析、运输车辆定位和跟踪，但在成品管理、运输和施工方面仍停留在相对松散的状态，各个相关环节基本上还是采用人工管理模式来进行，尚未做到对混凝土的统一调度管理。若将混凝土生产和运输通过卫星定位系统、移动通讯系统、无线网络系统、监控系统及自动化生产系统等，按照约定的通信协议，让运输与生产之间产生联系，对数字互联网进行运用，保证其通讯的稳定性，并且对施工现场的作业问题及时掌握，保证指令发出时同一时间下发到各个部门，保证施工过程统一管理，这样才能让混凝土施工问题得到改善，保证对混凝土生产的管理过程，大大增加其质量。

1系统的结构设计

在以物联网为前提的混凝土智能生产管理系统中，首先应该保证把信息化管理所有过程覆盖混凝土制品的物流管理与生产管理；其次，管理工作人员应该对原材料的MRP的采购情况进行实时监控，包括生产过程中的产品状态、仓库当中的不同原材料的型号、数量、所有人、储位以及监管负责人，并且应该保证生产管理系统还能把仓储的性能进一步扩展至全部供应链的上下游，从而令其同物流系统的拣货、出货以及配送的数据信息进行紧密联系；最后，可以按照库存情况及订单情况对生产计划进行实时调整，使生产信息能配合自动化生产线的作业流程。

结合上述系统构建思路，设计出了整体的系统结构。如图1所示。

系统采用C/S和B/S相结合的工作模式，所有数据存储到监控中心的服务器端，并且在各地局部服务器上存储本地数据，支持远程、多端点登录，有权限用户均可实时监控系统运行情况，查看并处理相关的数据记录。系统信息管理用户层级包括领导层应用、管理层应用和生产现场应用三部分。如图2所示。

2系统组成

基于物联网的混凝土智能生产管理系统由传感系统和信息处理系统两个部分组成。

传感系统是将信息采集系统与智能交互系统构建的一种传感网络系统，同时把获得的信息发送到后台信息处理中心，之后再分别发送到数据库、生产系统以及物流系统。

2.1传感系统

传感系统主要针对原材料出入库、仓储管理和混凝土生产管理、车辆运输等实施产品的身份识别、入库登记与生产监控以及物流运输等开展标识感应记录管理工作，并将采集到的关键数据发送到管理平台，令获得身份标识的所有产品在仓库当中的所处位置可以用二维（三维）模型形式抑或是坐标的形式展现在管理平台当中。文中通过射频识别（RFID）、红外感应、GPS全球定位以及激光扫描器等信息传感装置，并根据相关的约定协议，将所有物品同互联网有机连接起来，更好地开展信息的通信与交换，从而更有利于对物体进行智能化识别、定位、跟踪、监控以及管理。

如图3所示是原材料进场时使用物联网技术完成材料出入厂的过磅计量检测。同时，将实验室的原材料取样地点设置在地磅房过磅环节，既规范了实验室取样数据业务，同时也在保证材料质量的情况下未额外增加信息源和人工成本。

2.2信息处理系统

该系统模块主要进行现场生产信息和物流运输信息的实时采集，汇集到中央数据中心进行分析，将分析结果与决策发往各级管理人员，调整生产管理。其工程化模式是：利用物联网的环境感知、信息传递和信息处理技术，精确监测、描述并智能控制其中发生的业务过程：同时生产控制单元与生产调度、实验室以及物流运输车辆等单元间通信，在工艺、质量和环境安全等约束条件下实现过程协同和优化。

信息处理系统让搅拌站混凝土生产管理具有更加优异的感知、预测、协调和分析能力，并以全面的自动化和智能化实现生产运营优化。建立混凝土搅拌站生产环节的标准性业务流，对原材料评价体系标准化，实现对材料进场质量的稳定性进行评价与控制；规范化实验室业务，建立在取样、实验过程、实验结果和结果分析等方面现场可控的标准化流程；实现管理调度信息与搅拌控制系统的一体化，严格配合比，执行实时的质量保证体系，实时准确的材料消耗报表、生产报表、质量报表等。如图4所示。

2.3生产控制系统

生产控制系统是混凝土智能生产的核心系统，该系统包含搅拌站控制模块、温/湿度检测模块、监控模块和质检模块等，与实验室、存储仓库以及质检等全部集成和整合优化，使混凝土生产过程具有良好的抗干扰能力、完善的异常识别预警和自我诊断的前馈控制能力。生产控制系统和搅拌站控制系统相结合，通过手机和移动控制平台对生产过程实现在线实时监控。其中，移动终端的实时监控可以准确实时的掌握每天、每个时段的现场生产情况，原材料的存储量和消耗量；移动控制平台主要是监控搅拌站控制系统的不同运行状态，从配料方面、骨料运输方面、投料方面、搅拌方面以及卸料方面等实施所有生产周期的监控工作，并形成混凝土生产效率时效分析图；管理移动终端能够及时查看重点工程的具体施工情况、现场浇筑点以及生产状态等相关信息。最后，对生产当中装置出现的性能及质量偏差实施质量可靠性的探究工作，并对一些质量偏差不符合相关要求的装置实施报警。如图5所示。

2.4物流管理系统

原材料入库时，利用车载电子标签，把关于车载物料的信息通过远距扫描的方式收集下来，然后输送到数据中心；在储存原材料的时候，通过RFID电子标签对产成品实施身份标识，并将分类资料存储到数据库；混凝土成品出厂时，带有RFID无线射频读写功能的车载终端系统通过混凝土搅拌站给料系统的射频确认、称量记重，完成装料任务后，在出厂时打印确认该任务的详细资料并将该信息传给服务器，服务器打开车载终端的3G城市交通网，用GPS导航仪指引运输路线形成车辆统一的运输线路；到工地后根据打印的任务书找到交付单位，由交付单位电子签字确认和单据签字确认后，再由原路返回厂区准备下一次运输。其中，空车称重和料斗称重识别模块包括静态称重系统、RFID无线射频读写器和信息传递系统。给料机称重识别模块包括给料和出料计量系统、RFID无线射频读写器和信息传递系统；产品出厂打印单据模块包括个人信息、出料重量、卸料程序以及物料的性能参数。用户签单确认模块包括电子签单和单据签单。服务器包括生产制造模块、运营客户模块、分析计算模块、人力财务管理模块、权限控制模块和企业基础文化模块。调度指完成车辆从出厂到运输途中、到工地的交割过程中各项信息的实时管理，并处理事件完成与决策和服务器的信息互动。如图6所示。

3系统测试

本控制系统B/S、C/S交互采用的框架是Restful接口和前段页面动态加载页面。其中，后台使用Spring boot后端接口自动配置类和快速构建应用程序，前端采用vue2.0开发页面，数据库采用MySQL数据库。与MySOL数据库进行数据交互的是支持定制化SOL、存储过程以及高级映射的MyBatis持久层框架，将接口和Java的POJOs映射成数据库中的记录。如图7所示。

如图7混凝土生产控制系统，用过以下指标衡量系统的性能包括无限射频识别的范围达到1.5 m以上；无线射频识别后，数据传输的响应时间保持在2 s以内；数据库数据存储时间达到10年以上；并发展用户达到2000以上时，本系统能够长时间保持运行流畅、稳定。

4结束语

基于物联网的混凝土智能生产管理系统研究，集成了多种传感器形成无线传感器网络，将RFID无线射频技术应用于混凝土的生产管理系统中，进行数据传递，实现了混凝土远程无线网络控制、遠程生产管理和远程监控功能，形成了混凝土的智能生产与管理系统，该系统从根本上提高了混凝土生产、管理的效率，大大降低了混凝土生产、管理的成本。但信息传输的实时性、系统的稳定性存在不确定性，仍需要深入，未来将继续就此问题进行研究。