无人搅拌站的现状和未来

尹湘雄

（三一重工，湖南长沙 410000）

1.研究无人搅拌站的意义

什么是无人搅拌站？我们今天研究的无人搅拌站是狭义的无人搅拌站，即搅拌站的操作打料不需要人来操控，搅拌站的操作员可以减掉，完全由机器系统来操控。人工成本越来越高，操控搅拌站的经验技能需要培训费用，为了降低成本，客户亟需无人搅拌站。人工技能高低不一，人的倦怠或疏忽大意可能造成工程质量问题，因此研究无人搅拌站对提高工程质量，也具有非常重要的意义。

2.参照无人车给无人搅拌站分级

研究和发展无人搅拌站技术需要一个过程，为了更好地研究无人搅拌站技术。参照无人车分级，我们可以给无人搅拌站分级如下[1]：

0级（有人操作）：该级别完全由人进行操作。

1级（操作员辅助）：该级别搅拌站有最基本的自动生产功能，如自动称量、自动投料等系统。大多数搅拌站都在这个级别中。

2级（部分自动化）：该级别涉及至少两个主要功能的自动化。例如，自动扣秤和自动补秤功能，骨料智能卸料功能，自动生产有95%在国标误差范围之内，这些可以将其分为2级。

3级（条件自动化）：该级别搅拌站可以在某些条件下进行自动生产，无须人工干预，但如果有需要的话，操作手可以接管控制。3级的自动搅拌站需要增加搅拌车自动定位停车功能，在不需要调节水和沙石含水率，搅拌车的类型是固定的，主机卸料的参数只需要跟强度等级和配方强相关即可。

4级（高度自动化）：该级别车辆搅拌站始终处于自己完全控制的状态，即使没有操作员也能操作。4级搅拌站被设计成可以在配方与调试成熟后，基本不需要人工干预，但并不能完成所有的生产场景。这个级别的搅拌站需要增加许多安全报警功能，增加智能加减水、主机门智能定位、自动录屏、图像识别报警技术、远程操控技术、天眼系统、远程摄像功能、手机安全操控技术等。

5级（完全自动化）：该级别是真正意义上的可以在每个生产场景中可以与人类操作相当的，完全自主生产系统。不久的将来，它甚至可以在极端环境下自动诊断故障，自动排故。需要增加在线检测混凝土质量技术，可以自动调试配方，刚开始调试时也可以实现完全无人化。

3.无人搅拌站的充分必要条件

（1）智能加减水技术。一种技术路线是根据主机电流智能加减水，水的多少影响混凝土的塌落度，从而影响泵送的流畅度。混凝土的塌落度与主机电流的大小存在一定的相关性，可以根据主机电流、配方、强度等级等智能加减水[2]。每一盘料，当它投料到主机搅拌一定时间后，我们对主机电流有一个期望范围。如果主机电流在期望范围之内，就认为这盘料达到了我们期望的塌落度，不需要再手动干预，可以卸料到搅拌车中。如果主机电流大于这个范围，需要增加一定量的水，电流值和需要增加的水量存在一定的关系。如果主机电流小于这个范围，需要增加一定量的水泥或粉料；电流小于范围的值与需要增加的水泥量值也是存在一定的范围。如果出现智能加减水后，主机电流值仍然不能达到设定的范围，则需要手动干预。还有一种技术路线是根据微波传感器实时测量骨料的含水率，微波传感器与控制系统联动，为每一种砂仓定制一个数据通道，实现当盘调整砂料与水的用量。三一重工已经拥有此项技术，后续需要降低成本。

（2）安全报警机制，其包括手机短信提醒、手机App、手机电话提醒等。搅拌站的安全生产至关重要，出现超差报警时会自动发短信或打电话给相关人等，提醒其手动干预（可以远程）。电脑死机，有异常报警时会通知相关人等。例如，在搅拌机检修口安装视频，通过Yolo系列模型识别检修门与锁紧螺栓位置状态，当检修口未关闭或者未锁紧时告警信号与下位机联动禁止主机启动，并推送视频到三现后台，保障检修人员安全。

（3）主机门智能开门。根据图像识别技术智能开关主机门，做到不溢料，同时高效。此项技术基于人工智能算法，AI视觉算法智能识别料位高度，实时控制卸料门开度，实现溢料预警干预与防溢料控制。三一重工已经拥有此项技术，后续需要降低成本。

（4）搅拌车自动定位系统，让司机一个人能快速高效地定位。司机根据系统的提示可以准确无误地将搅拌车的接料口停在主机门的正中央，三一重工已经拥有此项技术。运用AI视觉识别与定位算法，实时分析摄像头视频数据，定位搅拌车卸料斗坐标，实现车辆对齐判断以及溢料状态识别与卸料门反馈控制。通过走车铃与三色信号灯实时自动提醒司机倒车状态，并通过车载大屏推送卸料口对齐影像与订单信息，司机轻松掌控卸料动态。原理图如图1所示。

图1 搅拌车自动定位系统原理示意图

（5）自动录屏技术，图像识别报警技术。根据图像中的配方，图像中的有料和无料动画，发现异常报警。待料斗和主机内显示有料的时间小于10s，通知相关人等。生产软件打开时录屏软件自动录屏，软件关闭时录屏软件自动暂停。自动保留2个月左右的录像。物料进料和卸料动画时间根据物料的目标值有一定的阈值，如果动画时间超过阈值且没有相应的报警，软件报警通知相关人等。搅拌倒计时和搅拌主机开门倒计时如果超过阈值也会报警。三一的智能回溯技术是此技术的初代版本，可以做到每一盘的生产视频回溯，下一步需要与生产流程契合，根据程序自动识别危险时间点，报警提示。

（6）天眼系统。为了保证生产安全可在待料斗上方，皮带周围，每个秤体周围，主机里面安装摄像头。通过摄像头可自动查看皮带运行情况，查看主机内运行情况，查看秤斗称量情况，查看骨料配料情况，这些都可以通过摄像头检查，不需要人工检查。同时根据图像识别算法，配合生产情况已经配方重量，互相校验，避免出现质量故障。比如待料斗有料和无料的判别，搅拌主机里面是否确实有料，称重传感器的异常都可以通过图像识别算法和生产流程的深度契合来判断。

（7）远程操控技术，是通过光纤不用在控制室操控生产，此技术已是成熟技术。

（8）一机双控技术及多控技术。三一一机双控技术实现一个操作手同时轻松操控2条生产线，人工成本下降50%，三一还实现了双机三控技术。2台电脑自由控制3个搅拌站，自由组合，1min之内快捷切换。如图2所示生产计算机1和生产计算机2都可以双控搅拌站A+B或A+C或B+C，且都可以单控搅拌站A或B或C。为检修提供了方便，且可减少1台电脑和1个人力成本。后续需配合其他无人技术，开发多控技术。

图2 双机三控原理示意图

（9）手机安全操控技术，多屏幕安全操控系统。无人搅拌站难免偶尔会出现一些突发状况，这时候系统会自动推送消息给相关人的手机上，相关人可以通过手机App或微信小程序进行权限验证后干预和排除故障。

（10）在线检测混凝土质量技术，比如实时监测塌落度和强度等。能够及时检测出混凝土的塌落度和强度，只需要几分钟甚至几秒钟即可得出结果。

4.无人搅拌站技术分级

根据前述的分级可对上述技术分级如表1所示。

表1 无人搅拌站技术及其分级

5.展望

广义上的无人搅拌站是指整个搅拌站无人化，操作员、维修员、管理人员、实验人员全部做到无人化。这需要维修机器人、ERP、无人过磅系统、无人搅拌车、智能下单系统、自动取样、智能测试系统以及全工程大数据网络系统。这里简单介绍下全工程大数据网络系统的设想。

这套系统通过互联网，建立包括所有工程的各个方面的数据，这些数据包括但不限于参与该工程的所有重要的人、所有重要的流程节点、所有相关设备的相关数据。数据包括工程基本信息、设备的各种重要参数、重要物资的生产过程，也包括重要步骤的操作视频等。

这套系统支持参与工程的相关各方实时参与互动，不受时空的限制，可以互相沟通交流，互相监督评论。

我们可以想象一下：工程施工方可以方便快捷地下单给搅拌站，让搅拌站生产混凝土，搅拌站生产混凝土的数据和视频可以上传到网络上，供监督方和热心的人监督。系统给搅拌车司机规划最佳路径，混凝土运到工地上，施工方根据混凝土的质量进行评价和点评。搅拌站设备方和搅拌站拥有方根据评价改进自己的工作和产品。整个施工工程记录所有的施工方、设备方、生产数据和生产施工视频。发现问题可以随时提出并立即纠正。事后发现问题也可以方便快捷地找到原因，改进产品和工作。