[发明专利]一种混凝土智能搅拌控制方法及其系统

权利要求书

1.一种混凝土智能搅拌控制方法，其特征在于，包括如下处理步骤：

1)将混凝土搅拌站中监测到的涉及加料量、搅拌时间、搅拌方式以及完成搅拌后混凝土的理化性质数据同步至云平台并进行大数据分析，根据最优解得出各项性能要求及应用条件下最佳配比及搅拌时间、搅拌方法数据，从而生成各项使用要求下的最优配合比及最佳搅拌方案；所述理化性质数据包括含水量、流变性、匀质性；

2)实施搅拌前，于搅拌机的人机交互模块中输入混凝土用途或具体参数性能要求，人机交互模块自动从云平台调用最优物料配比及最佳搅拌方案；

3)随后，搅拌机的控制系统按照所调取的最优物料配比及最佳搅拌方案自动取料、并测量所取材料的性能参数，将性能参数反馈至边缘计算平台判断材料性能是否符合要求；如符合要求，即按照顺序加料至搅拌舱；如初步测量不符合，则重新取料并进行二次测量，若二次测量仍然不符合，则反馈至控制系统更换料仓；

4)装料完毕后，按最佳搅拌方案执行搅拌；并于在达到预设搅拌时间后，自动监测及计算混凝土的理化性质数据，其监测及计算方法如下：

将新拌水泥浆体看作是塑性流体，用宾汉姆模型进行分析；当剪切应力τ超过其临界值τ₀时浆体在作用力下开始运动，且应变梯度随着应力增加表现出线性增长，模型的表达式为：

τ＝τ₀+μγ，式中：

τ为剪切应力，单位为Pa；γ为剪切速率，单位为S^-1；τ₀为屈服应力，单位为Pa；μ为塑性粘度，单位为Pa.s；

新拌混凝土的塑性粘度与水泥浆体的粘度存在以下公式的关系：

式中：C为混凝土集料的体积浓度，η为新拌混凝土的塑性粘度，η₀为水泥浆体的塑性粘度，A、B为系数；

通过积累大量搅拌机电信号与混凝土流变性Y_i的数据，找到电信号与流变性Y_i之间的映射关系；假定组分和性能指标之间是随机性关系，由于性能指标为随机变量，因此选择其统计特征μ_i为某性能指标的代表值；所以，确定数据挖掘计算网络模型的输入为混凝土各组分的用量，输出为混凝土性能指标的平均值；

设Y_i为混凝土流变性，则Y_i～N(μ_i,δ_i2)，其中μ_i为Y_i的平均值，δ_i2为方差，于是有：

给定置信概率1-α，存在U_α/2，使得成立；则

得到平均值μ_i的置信区间为：

将三次实验值的平均值作为混凝土的塑性粘度η，即上面的n取3；

5)将数据传至边缘计算平台和搅拌方案中的预期数据进行对照，若测量值和预期值的差距的容错范围小于5％，请求出料，否则，给出修正方案并反馈至云平台进行校正，并重复上述流程。

2.根据权利要求1所述的混凝土智能搅拌控制方法，其特征在于，所述修正方案为：基于骨料质量波动对最终混凝土质量影响很大，通过对集料包括砂石形状、大小、含水率在内的性质实时监控进行配合比的实时调整，实现混凝土工艺的修正改进；

根据紧密堆积理论及级配理论的核心思想，以骨料的最紧密堆积为目的，降低孔隙率；依据连续堆积理论Andreason方程：

U(D_p)＝100(D_p/D_max)ⁿ

其中，U(D_p)为粒径小于D_p的颗粒的体积分数、D_max为体系中最大颗粒的粒、n为分布模数；由于不同分布情况下的孔隙率随n值的减小而降低，当n值降至1/3时，孔隙率最小，颗粒堆积最密实；

由此，对Andreason方程优化后得到Dinger-Funk模型方程为：

式中，U(D_p)为粒径小于D_p的颗粒的体积分数、D_max为体系中最大颗粒的粒径、D_min为体系中最小颗粒的粒径、n为分布模数。