专利名称：新鲜混凝土生产时的即时坍度测量系统的制作方法
技术领域：
本发明是涉及一种新鲜混凝土生产时的即时坍度测量系统，尤其是指一种通过拌和中的混凝上坍度变化会影响拌和机负载电流变化而制作可以使新鲜混凝土在生产时可以即时显示其坍度值的即时坍度量测系统。
背景技术：
就混凝土预拌业而言，如何有效控制产制的新鲜的混凝土坍度是相当重要的，坍度不够与太多将会严重影响日后成品的强度。其中如图16所示，是坍度测试的坍度锥7，该坍度锥7为一上小下大的平截圆锥体，两侧设有提把71，并将坍度锥7放在平面上，再在顶端圆口72置入混凝土并分层捣实填满整个坍度锥7，再利用提把71将整个坍锥7往上提(如图17所示)放在混凝土堆73旁，取一标杆74放在圆口72上呈水平状，再用量尺75直接测量与混凝土顶端的高度差h(如图18所示)，此高度差即为“坍度”。利用此种坍度测量的方法无法即时得知拌和中的混凝土坍度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新鲜混凝土生产时的即时坍度测量系统，通过监测分析拌和机的负载电流值(或功率值)来判定坍度值，并克服电压变动、混凝土料别、拌和数量的不同造成的影响后，来形成并记录成理想坍度参考曲线及标准的电流值，成为一套可以即时得知是否符合理想的坍度值的测量系统，借此使新鲜混凝土在生产制作时就可得知是否是理想坍度值，而不会象以往在事后造成损失。
本发明的目的是这样实现的一种新鲜混凝土生产时的即时坍度测量系统，由传感器检测水泥拌和机马达的电流及电压的变化，再通过工业级个人电脑运算在电脑屏幕上显示变化的曲线图，并与事先已建立的理想曲线图作对比，就可即时得知该新鲜混凝土拌和过程中的坍度值。
该测量系统是利用电流互感器(C.T)、电压互感器(P.T)与电流、电压变送器(Voltage/Current Transducer)，将拌和机负载的电流转换为DC4-20mA信号，接入自动生产控制系统的可编程序控制器(PLC)的模拟/数字转换模块(A/D Module)，转换后的数值再通过通讯模块(Communication Module)传送到工业级个人电脑(IPC)，则个人电脑就能随时取得拌和机负载的电流值及电压值利用其中的一个屏幕作为即时坍度测量系统的屏幕视窗显示拌和时间及拌和机负载电流值形成“理想坍度参考曲线”供每一次拌和时对比，监测即时坍度值，连续显示目前的坍度值供操作人员提升采取相应措施来修正坍度，以避免影响生产效率与质量。
同时该测量系统可取拌和机的负载功率的变化作为测量系统的依据。
事实上，与拌和机内新鲜混凝土的坍度值关系最密切的是拌和机的负载电流值(或功率值)，所以本发明通过分析拌和机负载电流值的变化，来判定坍度值。但由前面的说明中得知，除了混凝土的坍度的外，还有其他多项因素也会影响拌和机负载电流值的变化，本发明就在于将逐一排除其他的因素，使得拌和机负载电流值的变化与坍度值的变化的因素如下1、拌和的数量依拌和机的最大拌和容量而设定，每批次的拌和量不能大于拌和机的最大拌和容量；它通常是0.5M3的倍数(1M3的混凝土其原料总合约2300-2400kgs)2、拌和的混凝土料别各种不同的料别(配比代号)代表各种不同的用料配方，即砂、石、水泥、飞灰、炉石粉水和其他添加剂的比例。
3、拌和的水量包括各种骨材的含水量及实际加入的水量。在其他的材料用量固定时，拌和的水量就是影响混凝土坍度的主要因素。
4、机械传导的阻力变动机械传导的元件损耗或是搅拌刀与底衬板的磨损，致使磨擦力变化，通常它是渐进式的。在本发明的测试中，不将这个因素列入考虑；因为拌和机的搅拌刀与底衬板等易磨损的消耗品，维修人员本来就应该定期检查、调整，必要时更新。若因机械的因素，导致影响“即时坍度测量”对坍度判断的准确性，这反而可以因此呈现出机械本身缺乏保养、维修的问题。
5、电源电压的变动若三相感应电动机的机械负载没有变动，则其负载电流(Current)与电源电压(Voltage)成正比。
6、马达刚起动时的起动电流在本发明中这项是可以被忽略的，因为正常的生产操作程序是在各种原料投入拌和机以前先起动拌和机马达，起动完成的后才可投料(放料)入拌和机去搅拌而在连续生产中，拌和机马达是不停止的。
因此，为实现本发明必须克服下列的影响1、克服电压变动所造成的影响因为电动机负载电流与电源电压成正比，所以本发明将检测电源电压值，根据电压值的变动，随时修正电流值，假设原来电压为V1，原来电流为A1，后来因电压变为V2，而电流受影响变为A2，则V2/V1＝A2/A1。
因为台湾低压的工业用电常为AC 220V或380V，所以本发明就将V1设为一般的额定电压值，即AC 220V。目前的电压值若为V2，目前的电流值为A2，则由以上公式得知在额定电压(即AC 220V)时拌和机的电流值A1＝A2×V2/220。
所以，只要能得到目前的电压值与电流值，就能依此公式将电流值调整为在AC 220V时的电流值。因此克服了电压变动对电流所造成的影响。
2、克服拌和的混凝土料别的影响因为不同的料别，代表着不同的材料配合比；或称为“配比代号”，或为“料号”。若不同的料号均独立给予资料库来记录其“理想坍度参考曲线”，及独立设置一个坍度运算系数，就不会有受料别不同的影响，也不需为了要如何将各拌和模式区分为不同的“混练群”而伤脑筋。
3、克服拌和数量的不同所造成的影响即使拌和相同的料号，也时常会拌和不同的数量。拌和数量的不同，对拌和机负载电流的影响是相当大的。因为一般的混凝土预拌厂，生产混凝土时每盘次的拌和数量都是0.5M3整数倍，以最大拌和量4.5M3拌和机为例，即0.5M3、1.0M3、1.5M3、2.0M3、2.5M3、3.0M3、3.5M3、4.0M3、4.5M3等；所以本发明不但给予不同的料号独立的资料库，同时每个资料库又区分为数个资料区，每个资料区对应一个拌和数量，用来记录其“理想坍度参考曲线”及标准电流值。
本发明主要以拌和中的混凝土其坍度变化会影响拌和机的负载电流为基础，利用各种方法去排除其他会影响拌和机负载电流的因素，使拌和机负载电流变动与拌和中的混凝土坍度值变动成一直接的关系，借以制作出一套“即时坍度测量系统”与以往相较，具有下列优点，如1、本发明在每盘次要开始拌和时，就能显示出本次拌和模式的“理想坍度参考曲线”，并且在拌和均匀之后就能连续显示目前的坍度值；且其测量的准确性已非常具有实用价值。
2、本发明先排除了电源电压变动对拌和机负载电流的影响，再细分每一种拌和料别与每一种拌和数量而独立设置一条“理想坍度参考曲线”，以及独立设置一个坍度运算系数。
3、坍度测量的准确性提高了。
4、在拌和的中期阶段，能由屏幕的曲线上看出坍度是偏高或是偏低，而不须等到完全拌和均匀；操作人员可以提早采取应对措施，修正坍度，而不影响生产效率。
5、操作程序简化了，不需为了要将各拌和模式区分为不同的“混练群”而伤脑筋。
6、本发明已能做到自动测量出还在拌和机内但已拌和均匀的混凝土坍度值，以供操作人员可依此判定该生产批次的混凝土坍度是否合格？是否需采取修正措施？7、在拌合完成时控制系统的电脑也可依此坍度测量系统所测量出的坍度值判定该生产批次的混凝土坍度是否合格？若不合格则产生警示并自动制拌和机的排料动作，再由操作人员去采取修正措施。
8、生产控制系统，可将“即时坍度仪”每盘测量的坍度值列入电脑的生产记录中，以方便事后品管追查。
9、在拌和机内的混凝土若是坍度太小，只要再加入适当的水，继续拌和均匀，就可修正其坍度。
图1为本发明的整体架构图；图2为本发明的生产控制系统的屏幕之一；图3为本发明的生产控制系统的屏幕之二；图4为本发明的即时坍度测量屏幕视窗；图5为本发明的拌和机负载曲线；图6为本发明应用的资料库之一；图7为本发明应用的资料库之二；图8为本发明的理想坍度参考曲线；图9为本发明的标准坍度的曲线表现图；
图10为本发明的坍度偏高时的曲线表现图；图11为本发明的坍度偏低时的曲线表现图；图12为本发明的配比档画面；图13为本发明的坍度试验表之一；图14为本发明的坍度试验表之二；图15为本发明的坍度试验表之三；图16为现有的坍度锥立体结构图；图17为现有的坍度锥操作示意图；图18为现有的坍度测量示意图。图中参照号数1电流互感器 2电压互感器3电流变送器 31电压变送器4拌和机 5可编程序控制器51A/D转换器 52通讯模块图式简单说明6个人电脑 61屏幕62屏幕7坍度锥71提把72圆口73混凝土锥74标杆75量尺具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。
如图1所示，为本发明的系统架构图，利用电流互感器(C.T)(1)、电压互感器(P.T)2与电压、电流传感器3、31(Voltage/Current Transducer)，将拌和机4负载的电流转换为DC 420mA信号，接入自动生产控制系统的可编程序控制器5(PLC)的模拟/数字转换模块51(A/D Module)，转换后的数值再通过通讯模块52(Communication Module)传送到工业级个人电脑6(IPC)，则个人电脑6就能随时取得拌和机4负载的电流值及电压值生产控制系统的电脑6有两个屏幕61、62(如图2、3所示)，其中的屏幕61作为即时坍度测量系统的屏幕视窗(如图4所示)，水平座标轴(X轴)为拌和时间(由0到100秒)；垂直座标轴(Y轴)为拌和机负载电流值，为了得到最佳的坍度参考图形解析度，其上限作标值与下限作标值为可调整，设定上限作标值为400A，下限作标值为150A。每次拌和的过程，随时将拌和机负载电流值以深色曲线画到坍度监视画面上，若是这个拌和模式还没有记录“理想坍度参考曲线”，则如图5所示，只有负载曲线在电脑的硬式磁碟机中安排一个子目录，专门存放“理想坍度参考曲线”的资料库，每一个不同的料号就对应一个独立的资料库(如图6、7所示)，每一个资料库分为九行，分别对应九种不同的拌和量(由0.5、1.0、1.5-4.5立方米)，每行又分为101个栏位，前面的100个栏位用来存放“理想坍度参考曲线”的电流值，第101个栏位用来存放“标准电流值”。
若是这个拌和模式还没有记录“理想坍度参考曲线”，而品管人员由试验结果发现本次拌和的混凝土的坍度是很标准的，则按一下“记录”键，电脑就将刚才画在坍度监视画面上的负载曲线电流值，平均每秒钟一次，再将此平均的电流值依序由拌和时间1到100秒储存进入对应的栏位1至100，另外将“拌和设定时间”截止前五秒钟的负载电流值平均而得到“标准电流值”，再将此“标准电流值”存到栏位101。
若是这个拌和模式已经有记录“理想坍度参考曲线”，则在开始拌和前，电脑就由资料库去读取，并在坍度监视画面上显示出“理想坍度参考曲线”(如图8所示)，其中参考曲线的宽度是可以设定的。
当“拌和设定时间”截止前20秒钟开始，一直连续到拌和机开始排料为止，电脑将坍度监视画面的右上角显示测量的坍度值(如图9、10、11所示)，其中如图9所示，拌和的负载曲线与理想坍度参考曲线一致，表示本次拌和的坍度很标准。如图10所示，负载曲线偏低于理想坍度参考曲线，表示本次的坍度偏高。如图11所示负载曲线高于理想坍度参考曲线，表示本次的坍度偏低。而此坍度值的计算公式为测量坍度值＝标准坍度值-坍度系数×(目前电流值-标准电流值)×100目前电流值目前拌和机的实际负载电流值(已经过电压变动的修正，显示在坍度监视画面的左上角)标准电流值储存在对应于本次拌和模式资料库中，第101栏位的数值标准坍度值本拌和料号(配比代号)中，设计的标准坍度值(如图12所示的配比档画面)坍度系数跟随在每个料号(配比代号)中的坍度系数值(如图12所示的配比档画面)当品管人员发现在坍度监视画面上显示的预测坍度值不正确，则可按一下“坍度”键，来输入实际正确的坍度值，电脑则自动去计算出正确的“坍度系数值”，并且存入该配比资料库中，若以后再拌和相同的料号时，坍度的预测将会正确。坍度系数值的计算公式为坍度系数＝[(标准坍度值-实际坍度值)×(本盘次电流值标准-电流值)]×100。
本发明的“即时坍度测量系统”，在拌和机内的材料搅拌均匀后会在画面视窗上显示出测量的坍度量。记录此坍度值，然后再由当盘拌和完成的新鲜混凝土取样，依据CNS1176的混凝土坍度试验法(Method of slump test for concrete)做四份实际的成品坍度试验，得到四个试验值。为减低人为测量的误差，将这四个试验值加以平均，然后剔除与平均值差距最大的一个试验值，剩下的三个试验值重新平均，再来与“即时坍度测量系统”所测量的坍度值做比较，列出其误差值。在不同的拌和盘次中重复以上的试验，将其结果制作成试验报表。
依据以上方法得的结果如图13、14、15的表所示，其结果经分析如下1.试验的样本其设计坍度范围由5cm至20cm，这已包含一般常用的商品混凝土的坍度范围2.“即时坍度测量系统”所测量的坍度值与实际坍度的误差范围都在±0.5cm以内。
3.这表示其测量的准确性已非常具有实用价值。因为即使由人工依据CNS1176的混凝土坍度试验法试验结果，误差范围在±0.5cm以上，也是常见的事，所以本发明在人工试验时取多次试验值平均，以力求其精确。
权利要求
1.一种新鲜混凝土生产时的即时坍度测量系统，其特征在于由传感器检测水泥拌和机马达的电流及电压的变化，再通过工业级个人电脑运算在电脑屏幕上显示变化的曲线图，并与事先已建立的理想曲线图作对比，就可即时得知该新鲜混凝土拌和过程中的坍度值。
2.根据权利要求1所述新鲜混凝土生产时的即时坍度测量系统，其特征在于该测量系统是利用电流互感器(C.T)、电压互感器(P.T)与电流、电压变送器，将拌和机负载的电流转换为DC4-20mA信号，接入自动生产控制系统的可编程序控制器(PLC)的模拟/数字转换模块(A/D Module)，转换后的数值再通过通讯模块传送到工业级个人电脑(IPC)，则个人电脑就能随时取得拌和机负载的电流值及电压值利用其中的一个屏幕作为即时坍度测量系统的屏幕视窗，显示拌和时间及拌和机负载电流值，形成理想坍度参考曲线，供每一次拌和时的对比，监测即时坍度值，连续显示目前的坍度值供操作人员提升采取相应措施来修正坍度，以避免影响生产效率与质量。
3.根据权利要求1所述新鲜混凝土产生时的即时坍度测量系统，其特征在于可取拌和机负载功率的变化作为测量系统的依据。
全文摘要
一种新鲜混凝土生产时的即时坍度测量系统，包含一个通过传感器检测水泥拌和机马达的电流及电压的变化，通过工业级个人电脑运算在电脑屏幕上显示变化的曲线图，并与事先已建立的理想曲线图作对比，就可即时得知该新鲜混凝土拌和过程中的坍度值，而成为一种可随时得知每一次拌和中混凝土即时坍度的测量系统。通过监测分析拌和机的负载电流值(或功率值)来判定坍度值，并克服电压变动、混凝土料别、拌和数量的不同造成的影响后，来形成并记录成理想坍度参考曲线及标准的电流值，成为一套可以即时得知是否符合理想的坍度值的测量系统，借此使新鲜混凝土在生产制作时就可得知是否是理想坍度值，而不会象以往在事后造成损失。
文档编号G01N33/38GK1432809SQ0210070
公开日2003年7月30日 申请日期2002年1月18日 优先权日2002年1月18日
发明者黄庆福 申请人:黄庆福