一种固定模台智能养护单元的控制系统及方法与流程

本发明涉及混凝土预制板生产
技术领域：
，特别涉及一种固定模台智能养护单元的控制系统及方法。
背景技术：
：装配式建筑规划自2015年以来密集出台，目前已向全国全面推广，并取得突破性进展。大量的装配式建筑迅速崛起，同时对混凝土预制板的需求也与日俱增。混凝土预制板质量的好坏决定着装配式建筑的使用寿命，这就对混凝土预制板的养护提出了更高的要求。蒸汽养护是传统混凝土预制板养护的重要手段，但是也存在一些问题。冬季的环境温度较低，在混凝土预制板还未初凝的预养护(也叫静停)阶段，为了创造适宜的温度，直接将蒸汽通入到养护房中进行升温，大量的热蒸汽遇冷迅速凝露，滴落在混凝土预制板上会使其表面产生凹凸，影响平整度。另外，混凝土预制板本身的温度较低，若突然与大面积热蒸汽接触，很容易造成表面开裂，影响产品的质量。若混凝土预制板的生产规模较大，采用传统的蒸汽养护方式一般会考虑筹建锅炉房，该项费用是一笔不小的开支。其次，燃煤锅炉房还会排放二氧化碳、二氧化硫等有害气体，严重污染环境。再次，若锅炉房与生产混凝土预制板的车间较远，蒸汽在输送过程中会散失一部分热量，造成能源浪费。最后，在生产过程中，若操作者不能对混凝土预制板的养护温度、湿度及升/降温速率精确控制，产品的质量也难以得到保证。因此，本发明针对上述问题提出了一种固定模台智能养护单元的控制系统及方法。技术实现要素：本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种固定模台智能养护单元的控制系统及方法，实现对混凝土预制板养护的精确控制，自动化程度高，节水，环保，能保证产品质量。本发明采用如下技术方案：一种固定模台智能养护单元的控制系统，包括养护单元、plc控制器，人机交互界面，信号采集设备；所述养护单元，包括加热设备和加湿设备，分别对混凝土预制板进行加热和加湿；所述信号采集设备，采集所述养护单元的温度信号和湿度信号，并传输到所述plc控制器；所述人机交互界面，用于混凝土预制板养护参数的设定和输入；所述plc控制器，分别对所述加热设备和所述加湿设备进行独立控制；所述plc控制器分别与养护单元、人机交互界面和信号采集设备信号连接。进一步的，所述养护单元包括：软化水设备、电磁锅炉、循环水泵、加热管道、蒸汽发生器、排气软管；所述电磁锅炉、循环水泵、加热管道构成加热设备；所述蒸汽发生器、排气软管构成加湿设备；所述软化水设备为所述加热设备和加湿设备提供软化水源。加热设备为电磁锅炉，加湿设备为蒸汽发生器，工作期间系统不会产生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，无任何有害气体排出。进一步的，所述软化水设备与保温水箱连接并为保温水箱补水；软化水在所述保温水箱、电磁锅炉、循环泵、加热管道之间封闭循环；所述软化水设备还与蒸汽发生器连接，为蒸汽发生器提供软化水源。自来水经过软化处理后再输入到养护单元中，以防止其在电磁锅炉、蒸汽发生器和循环管路内部凝结水垢，可以提高设备的使用寿命。其中，热水循环管路近似于一个封闭系统，管路内的水几乎不会减少，要很长一段时间才需要往管路内补充少量的水，水的消耗仅发生在加湿过程中，冷凝水最终被回收，可以再次循环利用。进一步的，所述养护单元还包括养护罩，所述养护罩使用时能将混凝土预制板、钢制模台、加热管道、排气软管罩起来。进一步的，所述控制系统还包括存储打印设备，用于混凝土预制板产品的全程追踪；所述存储打印设备与所述plc控制器连接。本发明还一种固定模台智能养护单元的控制方法，所述控制方法将混凝土预制板的养护划分为预养护、升温、恒温、降温四个养护阶段；各个养护阶段分别计时，对每个养护阶段单独设定温度和湿度，并对温度和湿度独立控制。加热和加湿分开控制，以适应产品不同的养护阶段。在预养护阶段(也叫静停)，不需要很大的湿度，只需适当地通入蒸汽保持湿度即可，若环境温度较低，为了满足混凝土良好的水化、硬化条件可适当进行加热。加热采用热水管路与空气热交换的方式实现，加湿采用蒸汽管路释放蒸汽的方式实现。在一定条件下，释放蒸汽对加热能起到辅助作用。进一步的，具体包括：plc控制器判断控制系统是否故障，如果故障，则进入故障处理程序，并将故障信息显示在人机交互界面上；如果控制系统正常，判断当前的养护模式；如果是预养护模式，则按照预养护工艺对混凝土预制板进行养护；如果处于正式养护模式，则按照正式养护工艺分阶段对混凝土预制板进行养护；所述正式养护模式下的养护阶段包括升温、恒温、降温3个养护阶段；如果是人工操作模式，判断当前的混凝土预制板是否有预养护工艺或正式养护工艺还未完成，如果有，养护状态要继续更新，将未完成的工艺完成；如果没有，直接进行人工操作，实时在人机交互界面上显示养护状态；如果从人工操作模式切换到预养护模式或正式养护模式，要将当前的状态作为预养护模式或正式养护模式的初始状态，开始预养护工艺或正式养护工艺。进一步的，混凝土预制板养护时放置于养护罩内，各养护阶段控制参数如下：预养护阶段：混凝土预制板浇筑成型后罩上养护罩，静置2h-3h，养护罩内的温度为15℃～30℃，湿度为50％～75％；升温阶段：以≤20℃/h的速率升温至50℃，升温时间为1h-2h，养护罩内的湿度为80％～100％；恒温阶段：养护罩内的温度保持在50℃～55℃，湿度保持在80％～85％，恒温时间为8h。降温阶段：降温速率为≤20℃/h，降温时间为1h-2h，养护罩内的湿度保持在50％～85％。进一步的，养护罩内湿度由传感器来检测，在各养护阶段规定了湿度的范围：a％～b％(a、b的选择要参考混凝土等级等因素，如预养护阶段，a、b可分别选择50％、75％，也可以在此范围内进一步细化，如a、b分别选择55％、70％，具体需要根据实际情况确定。其他养护阶段类似)，在预养护、升温、恒温、降温阶段，加湿的控制方式如下：当湿度小于a％并持续一段时间(5-10分钟)后，蒸汽阀间歇开启，在不同养护阶段，间歇开启、停止的时间控制在5～10分钟，如此循环，直到湿度达到b％,蒸汽阀关断。蒸汽阀关断后，当湿度小于a％并持续一设定时间(5-10分钟)后，重复上述工作过程。进一步的，养护罩内温度由温度传感器来检测，系统用于环境温度-10℃以上，设环境温度为t1，养护罩内的温度为t2，养护罩内温度上升的速率为v，当前电磁锅炉的加热功率百分比为p，上一次电磁锅炉的加热功率百分比为p1，在预养护、升温、恒温、降温阶段，加热的控制方式如下：预养护阶段：当t2＜25℃时，电磁锅炉的加热功率百分比为80～100；当25℃≤t2＜28℃且t2仍在上升时，p＝p1-5，按一定的周期判断t2并更新p值；若能找到维持养护罩内热量补充与散失平衡的p值，则此后一直按此值进行加热；若p＝0，则电磁锅炉关机，直到t2≤18℃，电磁锅炉开机，重复上述工作过程；当t2≥28℃时，电磁锅炉关机，直到t2≤18℃，电磁锅炉开机，重复上述工作过程。升温阶段：当t2＜50℃且v≤0.2℃/min时，电磁锅炉的加热功率百分比为80～100，蒸汽辅助加热，间歇开启蒸汽阀；当t2＜50℃且0.2℃/min＜v≤0.3℃/min时，电磁锅炉的加热功率百分比为80～100，关断蒸汽阀；当t2＜50℃且v＞0.3℃/min时，p＝p1-10，按一定的周期判断t2、v并更新p值，直至找到满足升温速率要求的p值，此后一直按此值进行加热；当t2≥50℃时，p＝20，升温过程结束。恒温阶段：刚进入恒温阶段，p＝20；当t2＜52℃且电磁锅炉未关断时，p＝p1+5，按一定的周期判断t2并更新p值；当52℃≤t2＜54℃时，p保持不变；当t2≥54℃时，电磁锅炉关断，直到t2＜52℃时，电磁锅炉开启，重复上述工作过程。降温阶段：当v≤0.3℃/min时，电磁锅炉关断。当v＞0.3℃/min时，电磁锅炉开启，p＝p1+5，按一定的周期判断v并更新p值，直到找到满足降温速率要求的p值，此后一直按此值进行加热。进一步的，所述控制方法采用如上述的固定模台智能养护单元的控制系统对混凝土预制板的养护进行控制。混凝土预制板的养护主要包含五个参数：养护阶段、养护时间、升/降温速率、养护罩内温度、养护罩内湿度。养护工艺分为：预养护(也叫静停)、升温、恒温、降温四个阶段。每个养护阶段分别计时，各阶段的温度和湿度严格规定，养护罩内的升/降温速率精确控制，能确保产品的质量。本发明还提供了一种实现上述的固定模台智能养护单元的控制方法的计算机程序及存储该计算机程序的可读存储介质。本发明的有益效果为：1、加热和加湿分开控制，能够保证产品的质量。尤其是在预养护(也叫静停)阶段，混凝土还未初凝，此时不需要大量蒸汽。若环境温度较低，为了满足混凝土良好的水化、硬化条件只需适当加热即可。该阶段仅在需要补充湿度的时候，才适当通入蒸汽。与传统的完全采用蒸汽养护的方式相比，对产品分开加热和加湿，能够避免混凝土预制板养护初期，表面突然接触大量热蒸汽而龟裂的现象发生，此外，还能防止大量热蒸汽冷凝的水滴落到产品表面，造成大面积凹凸的现象发生。2、加湿过程中，蒸汽阀间歇通断，能防止养护罩内蒸汽扩散不均造成局部湿度迅速达到100％等情况的出现，以保证养护罩内整体湿度在合理可控范围内。3、对混凝土预制板的养护均采用电气设备，期间不会产生任何氮、氧化物等有害气体，非常环保。4、近似封闭的采暖管路系统，加热对水的消耗微乎其微，仅在给产品加湿过程中才会消耗一定量的水，最终的冷凝水被收集起来，可以再次循环利用，能够有效节约水资源。5、在人机交互界面，各个功能可灵活选择，每种工艺由控制系统自动完成，无需操作人员时时看管，能够节省人力资源。6、在养护过程中，养护曲线可随时了解，产品的各项参数清晰可控，且能够实时存储并打印，实现了对产品的全程追踪，方便用户的后期分析及调整。7、智能养护单元对产品养护的温度、湿度和升/降温速率均进行精确控制，且对时间严格把握，为产品养护创造了一个水化热平稳释放的环境，能防止因温度的剧烈变化其表面出现裂缝的现象发生，此外还能促进产品早期的初凝及强度的形成，能有效保证产品的质量。附图说明图1所示为本发明实施例一种智能养护单元控制系统总体结构示意图。图2所示为实施例中养护单元的结构示意图。图3所示为本发明实施例一种智能养护单元控制方法流程示意图。具体实施方式下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。如图1-2所示，本发明实施例一种智能养护单元控制系统，包括养护单元、plc控制器，人机交互界面，信号采集设备、存储打印设备(未示出)；信号采集设备包含：温、湿度传感器、液位计；养护单元包括软化水设备、电磁锅炉、蒸汽发生器、管路循环水泵、供水电磁阀和蒸汽电磁阀；人机交互界面用于混凝土预制板养护参数的设定和输入；plc控制器分别对所述加热设备和所述加湿设备进行独立控制；plc控制器分别与养护单元、人机交互界面和信号采集设备信号连接。系统启动后首先判断是否有故障，若检测到有故障，立即报警并进入到故障处理模块。此时，操作人员可以通过人机界面了解当前系统发生了何种故障，然后根据故障诊断界面给出的相应解决办法来一一排除故障。若无故障，系统运行前先判断处于哪种模式下。若系统处于预养护模式，系统开始运行后，在人机交互的预养护界面能显示当前的预养护次数，同时温、湿度曲线也在该界面实时地绘制出来。若用户想了解养护状态的其他参数，进入养护状态界面即可了解详情。若当次混凝土预制板的预养护完成，系统将在人机交互界面弹出一个对话框来询问用户是否要继续进行预养护，若点击“否”按钮，人机交互界面跳到系统启动界面，预养护停止；若点击“是”按钮，预养护界面的养护次数自动更新，同时温、湿度曲线继续在该界面绘制，预养护接着进行，直到预养护过程全部结束。若系统处于正式养护模式，输入各参数后系统将对混凝土预制板进行正式养护。正式养护包含升温、恒温、降温工艺，正在执行何种工艺在人机交互的正式养护界面进行指示，同时温、湿度曲线也在该界面进行实时绘制。同样的，若用户想了解过程中的各参数状态，进入到养护状态界面即可一目了然。当正式养护过程结束，系统会提示用户养护完成，用户进行处理后即可展开接下来的工作。若系统处于人工操作模式，首先要判断之前在预养护模式或正式养护模式是否有未完成的工作，若有，需将未完成的工作做完，然后再开始人工操作；若没有，直接进行人工操作即可。在该模式下，用户操作非常灵活，可以根据需要单独输入电磁锅炉的加热功率、加热时间和蒸汽发生器的加湿时间等参数，非常方便起初各设备的调试。在人机交互的人工操作界面也设置了相应的状态指示，如加热指示和加湿指示，以方便用户了解系统的运行情况。在该模式下，系统的详细参数状态也在养护状态界面进行查看。在每种模式下工作，系统首次运行前均需要人工在人机交互界面输入养护参数，包含养护时间、养护温度、养护湿度、升/降温速率。此后，若不改动这些参数，系统将按照起初的设置来运行，即使断电，这些参数也不会丢失。在任何模式下，混凝土预制板在养护过程中的各项参数均自动进行存储并打印，使得产品在生产过程中的每个细节都能被清楚地了解到，这样更有利于用户对产品质量的整体把握，方便其进行改进或调整。图2为养护单元的一个具体实施例，软化水设备分2路供水，一路通过截止阀、过滤器、供水电磁阀与保温水箱连通，为保温水箱提供和补充软化水；保温水箱、循环泵、电磁锅炉、加热管道构成封闭循环，组成加热设备，其中加热管道布置在混凝土预制板及模台的下方，为混凝土预制板提供养护加热热量。优选的，保温水箱与循环泵、保温水箱与加热管道、电磁锅炉与加热管路之间均设置截止阀；循环泵与电磁锅炉之间设置止回阀。软化水设备的第2路通过截止阀与蒸汽发生器连接，蒸汽发生器通过截止阀、蒸汽电磁阀与排气软管连接；构成加湿设备，为混凝土预制板养护提供设定的湿度。养护单元使用前，先将所有截止阀手动打开，待自来水经软化设备处理完毕后，供水电磁阀自动打开，软化水沿管路注入到蒸汽发生器和保温水箱中。蒸汽发生器自动上水，水满后上水停止。保温水箱与采暖管路相连，启动循环泵后，保温水箱中的软化水被引入到采暖管路中，循环起来，待整个采暖管路都注满水，保温水箱中的水到达一定液位时(通过液位计控制)，供水电磁阀自动关闭，以上是养护单元的水软化和水循环部分。将自来水进行软化，能防止其加热后在管路内凝结水垢，保证热水管路与空气的高效热交换，延长智能养护单元的使用寿命。养护单元的加热功能采用热水循环管路与空气热交换的方式实现。管路内的循环水在流经电磁锅炉时被加热，接着热水流到大面积的加热管路中进行散热(混凝土预制板被放在加热管路的上方，由钢制模台支撑)，待历经整个加热管道后，带有余热的水流回到保温水箱中，如此往复，来实现对混凝土预制板的加热功能。管路内的循环水不会被无限制的加热，带水温达到上限值(通过水温传感器)，电磁锅炉自动停止加热。养护单元的加湿功能由蒸汽管路(排气软管)释放蒸汽发生器产生的蒸汽来实现。蒸汽发生器内注满水后自动进行加热，加热完毕自行停止。当需要对混凝土预制板进行加湿时，蒸汽电磁阀自动打开，蒸汽可通过排气软管释放出来补充湿度。冷凝水最终会被回收，经过处理后可循环再利用，以节约水资源。本发明实施例的养护单元，仅在对产品的加湿过程中消耗水源，热水采暖管路近似封闭，水量几乎无消耗，即使长时间后补充一点，也是微乎其微，所以非常节水。传统方法养护混凝土预制板使用的蒸汽由燃煤加热锅炉内的水源获得，期间会产生大量的有害气体，严重污染环境。本发明实施例中由电气设备来实现对产品的养护功能，不会产生任何有害气体。优选的，混凝土预制板在养护的时候，为了保持养护的温度和湿度，可以用养护罩将加热管道、加湿管路、钢制模台及混凝土预制板罩起来。该养护罩用保温材料制成，被挂在采暖管路两侧的架子上。它能在水平方向进行拉伸和折叠，用的时候拉开，用完折叠起来即可，使用非常方便。本发明实施例中，产品养护的加热和加湿分开控制，能提高产品的合格率。比较传统的混凝土预制板养护方式为将其放入养护房中，直接通入热蒸汽进行加热、加湿养护，这样对还未初凝的混凝土预制板来说很不利。在环境温度比较低的情况下，尤其是在预养护(也叫静停)工艺初期，养护房内的温度比较低，突然通入热蒸汽，水蒸汽预冷急速液化，大量凝结成的水珠滴落在未初凝的混凝土预制板表面会砸出凹凸，影响表面的光滑度。其次，混凝土预制板表面因突然受热极易龟裂，会造成产品报废。采用本发明实施例的控制方式可以完全避免以上问题。在预养护(也叫静停)工艺初期，需要提高温度时，采用电磁锅炉加热的水暖管路与养护罩内的空气进行热交换的方式加热，能避免混凝土预制板表面急剧受热出现裂纹的现象发生。需要加湿时，蒸汽电磁阀打开，从排气软管适当通入蒸汽，既能保证养护罩内的湿度，又能防止大量水蒸汽液化产生的凝露落到-混凝土预制板表面造成大面积不平的现象发生。采用本发明实施例的加热、加湿方式，能降低产品的残次品率，保证产品的质量。图3为本发明实施例一种智能养护单元控制方法流程示意图。混凝土预制板的养护工艺分为静停、升温、恒温、降温四个阶段，本发明实施例中预养护能够完成静停工艺，正式养护能够完成升温、恒温和降温工艺。在人机交互界面，选择需要的功能并设置好参数后，整个工艺均由控制系统自动完成，无需操作人员全程看管，能有效节省人力资源。传统的蒸汽养护方式对温度及湿度的控制并不精确，这样不能对混凝土预制板的质量进行很好的把握，很容易出现残次品。若环境温度比较恶劣，如寒冷的冬季，如果不能在静停阶段给混凝土预制板提供一个适宜的温、湿度环境，会对其水化作用、初凝产生不利影响。如果在升温、降温阶段，温度变化过于剧烈，很容易使混凝土预制板的表面产生裂纹，导致产品报废。此外，湿度的控制如果不严格，也会影响混凝土预制板的质量。鉴于以上情况，本发明实施例对养护混凝土预制板的各阶段都进行了精确的控制，同时也对各参数给出了严格的规定：预养护阶段：混凝土预制板浇筑成型后罩上养护罩，静置2-3h。养护罩内的温度为15℃～30℃，湿度为50％～75％。升温阶段：以≤20℃/h的速率升温至50℃，升温时间为1-2h，养护罩内的湿度为80％～100％。恒温阶段：养护罩内的温度保持在50℃～55℃，湿度保持在80％～85％，恒温时间为8h。降温阶段：降温速率为≤20℃/h，降温时间为1-2h，养护罩内的湿度保持在50％～85％。为得到较佳的养护效果，传统养护方式也被列入到对比试验中。传统养护方式的具体实施过程为：混凝土预制板浇筑成型后罩上掩护罩，静置3小时；然后将蒸汽软管伸到掩护罩内，打开蒸汽阀门，通入140℃的蒸汽，养护12小时；最后掀开掩护罩自然冷却混凝土预制板。实验中养护的混凝土预制板为内墙板，尺寸为2830×2550×200，约1.44立方米；混凝土型号为c45；检测抗压强度的仪器为回弹仪。当混凝土预制板从养护罩内取出时，采用本发明实施例的养护方式与传统养护方式的实验效果对比如下表1：表1养护方式平均抗压强度表面具有明显裂缝比例智能养护单元养护28.1(0-1)/10传统养护22.6(4-6)/10从上表可以看出，与传统养护方式相比，采用本发明实施例的智能养护单元控制系统及方法，混凝土预制板的抗压强度明显提高，且表面具有明显裂缝的比例明显降低。说明在养护过程中对各阶段的精确控制和对各参数的规定比较合理，能有效提高产品的质量。上述参数的获得，是申请人大量试验的成果看，克服了传统混凝土预制板养护仅用蒸汽养护的偏见，极大提高产品的质量。与传统蒸汽养护方式相比，采用本发明实施例的智能养护单元控制系统及方法，能对产品养护的温度、湿度和升/降温速率进行精确控制。即使在寒冷的冬季，也能为混凝土预制板提供良好的水化、硬化条件，能确保产品的质量。对升/降温速率的严格控制，能有效避免因温度急剧变化混凝土表面龟裂的现象发生，提高了产品的合格率。对时间、温度和湿度的精确把握，能合理控制产品的初凝程度及强度，保证了产品的质量。本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。当前第1页12