道路建材加工管理系统的制作方法

本发明涉及智能制造装备与工业互联网，具体涉及一种应用于沥青混合料、水泥混凝土等道路建材生产过程中的道路建材加工管理系统，属于道路工程机械与绿色环保建材行业中生产过程智能化管控技术的交叉领域。

背景技术：

1、在道路建材尤其是沥青混合料与水泥混凝土的加工生产中，搅拌站设备的智能化转型正处于由单纯机械自动化向工艺机理自适应演进的阶段，骨料与再生沥青路面材料（简称rap）的含水率检测、rap掺量的配方管理以及拌合主机内部拌合质量的评价，是影响成品质量稳定性与生产能耗的三个关键环节，但现有技术在上述环节均存在不同程度的技术局限。

2、与本发明最接近的现有技术方案是传统搅拌站自动化管理系统，该系统由配料称量子系统、拌和主机控制子系统、烘干加热子系统以及上位机监控软件构成，其中，配料称量子系统分别对粗细骨料仓、矿粉仓、rap仓、沥青罐设置计量装置；拌合主机控制子系统通过可编程逻辑控制器控制拌合叶片转速与拌合时长，通常按照固定时长执行搅拌动作；烘干加热子系统按照预设温度曲线对骨料进行烘干脱水；上位机监控软件负责配方录入、生产报表统计与设备状态显示，该现有方案的工作流程为：操作人员根据人工抽检的含水率结果与经验固定配方，通过上位机下发配料指令，可编程逻辑控制器控制各计量秤按固定比例完成配料，拌合主机按预设固定时长完成搅拌后卸料。

3、该现有技术存在如下缺陷，其一，由于料仓内物料表面与内部存在空间湿度梯度，而现行规范依赖人工定时抽样检测含水率，抽检点位有限，因此检测结果无法代表物料整体真实含水率，且检测结果的获取存在时间延迟，导致配水与烘干参数的调整只能滞后于物料实际状态变化，最终引起混合料坍落度或水稳定性等关键指标出现批次性不达标，其二，由于rap的级配、旧沥青含量及老化程度批次间变异性较大，而现有技术对rap采用固定掺量与固定再生剂比例的静态配方管理模式，无法根据每批次rap的实际老化状态进行配方自适应调整，最终导致混合料的路用疲劳寿命与高低温性能出现较大波动，其三，由于拌合主机内部拌合状态不可视，现有技术对拌合主机内物料实际均匀性缺乏在线无损评价手段，只能依赖事后离线试验发现欠拌或离析问题，此时不合格物料已完成生产甚至出厂，最终造成大批量废料产生与能源浪费。

4、综上，现有技术在含水率实时前馈补偿、配方批次自适应寻优以及拌合内在质量在线评价三方面均存在不足，亟需一种能够实现全流程实时感知、动态自适应调控与在线闭环修复的道路建材加工管理系统。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有道路建材加工生产过程中，骨料与rap含水率检测存在滞后性且抽样代表性差，无法在配料前实现实时前馈补偿；

2、高比例rap掺量下混合料性能批次波动大，固定配方管理模式无法根据每批次rap实际老化状态进行自适应调整；

3、搅拌主机内在拌合质量长期处于不可视状态，缺乏在线无损评价与闭环修复手段，导致成品质量不稳定、废料率高、能源浪费严重。

4、为解决上述技术问题，本发明提供一种道路建材加工管理系统，包括感知层、边缘计算层、决策优化层和执行控制层，所述感知层包括布设于进料仓内壁和传送带上方的水分传感器阵列、布设于rap传送带上方的近红外高光谱成像装置和机器视觉相机，以及安装于拌和主机的非介入式电流电压传感器、扭矩传感器、振动传感器和声学传感器，所述边缘计算层与感知层通信连接，根据水分传感器阵列采集的多个测点的含水率信号进行空间插值运算，得到覆盖物料截面的含水率空间分布数据，并根据该分布数据与目标含水率之间的偏差，结合物料实时流量，求解配水量与烘干温度的前馈补偿设定值；

5、边缘计算层还根据近红外高光谱成像装置和机器视觉相机采集的光谱数据和图像数据进行特征提取和反演运算，得到当前批次rap的老化指数和旧沥青含量；

6、边缘计算层还根据非介入式电流电压传感器、扭矩传感器、振动传感器和声学传感器采集的信号提取特征向量，输入时序预测模型得到拌合物内部均匀度预测指标，所述决策优化层包括配方动态寻优模块和搅拌闭环决策模块，配方动态寻优模块根据老化指数和旧沥青含量求解新沥青掺量与再生剂掺量的配合比；

7、搅拌闭环决策模块将均匀度预测指标与预设合格阈值进行比对，在判定存在离析风险和欠拌风险中至少一种风险时，生成用于调整搅拌时长和搅拌转速中至少一项参数的控制指令，所述执行控制层通过工业通信协议接入的可编程逻辑控制器分别驱动配水泵、烘干筒燃烧器变频器、沥青泵、再生剂计量泵以及拌和主机变频驱动器，实现感知、决策与执行之间的闭环协同。

8、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

9、1.通过在进料仓与传送带上布设的水分传感器阵列实时构建含水率空间分布数据，并在物料进入拌合工序前完成配水量与烘干温度的前馈补偿，改变了现有技术依赖事后修正的滞后模式，能够在物料状态发生实际变化之前完成调整，提升了含水率控制精度与混合料坍落度、水稳定性的批次一致性。

10、2.通过在线近红外高光谱成像与机器视觉技术对rap进行连续无损扫描，秒级反演当前批次的老化指数与旧沥青含量，并据此动态重新求解配合比，实现了配方随批次自适应调整，避免了固定配方模式下的性能波动，有利于提升混合料的路用疲劳寿命与高低温性能的稳定性。

11、3.通过采集拌合主机的多源异构过程信号并建立设备过程量与拌合物内部均匀度之间的映射模型，在不增加介入式探头的前提下实现拌合内在质量的在线预测，并在检测到风险时自适应调整搅拌参数，使不合格批次能够在生产过程中即被拦截与修复，有效降低了废料率与能源消耗。

1.道路建材加工管理系统，其特征在于，包括感知层、边缘计算层、决策优化层和执行控制层；

2.根据权利要求1所述的道路建材加工管理系统，其特征在于，还包括设置于拌合前工位的校核传感器，所述校核传感器用于采集补偿后物料的实际含水率；所述边缘计算层还用于将所述实际含水率与目标含水率进行比对，在偏差超过预设阈值时触发二次补偿运算。

3.根据权利要求1所述的道路建材加工管理系统，其特征在于，所述边缘计算层采用反距离加权插值法进行所述空间插值运算，根据各测点与待估算位置之间的空间距离对相应测点的含水率测量值进行加权平均，且空间距离越小对应的权重越大。

4.根据权利要求1所述的道路建材加工管理系统，其特征在于，所述边缘计算层还用于对所述光谱数据进行去噪、基线校正和标准化处理，提取与旧沥青含量和老化程度相关的特征吸收峰强度和一阶导数光谱特征，并将提取的特征输入预先训练的偏最小二乘回归模型，得到所述老化指数。

5.根据权利要求1所述的道路建材加工管理系统，其特征在于，所述配方动态寻优模块用于以所述配合比对应的混合料路用性能预测值与目标路用性能指标之间的偏差、以及所述配合比对应的材料成本作为优化目标，采用序列二次规划算法求解所述配合比。

6.根据权利要求1所述的道路建材加工管理系统，其特征在于，还包括批次追溯数据库，所述批次追溯数据库与所述边缘计算层和所述决策优化层通信连接，用于存储所述老化指数、所述旧沥青含量和求解得到的所述配合比。

7.根据权利要求1所述的道路建材加工管理系统，其特征在于，所述时序预测模型为具有输入门、遗忘门和输出门控制机制的循环神经网络；所述执行控制层根据所述控制指令调整所述拌合主机变频驱动器的运行参数后，所述感知层持续采集所述非介入式电流电压传感器、所述扭矩传感器、所述振动传感器和所述声学传感器的信号，所述边缘计算层根据持续采集的信号得到的验证结果对所述时序预测模型进行在线迭代更新。

8.一种道路建材加工管理方法，应用于权利要求1所述的道路建材加工管理系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的道路建材加工管理方法，其特征在于，还包括：采集补偿后物料的实际含水率，将所述实际含水率与目标含水率进行比对，在偏差超过预设阈值时触发二次补偿运算。