一种轻质混凝土板材养护控制方法及系统与流程

本发明涉及建筑板材智能制造与养护控制领域，尤其涉及一种轻质混凝土板材养护控制方法及系统。

背景技术：

1、轻质混凝土板材和轻质复合保温板材因兼具轻量化、保温和施工便利等特点，广泛用于装配式建筑围护结构和保温墙板等场景。该类板材生产通常涉及配料计量、发泡、搅拌、分层浇筑、初凝和湿热养护等连续工艺环节，各环节之间存在明显的时间传递和材料状态耦合关系。

2、在现有生产控制中，发泡倍率、泡沫稳定性、浆体流动度、芯层密实度、界面含水状态和养护温湿度往往分别监控或依赖经验设定，难以及时反映前序配料和发泡偏差对后续强度发展、干缩风险及界面粘结状态的影响。当湿热养护升温、喷雾或通风控制与板坯内部含水迁移不匹配时，容易造成强度发展不足、干缩开裂、保温层与面层粘结不牢以及批次尺寸稳定性差。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的轻质混凝土板材养护控制方法及系统。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出一种轻质混凝土板材养护控制方法及系统，针对现有技术中发泡倍率、浆体流动度、芯层密实度和养护湿热条件耦合影响大，容易导致强度不足、干缩开裂、界面粘结不牢和批次尺寸稳定性差的问题，提出了采集多源生产状态数据、构建时序工艺图、利用物理约束时序图模型生成质量风险与强度发展结果，并通过约束模型预测控制器输出发泡、浇筑和养护控制量的技术方案，本发明具备提高芯层密实度、界面粘结可靠性和批次尺寸稳定性的技术效果。

2、本发明提供了一种轻质混凝土板材养护控制方法，包括：s1、获取轻质混凝土板材生产过程中的配料计量数据、发泡数据、搅拌数据、浆体流动度数据、分层浇筑数据、板坯密度数据、芯层湿度数据、界面含水率数据、养护温湿度数据和早期强度信号，并按批次时间戳形成生产状态序列；s2、根据生产状态序列构建覆盖配料阶段、发泡阶段、搅拌阶段、浇筑阶段、初凝阶段和湿热养护阶段的时序工艺图；s3、将时序工艺图输入训练得到的物理约束时序图模型，得到发泡稳定指数、流动保持指数、芯层密实度指数、界面含水梯度、干缩风险量和抗压强度发展结果；s4、根据发泡稳定指数、流动保持指数、芯层密实度指数、界面含水梯度、干缩风险量和抗压强度发展结果，生成校准控制状态；s5、将校准控制状态输入约束模型预测控制器，在目标密度、目标抗压强度、界面粘结边界、尺寸偏差边界和能耗边界下，生成用于后续批次反馈控制的发泡剂补偿量、搅拌转速修正量和分层浇筑间隔，并生成用于当前批次养护阶段控制的蒸汽加热量、喷雾量、通风量和出养护时刻。

3、可选的，s1包括：

4、将配料称量值、水胶比、发泡液流量、气液压力、泡沫密度、搅拌电流、浆体扩展度、各层浇筑厚度、各层浇筑时间间隔、板坯密度检测值、芯层湿度、由预设测点获取的面层含水率、养护室温度、养护室湿度和无损强度检测信号按照同一批次编号对齐；

5、根据所述面层含水率和芯层湿度按照预设测点位置计算得到界面含水率；

6、为各采样数据生成用于表征正常采样、缺测或异常采样状态的设备状态标志，并按照同一批次编号写入所述生产状态序列；

7、对传感器缺测段采用相邻采样窗口的中位数填补对应数据值，对异常采样数据采用相邻采样窗口的上下限进行限幅或采用相邻采样窗口的中位数替代，并写入或更新对应设备状态标志，将所述设备状态标志随对应采样数据传递至所述时序工艺图构建过程，生成所述生产状态序列。

8、可选的，s2包括：

9、以配料节点、发泡节点、搅拌节点、流动度节点、分层浇筑节点、板坯密度节点、初凝状态节点、早期强度节点、芯层状态节点、界面状态节点和养护环境节点作为图节点；

10、按照物料传递顺序、时间先后顺序和湿热传递关系建立有向边；

11、将每一图节点在连续采样窗口内的均值、变化斜率和采样稳定标志写入节点特征，其中所述采样稳定标志由连续采样窗口内的数据波动幅度、缺测比例以及所述设备状态标志中的异常采样比例确定，所述板坯密度节点的节点特征包括板坯密度检测值在连续采样窗口内的均值和变化斜率，所述初凝状态节点的节点特征根据浆体流动度数据、早期强度信号和养护温湿度数据在连续采样窗口内的变化确定，所述早期强度节点的节点特征包括早期强度信号在连续采样窗口内的均值和变化斜率，生成所述时序工艺图。

12、可选的，s3包括：

13、所述物理约束时序图模型在图消息传递过程中引入密度守恒约束、含水迁移约束和温湿度连续约束；

14、将节点特征沿所述有向边进行时序聚合后，分别输出发泡稳定指数、流动保持指数、芯层密实度指数、界面含水梯度、干缩风险量和抗压强度发展结果，并将上述输出作为所述校准控制状态生成过程的输入。

15、可选的，s4包括：

16、从所述生产状态序列中提取养护温湿度数据、板坯密度数据和界面含水率数据，并将提取的数据与所述时序工艺图中的养护环境节点、板坯密度节点和界面状态节点关联，作为校准辅助输入；

17、根据所述发泡稳定指数、流动保持指数、芯层密实度指数、界面含水梯度、干缩风险量、抗压强度发展结果和所述养护温湿度数据构建孔隙流动养护耦合子图；

18、根据所述孔隙流动养护耦合子图生成孔隙塌陷风险、界面含水梯度修正量、干缩风险修正量和抗压发展滞后量；

19、根据所述发泡稳定指数和流动保持指数生成发泡流动关联量，根据所述板坯密度数据和孔隙塌陷风险生成板坯密度关联量，根据所述界面含水率数据和所述界面含水梯度修正量生成界面含水率关联量，并根据所述养护温湿度数据生成温湿度调控能耗关联量；

20、将所述孔隙塌陷风险、芯层密实度指数、板坯密度关联量、发泡流动关联量、界面含水梯度修正量、界面含水率关联量、干缩风险修正量、抗压发展滞后量、抗压强度发展结果以及温湿度调控能耗关联量组合为所述校准控制状态；

21、进一步的，孔隙流动养护耦合子图通过如下方式生成：将所述发泡稳定指数、流动保持指数、芯层密实度指数、界面含水梯度、干缩风险量和抗压强度发展结果作为子图状态特征或约束输入；

22、由所述发泡数据确定发泡倍率、泡沫半衰时间和泡沫密度，并将发泡倍率、泡沫半衰时间、泡沫密度、由所述浆体流动度数据确定的浆体扩展度、由所述搅拌数据确定的搅拌电流波动、由所述分层浇筑数据确定的实际分层浇筑间隔、芯层湿度和由所述养护温湿度数据确定的养护温湿度曲线分别映射为耦合节点特征；

23、根据泡沫衰减对浆体流动保持的影响、流动保持对芯层密实度的影响、芯层湿度对界面粘结的影响、养护温湿度曲线对芯层湿度迁移、界面含水梯度、干缩风险量和抗压强度发展结果的影响以及养护温湿度曲线对温湿度调控能耗关联量的影响建立耦合边；

24、按照预存的同规格轻质混凝土板材历史合格批次样本中的节点变化范围确定耦合边权重，得到所述孔隙流动养护耦合子图；

25、进一步的，还包括：对抗压强度发展结果、干缩风险修正量和界面含水梯度修正量进行不确定性校准，得到对应的置信区间宽度；

26、所述置信区间宽度的校准边界由预存的同规格轻质混凝土板材历史合格批次样本的分位值确定；

27、当任一置信区间宽度大于对应校准边界时，在所述校准控制状态中写入保守控制标志。

28、可选的，s5包括：

29、所述约束模型预测控制器以一个养护控制周期为滚动周期，根据所述校准控制状态预测下一滚动周期内相对于目标密度的密度偏差、相对于目标抗压强度的抗压偏差、界面含水率预测值和用于表征尺寸偏差风险的尺寸收缩趋势，其中所述密度偏差根据校准控制状态中的孔隙塌陷风险、芯层密实度指数和板坯密度关联量确定，所述抗压偏差根据校准控制状态中的抗压发展滞后量和抗压强度发展结果确定，所述界面含水率预测值根据校准控制状态中的界面含水率关联量和界面含水梯度修正量确定，所述尺寸收缩趋势根据校准控制状态中的干缩风险修正量映射得到，并用于与预设尺寸偏差边界比较；

30、所述约束模型预测控制器在所述养护控制周期内生成候选后续批次反馈控制量和候选当前批次养护控制量，所述候选后续批次反馈控制量包括候选发泡剂补偿量、候选搅拌转速修正量和候选分层浇筑间隔，所述候选当前批次养护控制量包括候选蒸汽加热量、候选喷雾量、候选通风量和候选出养护时刻；

31、针对所述候选当前批次养护控制量的能耗预测值根据校准控制状态中的温湿度调控能耗关联量、所述候选蒸汽加热量、候选喷雾量、候选通风量以及由候选出养护时刻确定的养护持续时间确定，且所述候选蒸汽加热量、候选喷雾量和候选通风量经求解后分别对应输出蒸汽加热量、喷雾量和通风量；

32、所述候选出养护时刻根据所述抗压偏差、抗压强度发展结果、界面粘结边界满足状态和尺寸收缩趋势求解，并对应输出出养护时刻；

33、所述候选发泡剂补偿量、候选搅拌转速修正量和候选分层浇筑间隔根据所述发泡流动关联量、密度偏差、抗压偏差和尺寸收缩趋势求解，并分别对应输出发泡剂补偿量、搅拌转速修正量和分层浇筑间隔；

34、所述界面粘结边界由预设界面含水率边界经所述界面含水梯度修正量修正后得到，根据所述界面含水率预测值与修正后的界面粘结边界的比较结果确定界面粘结边界满足状态；

35、以预设密度边界、预设抗压边界、界面含水率预测值满足修正后的界面粘结边界、预设尺寸偏差边界和预设能耗边界作为求解约束，所述预设密度边界和预设抗压边界分别用于限定所述密度偏差和所述抗压偏差，所述预设尺寸偏差边界用于限定与其比较的所述尺寸收缩趋势，所述预设能耗边界用于限定所述能耗预测值，输出用于后续批次反馈控制的发泡剂补偿量、搅拌转速修正量和分层浇筑间隔，并输出用于当前批次养护阶段控制的蒸汽加热量、喷雾量、通风量和出养护时刻；

36、当多个求解约束同时不满足时，按照界面粘结边界、抗压偏差、尺寸收缩趋势、密度偏差和能耗预测值的预设优先级顺序选择控制对象，其中修正后的界面粘结边界对应候选喷雾量、候选通风量和候选出养护时刻，抗压偏差对应候选蒸汽加热量和候选出养护时刻，尺寸收缩趋势对应候选喷雾量、候选通风量和候选出养护时刻，密度偏差对应候选发泡剂补偿量、候选搅拌转速修正量和候选分层浇筑间隔，能耗预测值对应候选蒸汽加热量、候选喷雾量、候选通风量和候选出养护时刻；

37、当排序在前的约束与排序在后的约束不可同时满足时，在满足排序在前的约束的可行域内继续约束排序在后的控制对象，若不存在同时满足的可行域，则输出受限控制量并写入保守控制标志；

38、质量类求解约束包括预设密度边界、预设抗压边界、修正后的界面粘结边界和预设尺寸偏差边界，当质量类求解约束不满足时，先收紧其映射的候选控制量的搜索范围再对候选控制量限幅，当能耗预测值不满足预设能耗边界时，先对候选蒸汽加热量、候选喷雾量和候选通风量进行限幅，并在不破坏所述质量类求解约束的条件下调整候选出养护时刻，若候选出养护时刻调整会破坏所述质量类求解约束，则保持质量类求解约束优先并写入保守控制标志；

39、由上述限幅或收紧后的控制量生成受限控制量，并以所述受限控制量替代对应的控制量输出或执行，同时在用于下一养护控制周期的校准控制状态中写入保守控制标志；

40、进一步的，所述保守控制标志用于表征不确定性校准超出对应校准边界或求解约束不满足所形成的养护执行风险；

41、所述升温速率边界、湿度变化速率边界和出养护判定边界为所述约束模型预测控制器在养护阶段使用的预设执行边界，所述升温速率边界用于约束蒸汽加热量对应的升温速率，所述湿度变化速率边界用于约束喷雾量和通风量对应的湿度变化速率，所述出养护判定边界用于约束出养护时刻；

42、当下一滚动周期读取的校准控制状态包含所述保守控制标志时，所述约束模型预测控制器按照所述养护控制周期将所述预设执行边界收紧为预设保守执行边界，并收紧候选发泡剂补偿量、候选搅拌转速修正量和候选分层浇筑间隔的搜索范围；

43、当连续不少于两个养护控制周期的置信区间宽度均不大于对应校准边界、抗压强度发展结果达到目标抗压强度且所述求解约束均满足时，解除所述保守控制标志，将所述约束模型预测控制器当前采用的执行边界由预设保守执行边界恢复为所述预设执行边界，并将候选发泡剂补偿量、候选搅拌转速修正量和候选分层浇筑间隔的搜索范围恢复为未读取保守控制标志时采用的搜索范围。

44、另一方面，本发明还提供一种轻质混凝土板材养护控制系统，包括：

45、数据采集模块，用于获取并对齐轻质混凝土板材生产过程中的多源生产状态数据；工艺图构建模块，用于根据生产状态序列构建时序工艺图；状态预测模块，用于利用物理约束时序图模型生成发泡稳定指数、流动保持指数、芯层密实度指数、界面含水梯度、干缩风险量和抗压强度发展结果；校准控制状态生成模块，用于生成校准控制状态；养护控制模块，用于根据所述校准控制状态生成发泡剂补偿量、搅拌转速修正量、分层浇筑间隔、蒸汽加热量、喷雾量、通风量和出养护时刻。

46、本发明的有益效果是：

47、1、通过将配料、发泡、搅拌、流动度、分层浇筑、板坯密度、芯层湿度、界面含水率、养护温湿度和早期强度信号统一写入生产状态序列并构建时序工艺图，能够使不同工艺阶段的数据在同一批次链条下关联，减少单点经验控制造成的状态割裂。

48、2、通过物理约束时序图模型输出发泡稳定指数、流动保持指数、芯层密实度指数、界面含水梯度、干缩风险量和抗压强度发展结果，并进一步生成校准控制状态，能够把孔隙、流动、含水迁移和强度发展之间的耦合影响转化为可用于控制器求解的状态量。

49、3、通过约束模型预测控制器在密度、抗压强度、界面粘结、尺寸偏差和能耗边界下生成反馈控制量和养护控制量，并在不确定性或约束不满足时写入保守控制标志，能够提高养护阶段温湿度调控和出养护判定的稳定性。