智能控制系统在工程机械上的应用

摩巴(大连)自动控制系统有限公司   刘学昌

     智能控制是在控制论、信息论、人工智能、仿生学、神经生理学及计算机科学发展的基础上逐渐形成的一类高级信息与控制技术。智能控制突破了传统控制理论中必须基于数学模型的框架,他基本上按实际效果进行控制,不依赖或不完全依赖控制对象的数学模型,又继承了人类思维的非线性特性。

工程机械智能化前瞻

     随着工程机械行业的发展,智能化工程机械和机群智能化施工是工程机械的未来发展方向,具有巨大的市场空间与广泛的行业需求。未来工程机械行业面临着难得的机遇和严峻的挑战。市场变化频繁和难以预测,产品的生命周期日益缩短,产品更新速度不断加快, 顾客对产品的需求趋向个性化、多样化,生产自动 化技术不断提高,生产者的创新作用愈来愈重要, 信息化技术的应用愈来愈广泛。


     企业生产模式的改变:从面向产品转变为面向客户、面向需求、面向服务;企业的主要生产要素正从劳动力和资本转向知识;企业的生产过程正从流水线式和自动线式、单品种固定式规模生产转向多品种、柔性、并行式、智能化的集约生产。


     在智能时代产品的使用才是价值创造和获取的开始。一般的商业逻辑是希望通过对市场的细分,针对不同客户需求提供标准化的产品和服务。智能时代能够有效的实现产品标准化和体验个性化的完美组合,实现原来的大众市场优化为人人市场。

智能控制系统的发展趋势

关于智能控制

     智能控制可以是人工智能、自动控制和运筹学三个主要学科相结合的产物,是一个知识处理系统,具有记忆、学习、处理信息、形式语言、启发式推理等功能。


     机电液一体化的设计技术已普遍应用在工程机械中,工程机械的先进程度主要体现在电液控制系统的性能上,也就是系统的先进性和元件选择的先进性,纵观路面机械发展史,在技术上大致经历了三次飞跃,第一次是柴油机的出现,使机械设备有了较理想的动力装置;第二次是液压技术的广泛应用,使设备的传动装置更趋合理;第三次是电子技术尤其是计算机技术的广泛应用,使机械设备有了较完善的控制系统,提高了机械的性能,机械智能化就是要求机械像人一样有自己的视觉、嗅觉和触觉,能有“意识”的计算和推理,能有“记忆”地进行信息的存储、处理和选择;能自动工作、学习和“自组织”自己的动作,机械智能化是各项现代先进技术的综合体现。


     智能控制是在控制论、信息论、人工智能、仿生学、神经生理学及计算机科学发展的基础上逐渐形成的一类高级信息与控制技术。智能控制突破了传统控制理论中必须基于数学模型的框架,他基本上按实际效果进行控制,不依赖或不完全依赖控制对象的数学模型,又继承了人类思维的非线性特性。某些智能控制方法还具有在线辨识、决策或总体自寻优的能力和分层信息处理、决策的功能。近十几年来,智能控制技术发展迅速,科研人员已提出了许多方法,如模糊控制,分层递阶控制、专家控制、神经网络控制、拟人智能控制和基因控制等。其目的是提高系统的鲁棒性、容错性和解决具有严重非线性和不确定性系统的控制问题。近年来,智能控制在工业现场和生活中均得到了广泛应用,如智能家居、机械手运动等等。可以预见到,将来智能控制的法阵趋势将会从单学科向多学科交叉综合,以及仿人智能控制算法方向发展。


      计算机、网络和通信技术的快速发展,传统行业工作信息化已经成为当今时代发展的大趋势。路面施工质量信息化管控系统充分利用互联网架构的传感技术和GPRS的信息传输技术,实时采集路面施工过程数据信息,包括沥青生产、混合料拌合、运输、摊铺、碾压等环节,通过通信模块及时上传到中心服务器。中心服务器依托设计程序对原始数据进行计算,生成工程质量控制语言,动态、真实的反映工程质量情况,并根据设定的控制限值,实现对工程质量的动态控制,提供分析预警机制,及时发现质量波动情况、分析质量问题。通过对工程质量动态控制,以此提高工程项目建设管理质量。


     信息化监管系统涵盖到路面施工全过程的监管,在路面施工各个环节架设传感器,并利用通信模块上传至中心服务器,依靠大数据库专家分析系统,提供各类分析预警机制,以及数据分析方法。动态、真实地反映工程质量情况。实现“人机互通”,对工程质量动态控制,以此提高工程项目建设管理质量。


     主要功能包括如下:地理属性的施工全过程质量信息;路面施工质量反馈系统、质量电子档案;远程实时掌握施工动态;书面报告成果。


智能控制系统的优势

   “中国制造2025”与德国“工业4.0”都是在新一轮科技革命和产业变革背景下针对制造业发展提出的战略举措,重点都是要把信息技术与制造技术深度融合,通过互联网、物联网、云计算、大数据、机器人等新一代信息技术,让制造业数字化、网络化和智能化。


     3D用于摊铺机:无须放样、打桩、挂线等传统施工环节中产生的人为误差,使任何复杂施工都能够实现摊铺精准控制;


     3D用于平地机:一次作业,准确完工,几乎不需要返工。再也不需要放桩和挂线,提高生产率,降低了人工和材料成本;


     3D用于挖掘机:操作者无须下机观测,可以直观从三维操作屏幕上看到挖掘机的位移情况,保障工程的精度以及质量,且避免了施工之后的测量工作的繁琐,复杂。

MOBA智能控制系统的应用

挖掘机

     目前,在国内一些精挖、修整的工程中,由于缺少挖掘机引导控制手段,主要依赖于机手的操作经验——借视觉、感觉和测量人员配合工作,施工质量不稳定、精确高程、坡度控制,需要大量人力完成,综合效率低下;在多雨季节,停工处理基坑、河道积水问题。已经是司空见惯的现象。


    Xsite Pro挖掘机系统可灵活配置传感器选项,使承包商可针对不同的工作任务灵活配置。该系统安装快速。

工作原理:

    Xsite Pro智能系统,通过基站和安装在机械设备上的GPS接收机形成的定位技术,与安装在挖掘机上的各种倾角传感器,来获知实时机位状态,经过解算校准过的主要枢轴尺寸,获得精确的铲斗的实时3D位置信息。在驾驶室内的显示器实时显示挖掘机的3D工作状态,界面通俗易懂。及时在视力不及的盲区(水下作业),铲斗也能精确完成工作任务。


     * 针对土方挖掘施工类型,操作简单、易学;

     * 相对于施工基准,可以设定目标工作面的高程、坡度和工作面转折点;

     * 以图形显示方式指示实际铲斗与目标工作面的相对位置,引导操作手精确施工;

     * 在实力不及的盲区(水下作业),铲斗也能精确完成坡度、高程控制,提高工作效率;

      * 可以日夜快速、精确修整施工,缩短工期和提高施工质量;

      * 减少测量人员和辅助施工人员数量,缩减人力成本和管理成本;

      * 提高施工质量,避免返工增加的成本;

      * 安全生产,避免盲目操作破坏相邻位置埋设的低下物而造成的经济赔偿。

推土机

     推土机在土方作业中是非常重要的施工机械,但在实际应用中存在很多问题,如传统施工全凭借操作员经验和测量人员配合,劳动强度大,高程和平整度容易受情绪影响而波动。效率低、消耗大,总体经济效益差等问题。

     系统原理:

     推土机激光2D找平系统,是利用激光发射器在工作区域上空建立一个水平面或坡面,通过安装在推土板上的激光接收器,监测铲刀相对于基准面的相对高程差;由安装在驾驶室内与激光接收器同步的显示器,实时引导操作手获知每时每刻推土机工作位置,相对于基准面的高差;使大面积土方施工,达到厘米级别的高程精度控制,使用激光引导系统无需测量人员预先放线,无须现场人员指挥施工,操作手在驾驶室内,对于推土机时刻工作位置的高程一目了然。


     推土机找平控制系统优势: 操作简单、易学; 可以日夜快速施工、精确施工,缩短工期和提高施工质量; 减少测量人员何辅助施工人员数量。缩减热力成本和管理成本; 提高施工质量,避免返工增加的成本;系统数字总线结构设计,完全可扩展升级。

压路机

    目前在压路机作业过程中,主要依赖机手的操作经验,所以容易造成漏压、过压的情况,压实质量难以得到保证。而且事后的地质勘查点和密实度抽检点间距大,无法检测低下潜在的空洞—质量漏洞无法发现。

     MOBA压实智能系统,是一个为施工方提供表面材料压实信息以达到设计值得卫星定位解决方案系统,并可同时检测已修整的坡度,采用先进的卫星定位传感器和强大的MOBA机械控制系统软件。


     智能压实过程控制系统包括GPS基准站组件和振动压路机安装附件,系统运行时,架设在控制点上的基站实时向压路机上的接收机发送差分信号,安装在振动压路机顶部的接收器,接收卫星信号和基站发送的差分信号进行实时厘米级定位,装在压路机振动轮上的压实传感器实时将压实数据传输给安装在驾驶室里的显示器,使机手能够实时指导当前压路机所处的三维位置、压实度、碾压变数等信息。

MOBA-matic产品特点:


      数字控制器采用数字化控制技术,控制精度高,安装方便,他具有通用性强的特点,可以和多种传感器配合使用,sonic-ski超声波传感器是世界上第一部并联式多超声波束装置。

     * MATIC II 为彩屏控制器,彩屏显示器240 x 320(3,5“),可视化图形人机界面,技术人员更快掌握。

     屏幕按键操作与智能手机相类似,更加简单形象。

     有摊铺厚度设定与显示。可确定路基摊铺平整度。

     实际检测值与设定基准值可以在屏幕上显示。

     产品以单独传感器走钢丝时会在屏幕有单独的红色箭头显示检测的位置。

     故障诊断功能让技术人员及时确定故障点。

     有背光,亮度可以调整,更适合夜间施工。

     工作模式之间可以随意切换。

这是我们的几个主要试验段,主要在德国、美国,大连是我们大连公司做的。

      我们一直致力于铣刨机的控制器、显示器、超声波传感器和拉绳传感器的智能化应用,有深度的,有平整度的。这是三一铣刨机在一段工地的找平施工案例,效果还是不错的。

   

     谢谢大家。

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