无锡市第三届青年科技工作者创新创业大赛项目申报书.docx

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1、无锡市第三届青年科技工作者创新创业大赛项目申报书参加组另小团创新组口创业组所属 领域：自动化技术 能源技术项目名称：沥青热再生技术及其厂拌控制系统项目负责人：叶露林负责人所在单位：江苏信息职业技术学院填表日期：2018. 08. 03推荐单位（盖章）：无锡市第三届青年科技工作者创新创业大赛组委会办公室制G设为设定称重，为冲量补偿量。考虑到实际操作的可能性，输入控制量选为t2时刻的冲量补偿量，初始值为人,经过第 一次配料后，实际称重为G。，配料误差为分,则可产生下一次配料新的控制量小:% = + qe0 =o+q（Go-G设）q e （0,1）（2）依次类推，经过k次训练，实际称重为Gk,其配料

2、误差为，下一次配料控制量即为：以+i =uk +Qek =uk +9（G&-G设）q （0,1）（3）如此反复训练，可以使冲量补偿量实现自动修正，最终实现实际称重逼近设定值。配料次数 越多，称重误差就越小。（5）热再生保护技术旧沥青料加热过程中，为防止因旧沥青料缺料和沥青烟高温，引起旧沥青料烘干筒爆燃，酿 成重大的人员和财产损失，必须针对旧沥青料热再生环节设置有效的保护措施，包括缺料报警、 超温报警、温度超限自动关闭燃烧器。缺料报警：在旧沥青料提升前进行检测，当检测到缺料后进行缺料确认延时（该时间可以根 据实际工况，自由设置），如果经过确认延时后，检测信号仍然指示缺料，则自动关闭旧沥青料 烘干

3、筒燃烧器并进行缺料报警。超温、超限处理：实时采集再生沥青料温度数据，当超过可控范围，进入报警区间时，进行 报警，提醒人工干预。当温度超限，则在报警的同时，自动关闭旧沥青料烘干筒燃烧器。该项目将先进自动化控制技术将沥青热再生技术应用于实际工程，开发间歇式沥青热再生厂 拌控制系统主机，有效保证再生沥青混合料品质。针对沥青热再生过程中各成份的材料特性，对 温度测量与控制技术进行研发以生成质量稳定的再生料，实现再生沥青混合料各项技术指标不低 于使用全部新料拌制的沥青混合料，符合公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）质量要 求，从而，将热再生技术应用与实际工程，有效推动我国再生沥青混合料再生

4、利用。2 .主要技术创新内容该系统创新设计的“沥青拌合站成品仓运料小车控制方法及控制系统”获得发明专利授权一 项，专利号：.1;实用新型专利授权一项，专利号：.8。监控软件取得国家计算机软件著作权证 书，证书号：2011SR030654o系统创新点：（1）针对配料过程中冲量修正问题，基于自学习控制技术，研制了高精度配料系统。高 精度间歇式沥青混合料搅拌设备配料系统公路（北大核心），2015. 05；（2）针对称重传感器特性，研制高精度抗干扰性能强的称重变送器，有效保证系统级配精 度。（3）基于OPC技术及Visual C+平台，开发拥有自主知识产权的系统监控软件。取得国家 计算机软件著作权证书

5、1项，证书号：2011SR030654o（4）研制完成定位精确，高效实用的成品仓控制系统。获得发明专利授权1项，专利 号：.1;实用新型专利授权一项，专利号：.8。3.国内外同类技术对比我们通过项目的实施，所研制的间歇式沥青热再生厂拌控制系统各项性能满足实际生产的需 要。根据调研，该项目有其独特技术、服务优势，与当前国内外同类研究和同类技术的比较如表 2、表3所示。序号国内同类产品缺点本项目技术优势系统计量稳定度较差，配比 冲量大，标定、去皮等操作 不方便。温度测量有一定的迟滞、温 度控制不精确。人机界面多为组态软件编 写，其美观性及可操控性均 不理想，采用组态软件，增 加了重复利用成本。系统

6、配料控制精确，标定、去皮等可在上 位机通过简单操作完成。全电脑冲量自动 修正功能，有效保证再生沥青混合料的油 石比。根据测温对象的材料特性，合理规划系统 各测温点，并通过相应策略进行精确控 制。基于物联网技术、OPC技术及Visual C+ 平台，拥有自主知识产权的系统监控软 件，更加人性化。重复利用成本较低。表2与国外同类产品相比情况表3与国内同类产品相比情况序号国外同类产品缺点本项目技术优势1维修维护困难，费用昂贵， 不及时。可以为用户提供快捷高效的保障体系，有 效保证用户正常生产。2由于语言环境差别，不符合 操作人员操作习惯，需要较 长时间才能掌握操作要领。符合操作人员操作习惯，操作人员

7、可以在 极短的时间内熟悉设备的使用，长时间保 持良好工况。3系统固化，功能增删难度很 大，兼容性差。系统可以根据用户需求进行定制，方便用 户升级，符合我国国情。控制系统核心技术采用进控制系统核心技术自主研发，用户定制、 口，成本增加I,维护困难。系统维护均很方便。(二)产业化前景分析沥青路面旧材料再生利用是可持续发展战略的必然趋势，在环保、节约能源、降低工程造价 等方面均有重大意义。2008年4月，交通运输部颁布了公路沥青路面再生技术规范 (JBGF41-2008),该规范对于中国沥青路面再生技术的发展有着里程碑式的意义。透过路面再生 的一系列政策及规范的颁布，我们清晰地看到：国内沥青路面再生

8、利用的推广工作已经真正拉开 序幕，路面再生及再生配套技术推广，形成再生循环体系势在必行。到2017年底，我国公路总里程达到477.35万公里，国家高速公路网基本建成，高速公路总 里程达到13. 65万公里，绝大部分是沥青路面，二级及以上公路里程达到62. 22万公里，农村公 路总里程达到400. 93万公里。随着我国高速公路的快速发展，我国早期修建的高速公路路面将陆续进入大修改造期，目前 已进入大修期约一万公里的沥青路面，每年将产生700-800万吨旧沥青废料。按照我们现在所拥 有的高速公路里程计算，10年后我国每年维修所铲除的旧沥青废料至少有9555-10920万吨。因 间歇式沥青热再生厂拌

9、控制系统性能可靠，在我国沥青拌合市场占有相当大的份额。若以50%计 算，将有约5460万吨废旧材料需要通过间歇式沥青热再生厂拌控制系统进行再生利用。如一台3000型热再生沥青搅合站日产量为1800吨，每年使用120天，年产量为1800X120 = 21.6万吨，其中，旧混合料掺入比为30%,则所需该型号热再生沥青搅合站p台，与此相应， 其核心技术间歇式沥青热再生厂拌控制系统的需求也为P台：p=Ac/ （Yac X Yr）Ac 每年需处理的再生废料总量（万吨）；Yac一热再生沥青拌和站年产量（万吨）；Yr 一掺入再生废料的百分比（）;则有：p=5460/（21.6X0. 3）仁842 （台）由此

10、可见，当现在建成的高速公路进入大修期，我国至少需要842台3000型间歇式沥青热 再生厂拌控制系统。另外，届时全国还有数量巨大的一级、二级公路以及农村公路进入大修 期，考虑到设备本身损耗以及更新，所需热再生沥青拌和站控制系统数量将会很大。除我国良 好的节能环保大环境外，由于江苏市场活跃着众多沥青拌合站的制造企业，主要为无锡厂家 群，更有利于本项目产业化推进。目前已在无锡华中科技有限公司和无锡环球过程机械有限公 司等多家企业推广应用，用户反映良好，获得好的经济效益和社会效益。本系统自开发成功以来，已在无锡华中科技有限公司和无锡环球工程机械有限 公司等多家企业推广应用。2013-2017年度，无锡

11、华中科技有限公司用量37套，新 增销售3609万元；新增利税295. 14万元（利润：124.04,税收：171. 1）。2013- 2017年度，无锡环球工程机械有限公司用量83套，新增销售8596万元；新增利税 692.66 万元（利润：289.64,税收：403. 02）。（三）项目是否获得天使投资、创业投资和私募股权投资等机构的投资或合作 意向？项目未获得天使投资、创业投资和私募股权投资等机构的投资或合作意向。四、第三方评价南通路桥工程有限公司评价：江苏信息职业技术学院开发的间歇式热再生沥青拌合站控制系统，针对现有间歇式沥青拌合 站生产过程中存在配比不准、油石比控制精度不高以及成品仓运

12、料小车定位误差大，单循环耗时 过多，稳定性差等问题。在系统动态配料过程中引入冲量自动修正以及沥青二次称量控制技术， 实现各成分配料及油石比控制精确稳定。独创性设计系统成品仓控制器，采用模糊变速控制及校 准策略，实现成品运料小车迅速精确定位，有效提高整机生产效率。经过测试，由其控制的具有 再生功能的沥青拌合站所生产的再生沥青混合料，符合公路沥青路面施工技术规范 (JTGF40-2004)质量要求。系统采用PLC作为控制核心，利用OPC技术实现实时数据采集与远程控制。监控软件人性化 设计，配料流程，料位高低，阀门开闭等重要运行参数实时显示。实现分级管理，设置系统管理 员、工程师、操作员等多种操作权

13、限，降低人为误操作带来的危害，保证系统的可靠运行。同 时，系统具有多重保护功能：再生料缺料报警、再生料超温报警、再生料温度超限自动关闭燃烧 器、拌缸超重保护，沥青超重保护等，有效提高整机的安全性能。该系列产品将热再生技术应用于实际工程，有效推动我国再生沥青混合料再生利用，具有极 大的推广价值。支持该项目进行科技成果的申报及评审工作。南通凯翔公路建设工程有限公司评价：该间歇式热再生沥青拌合站控制系统，以间歇式热再生沥青拌合站控制主机、成品仓运料小 车控制系统及开放式监控软件为核心。该系统应用后，经过测试，由其控制的具有再生功能的沥 青拌合站所生产的再生沥青混合料，符合公路沥青路面施工技术规范(J

14、TGF40-2004)质量要 求。该系统具有以下特点：L系统成品仓控制器设计具有独创性，通过模糊变速控制策略以及轨道原点、中部校准实现 精确定位，并辅以外部故障检测以及编码器脱落故障检测与处理，实现定位精确，并有效避免飞 料、白料等现象。成品仓控制器长期安全稳定工作，有效提高整机生产效率。2 .具有多重保护功能。再生模块保护措施：缺料报警、超温报警、温度超限自动关闭燃烧 器。主机模块保护措施：设备连锁保护、拌缸超重保护，沥青超重保护，储料仓等料检测，计量 仓排料检测等，有效提高整机的安全性能。3 .监控软件人性化设计。配料流程，料位高低，阀门开闭等重要运行参数实时显示。具备 实时的数据管理功能

15、。具有远程管理功能。4 .主要工作区域全电子监控，提高整体安全性，降低职工的劳动强度，改善劳动环境。5 .系统实现分级管理，设置系统管理员、工程师、操作员等多种操作权限，降低人为误操 作带来的危害，保证系统的可靠运行。6 .系统技术资料详尽。该系列产品将热再生技术应用于实际工程，有效推动我国再生沥青混合料再生利用，具有极大 的推广价值。支持该项目进行科技成果的申报及评审工作。五、核心团队成员基本信息姓名性别年龄学历工作单位职务/职称叶露林男43大学江苏信息职业技术学院科学技术处处 长/教授吴秋芹女45大学江苏信息职业技术学院教师/高级工 程师邓小龙男46博士江苏信息职业技术学院江苏省集成电 路

16、制造装备工 程研究中心主 任/教授曹菁女49大学江苏信息职业技术学院教师/教授陈香男29硕士江苏信息职业技术学院助理工程师陶亮男35大学无锡环球工程机械有限 公司工程师蒲红兵男35大学无锡华中科技有限公司工程师所在单位 意见（签章）年 月 日推荐单位 意见（签章）年 月 日组委会 办公室 审查意见审查人（签名）年 月 日评审委员会 预审意见评委（签名）年 月 日评审委员会 终审意见评委（签名）年 月 日申请者承诺本人已了解无锡市第三届青年科技工作者创新创业大赛的相 关规定及项目申报的相关要求，现申报本届创新创业项目。本人 已如实填写项目申报有关材料，并对本次申报郑重承诺如下：1 .申报材料所涉

17、及的内容真实准确，无欺瞒和作假行为，相 关附件真实、有效。2 .对本项目的技术、成果及相关专利系合法使用，有关知识 产权权属清晰，无知识产权纠纷，更无侵占他人技术成果等不端 行为，且不存在泄漏国家秘密的情形。3 .无锡市第三届青年科技工作者创新创业大赛组委会有权使 用本表所有数据和资料。4 .若违反上述承诺，愿承担由此所产生的一切后果和相关法 律责任。项目负责人签字：叶露林2018年08月03日填表说明一、申报书要按照要求，逐项认真填写，填写内容必须实事求 是，表达明确严谨。二、项目编号：不必填写，由大赛组委会统一填写。三、封面上的所属领域请参考大赛参赛领域填写。四、推荐单位：市级学会、高校科

18、协、市科协、有关直属单 位。五、申报书（一式六份）由所在单位审查、签署意见并加盖公 章后，递交推荐单位审查、签署意见并加盖公章后，统一汇总递交 大赛组委会办公室。六、申报书请用A4纸双面打印，于左侧装订成册。七、凡递交的申请书及附件不再退还，请自留底稿。一、项目基本情况所在单位江苏信息职业技术学院参赛项目名称沥青热再生技术及其厂拌控制系统主要完成人叶露林；吴秋芹；邓小龙；曹菁；陈香；陶亮；蒲红兵所属领域团信息技术 口食品科学生命科学0工程与制造0能源与材料现代服务是否有投资意向口 是回否投资类型采购控制系统是否职务发明国是 口否行政区域（市/区）江苏省无锡市惠山区单 位江苏信息职业技 术学院邮

19、政编码214000地 址无锡市惠山区钱 藕路1号项目负责人信息姓名叶露林性 另男办公电话移动电话电子邮箱网 址,cn核心技术 （可复选项）专利 （不超 过10 项）专利名类型专利号获得时间沥青拌合站成品 仓运料小车控制 方法及控制系统1.14一种工件方向自 动检测装置2.85*专利类型：1发明专利2实用新型专利3外观设计回软件著作权因专有技术 药品批文 口医疗器械批文创新商业模式口集成电路布图口其他技术来源：国独立知识产权团合作研发其他项目主要创 新点（不超 过200字）1 .针对配料过程中冲量修正问题，基于自学习控制技术，研制了高 精度配料系统。高精度间歇式沥青混合料搅拌设备配料系统公 路（

20、北大核心），2015. 05；2 .针对称重传感器特性，研制高精度抗干扰性能强的称重变送器， 有效保证系统级配精度。3 .基于0PC技术及Visual C+平台，开发拥有自主知识产权的系统 监控软件。取得国家计算机软件著作权证书1项，证书号： 2011SR030654o4 .研制定位精确，高效实用的成品仓控制系统。获得发明专利授权 1项，专利号：.1;实用新型专利授权1项，专利号：.8；下一步发展 中的主要方 向、重点（不超过 200 字）1 .针对沥青再生过程中，旧沥青料中的沥青长时间处在高温下（ 180）会分解、老化，不可避免会产生烟气，影响产品质量和环 保，严重时会引起旧沥青料烘干筒爆燃

21、，酿成重大的人员和财产损 失。研究相应控制策略（包括工艺流程以及温度控制等），有效提 高产品质量和系统安全性，并产生相应专利及软件著作权。2 .针对配料过程中，因机械惯性导致动态称重误差大。研制新型拥 有自主知识产权的高精度抗干扰性能强的称重变送器，提高系统整 体性能，并产生称重变送相关专利。是否需要保 密（或其他 要求），是 否同意进行 统一宣传同意进行统一宣传。参加省级双 创培训情况无获奖情况“基于热再生技术的沥青混合料搅拌设备控制系统”，获2016年江 苏省教育科学研究成果（高校科学技术研究类）二等奖（科技进步 奖）。其他二、项目简介（不超过1000字）1 .技术领域本项目涉及自动控制理

22、论、道路工程、程序设计及软件、仪器仪表技术的交叉学科项目。以 开发间歇式沥青热再生厂拌控制系统主机、成品仓运料小车控制器及开放式监控软件为核心，产 生拥有自主产权的核心技术和产品。实现再生沥青混合料各项技术指标不低于使用全部新料拌制 的沥青混合料，符合公路沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）质量要求，从而，将热再生 技术应用于实际工程，有效推动我国再生沥青混合料再生利用。2 .项目主要内容（1）融合沥青热再生技术与自动控制技术，研发间歇式沥青热再生厂拌控制系统主机，产生 有效控制策略，实现配料过程冲量修正，保证再生沥青混合料的油石比。同时，针对沥青热再生 技术特性，研究生产过程中各成

23、份温度测量与控制策略，再生环节设置多重保护措施，提高整机 的安全性能。（2）根据称重传感器信号特征（0-20mV小信号）设计相关电路，完成高精度称重变 送器模块设计及制作。（3）融合物联网技术和软件技术，开发拥有自主知识产权的系统监控软 件，实时监控设备的运行状况，具备资料管理、配方管理、生产管理、生产报表、生产记录管 理、以及存储生产数据、查询打印各种报表等功能。系统开放，具有远程管理功能。（4）分析大 惯量负载运动特性，利用编码器及符合该运动特性的控制方法，实现成品仓送料小车精确定位， 有效提高整机生产效率。3 .系统特点该系统创新设计的“沥青拌合站成品仓运料小车控制方法及控制系统”获得发

24、明专利授权一 项，专利号：.1;实用新型专利授权一项，专利号：.8。监控软件取得国家计算机软件著作权证 书，证书号：2011SR030654o在北大中文核心期刊发表相关专业论文3篇。本项目将沥青热再生技术、迭代学习控制算法、物联网技术以及变频无级调试控制等先进技 术进行了深度融合。经过近三年的实践应用及性能优化，该系统各项性能指标国内领先，达到国 际同类产品先进水平。具有以下特点：（1）融合沥青热再生技术与自动控制技术，采用有效控 制策略解决配料过程中冲量修正问题，保证系统级配精度以及再生沥青混合料的油石比。（2） 监控软件融合物联网技术，基于0PC及Visual C+开发，系统开放，具有远程

25、管理功能。（3） 再生环节设置多重保护措施，有效提高整机的安全性能。（4）独创性设计成品仓控制器，定位 精确，有效提高整机生产效率。4 .推广及应用目前，该系统已由无锡华中科技有限公司及无锡环球工程机械有限公司等厂家推广，在南通 路桥工程有限公司、南通凯翔公路建设工程有限公司等100多家单位应用，收到很好的评价，为 企业创造了良好的经济效益和社会效益。三、主要科技创新及产业化前景分析（不超过6页）（一）主要科技创新1.项目背景及总体思路本项目以开发间歇式沥青热再生厂拌控制系统主机为核心，基于OPC技术及Visual C+平 台开发上位监控软件为主体，进行间歇式沥青热再生厂拌控制系统研发与产业化

26、推进，实现再生 沥青混合料各项技术指标不低于使用全部新料拌制的沥青混合料，符合公路沥青路面施工技术 规范（JTGF40-2004）质量要求，从而，将热再生技术应用与实际工程，有效推动我国再生沥青 混合料再生利用。系统利用先进控制技术及控制策略，实现沥青混合料的热再生，即将旧沥青料经过破碎、筛 分（必要时）后，根据旧料中沥青含量、沥青老化程度、碎石级配等指标，按一定比例掺入一定 数量的新骨料、沥青和再生剂（必要时）进行拌合，生产出达到规范规定的各项指标的混合料，生 产工艺如图1所示。该项目的设计的关键技术主要是：控制系统的硬件设计和软件设计、加热温 度测量控制技术、冲量自动修正算法、热再生保护技

27、术，各个关键技术详细介绍如下。图1间歇式热再生沥青搅拌站工艺流程（1） 控制系统硬件设计系统硬件主要包括下位机（主控制器）和上位机两部分。系统中的上位计算机主要实现设备 的相关控制（自动、手动等）、实时监控设备的运行状况（包括生产配料动态显示、各配料实时 数据和投料量、阀门行程显示）、资料管理（用户权限管理）、配方管理、生产管理（生产参 数、控制参数、配料参数）、生产报表（日生产报表、综合生产报表）、生产记录管理、以及存 储生产数据、查询打印各种报表等功能。由于该系统下位机（主控制器）可单独运行，降低了对 上位计算机可靠性的要求，因此上位机可以采用普通的PC机来代替工业控制计算机，降低了系 统

28、的成本。1#上位机与2#上位机互为冗余。系统硬件如图2所示。图2系统硬件组成框图（2）控制系统测控软件设计系统的监控软件基于物联网技术、OPC技术以及Visual C+平台，采用模块化程序设计方法 进行开发。主要分为:系统参数设置、运行方式选择、系统状态显示、系统管理等模块，各模块通 过主框架程序相互协调控制，成为一个完整统一的测控系统软件平台。系统软件模块划分如图3 所示。图3系统软件模块图（3）加热温度测量与控制温度测量与控制自始至终贯穿整个热再生工艺过程，它是热再生技术应用与实际工程的基 础。旧沥青料的加热温度直接关系到再生混合料的质量。要使旧沥青混合料的沥青恢复活性，就 需要通过加热，

29、使其到达适当的温度。旧沥青回收料中的沥青长时间处在高温下（180）会 分解、老化。温度过低，沥青不易从旧料中分离出来，不能完成重融再生。由于旧沥青料不能加 热到太高的温度，拌合时将通过吸收新骨料的热量而升温，为保证再生混合料能达到足够的拌合 温度就必须提高新骨料的加热温度，但如果温差较大，可能使新旧料接触时产生烟气，影响产品 质量和环保，所以新旧料的加热温度必须根据旧料掺配比例和旧沥青老化程度，严格控制在最佳 范围。同新沥青混合料摊铺一样，再生料需要有足够的摊铺温度，以保证有足够的压实时间，使 路面达到设计要求的密实度和其他一些路面结构要求。根据温度拌合实验分析以及实践经验得知，将关键环节相关

30、成份的温度控制在一定范围内比 较适宜，如表1所示。表1热再生工艺关键环节成份控制温度名称进入拌缸时成品料温度(Tc)新骨料温度(Tx)再生沥青料温度 (Tr)温度控制160Tx240110Trl40Tcl40注：因直接测量再生沥青料的出料温度相对滞后，因此，在生产过程中采用测量尾气温度的 方法测算再生沥青料的出料温度。控制系统中，针对沥青热再生过程中各成份的材料，产生有效的温度测量与控制方法，以保 证获得有一定温度的、质量稳定的最终再生料。(4)冲量自动修正算法沥青混合料实际生产过程表明，由于各成份储料仓的料位处于不断变化中，使每一瞬间物料 流的流速随机变化，因机械惯性导致的过冲量变化规律性差

31、，利用固定不变的关门提前量即冲量 补偿量，往往不能满足配料精度要求。同时，由于系统是一个非线性、时变系统，无法通过数学 模型对其进行计算。迭代学习控制算法不依赖动态系统的精确数学模型，对重复性运动的非线性被控对象可以进 行有效的控制，利用该算法可实现动态配料系统的冲量补偿量自修正。在迭代学习控制算法中， 目前应用最广，最成熟的学习控制律是s.Arimoto等提出的PID型迭代学习控制律。系统中采用 开环P型迭代学习控制律：kt) = Uk(Z)+ q.ek (0q e (0,1)式中9为迭代学习控制算法的加权学习因子，以(。，为用(。分别为第k次和k+1次训练时t 时刻的输出，线(。为第k次训练时t时刻的响应误差，当左-8即训练次数足够多时， /-0。配料系统工作时称重变化过程如图4表示。图4配料系统重量变化曲线图中，计量门在tO时刻打开，物料在tl时刻落入计量斗，t2时刻称重达到计量门关断点G关 (6关=6设-11),计量门关闭，空中余料在t3时刻全部落入计量斗；计量斗中实际称重为G,