皮帶秤遠(yuǎn)程集中計(jì)量與監(jiān)控系統(tǒng)

太鋼自動(dòng)化公司 羅 旭 【摘 要】 針對(duì)某鋼鐵企業(yè)原、燃料中廣泛使用的皮帶秤位置分散等原因造成的計(jì)量 監(jiān)督管理難、稱(chēng)重?cái)?shù)據(jù)傳輸滯后、計(jì)量數(shù)據(jù)誤差大等問(wèn)題，提出了在電子皮帶秤計(jì)量系 統(tǒng)中應(yīng)有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)，構(gòu)建基于以太網(wǎng)（無(wú)線）的皮 帶秤遠(yuǎn)程集中計(jì)量與監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)該企業(yè)全部計(jì)量皮帶秤數(shù)據(jù)的數(shù)字化傳 輸、集中實(shí)時(shí)監(jiān)控。既提高了工作效率，又提高了工作質(zhì)量。同時(shí)，由于該系統(tǒng)改造費(fèi) 用低、不影響皮帶秤的正常使用，因此，具有的推廣價(jià)值。 【關(guān)鍵詞】 遠(yuǎn)程計(jì)量；集中監(jiān)控；串行通信 一、引言 電子皮帶秤是一種無(wú)需對(duì)質(zhì)量細(xì)分或者中斷輸送帶，就可以對(duì)輸送帶上的散裝物料 進(jìn)行連續(xù)稱(chēng)量的自動(dòng)衡器，在礦山、港口、冶金等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。 某鋼廠作為一 個(gè)年產(chǎn)近千萬(wàn)噸鋼的特大型鋼鐵企業(yè)，其廠際大宗原、燃料（鐵精礦粉、焦炭、燒結(jié)礦、 冶金石灰）就是通過(guò)十余個(gè)皮帶秤計(jì)量的，每年通過(guò)皮帶秤運(yùn)輸并計(jì)量的物資近 2 千萬(wàn) 噸，這些皮帶秤分布在十里鋼城內(nèi)的 8 個(gè)地點(diǎn)。原先，計(jì)量工作依靠計(jì)量員在磅方現(xiàn)場(chǎng) 計(jì)量和監(jiān)控或詢問(wèn)生產(chǎn)廠現(xiàn)場(chǎng)人員（在計(jì)量人員看不到計(jì)量?jī)x表或計(jì)量多種物料），每 個(gè)計(jì)量點(diǎn)都需要二十四小時(shí)駐扎人員值班。計(jì)量點(diǎn)不僅分散、環(huán)境差、計(jì)量過(guò)程中人為 因素多，這些使得計(jì)量管理和監(jiān)督困難、計(jì)量過(guò)程中容易產(chǎn)生誤差或失誤，造成生產(chǎn)廠 對(duì)皮帶秤計(jì)量結(jié)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性異議較多。該問(wèn)題的存在一直困擾著計(jì)量管理部門(mén)。 本文介紹的皮帶秤遠(yuǎn)程集中計(jì)量與監(jiān)控系統(tǒng)，采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)化 技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)內(nèi)所有的計(jì)量結(jié)算皮帶秤進(jìn)行遠(yuǎn)程集中計(jì)量和監(jiān)控，提 高了計(jì)量管理水平和監(jiān)督效率、堵塞計(jì)量漏洞，從而促進(jìn)計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的提升， 的解決了上述的難題。 二、遠(yuǎn)程計(jì)量、監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成與實(shí)現(xiàn) 1、硬件系統(tǒng) 系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量與控制級(jí)、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集級(jí)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控與管理級(jí) 構(gòu)成。 現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量與控制級(jí)主要是指計(jì)量設(shè)備電子皮帶秤、控制料倉(cāng)翻板開(kāi)口方向或給料皮 帶啟停的 PLC、監(jiān)控?cái)z像頭。電子皮帶秤一般由秤體（秤架、稱(chēng)重托輥、輸送皮帶）、 稱(chēng)重傳感器、速度傳感器、電機(jī)、稱(chēng)重控制儀表等組成。被稱(chēng)物料分別通過(guò)皮帶秤進(jìn)行 稱(chēng)重，稱(chēng)重傳感器將物料的重量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳送給稱(chēng)重控制顯示器進(jìn)行放大、濾波、 A/D 轉(zhuǎn)換和微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，一方面通過(guò)儀表顯示器顯示，另一方面由 4-20mA 模擬信號(hào)（實(shí)施前數(shù)據(jù)采集方式）或 RS485/RS232 接口通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線輸出。上述 PLC 的作用是控制計(jì)量皮帶秤稱(chēng)量物料的種類(lèi)：例如位于料倉(cāng)下的翻板開(kāi)口方向會(huì)使不同的 物料從料倉(cāng)上漏下，使得皮帶秤稱(chēng)量物料不同；同樣不同的給料皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)也會(huì)使得皮帶 秤稱(chēng)量物料不同。 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集級(jí)包括串口服務(wù)器、無(wú)線傳輸模塊、I/O 采集模塊、視頻服務(wù)器等。 串口服務(wù)器可以將稱(chēng)重儀表輸出的 RS485/RS232 信號(hào)轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)信號(hào)，使得儀表的數(shù) 據(jù)可以利用企業(yè)的內(nèi)網(wǎng)，傳輸?shù)木嚯x不受限制、傳輸?shù)馁|(zhì)量大大提高。無(wú)線傳輸模塊是 在稱(chēng)重儀表不具備接入以太網(wǎng)的情況下（布線成本高或難度大）進(jìn)行遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)?另一種手段，它的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約了布線施工費(fèi)用，缺點(diǎn)是信號(hào)傳輸質(zhì)量較有線差，但作為 普通業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸而且通訊軟件已有的數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能，該缺點(diǎn)*可忽略。I/O 采 集模塊可以將 PLC 開(kāi)關(guān)量輸出的節(jié)點(diǎn)信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，目的是了解何時(shí)料倉(cāng)的 翻板或給料皮帶發(fā)生的變化，進(jìn)而確定皮帶秤的計(jì)量物料品種。視頻服務(wù)器的作用是將 現(xiàn)場(chǎng)皮帶的運(yùn)行狀況以畫(huà)面的形式傳回遠(yuǎn)程集中監(jiān)控室，便于計(jì)量員了解皮帶的實(shí)際運(yùn) 行狀況。 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理級(jí)包括計(jì)量數(shù)據(jù)集中監(jiān)控終端、視頻集中監(jiān)控終端。在計(jì)量監(jiān)控終端 上，全公司皮帶秤運(yùn)行過(guò)程中的實(shí)時(shí)量（皮帶速度、物料流量）和累積量均可以看到； 在視頻監(jiān)控終端上，可以看到所有皮帶秤的實(shí)際運(yùn)行及帶料畫(huà)面。通過(guò)以上兩個(gè)終端數(shù) 據(jù)及畫(huà)面對(duì)比，容易發(fā)現(xiàn)皮帶秤的一些故障。如秤體的某個(gè)傳感器損壞，視頻畫(huà)面就與 流量數(shù)字顯示明顯不符，故障能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，減少了錯(cuò)誤計(jì)量數(shù)據(jù)。 計(jì)量數(shù)據(jù)集中監(jiān)控終端畫(huà)面 視頻集中監(jiān)控終端畫(huà)面 2、軟件系統(tǒng) 軟件系統(tǒng)包括遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制軟件、數(shù)據(jù)管理與信息化接口軟件。軟件在 WindowsXP 環(huán)境下，用 VisualStudio6.0 開(kāi)發(fā)，采用 ACCESS 數(shù)據(jù)庫(kù)。 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 10 余臺(tái)儀表數(shù)據(jù)、2 個(gè) I/O 模塊的數(shù)據(jù)采集。 開(kāi)發(fā)與儀表通訊軟件時(shí)使用了 MSComm 控件，它是 Windows 下進(jìn)行串行通信編程 的控件，可為應(yīng)用程序提供通過(guò)串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便方法，節(jié)省編程時(shí)間。通訊方 法采用事件驅(qū)動(dòng)通信方式：當(dāng)在 CD（Carrier Detect 載波監(jiān)聽(tīng)）線或 RTS（Request To Send） 線上有字符到達(dá)或發(fā)生了改變，使用 MSComm 控件的 OnComm 事件捕獲和處理這些通 信事件，同時(shí) OnComm 也可以捕獲和處理通信中的錯(cuò)誤。這種方式較普通的輪詢方式 大大提高了通訊效率。I/O 模塊通訊（ADAM6060）軟件編程可直接調(diào)用該模塊提供的 二次開(kāi)發(fā)函數(shù)，它已將較復(fù)雜的后臺(tái)通訊部分封裝，開(kāi)發(fā)人員直接調(diào)用即可。 數(shù)據(jù)采集流程圖 以 XR2001 儀表通信為例，實(shí)現(xiàn)與儀表通信，主機(jī)需向儀表分兩步發(fā)送控制命令字。 然后通過(guò)上述的 OnComm 通信中斷處理儀表響應(yīng)數(shù)據(jù)。步驟 （1）先把通信協(xié)議設(shè)置為：Baud_Rate，m,8,1 通過(guò)串口發(fā)送 Address -> 儀表 延時(shí)(0.01s) （2）接著把通信協(xié)議設(shè)置為：Baud_Rate，S,8,1 通過(guò)串口發(fā)送以下數(shù)據(jù)到儀表： CommandCode FunCode Data0 Data1 Data2 Data3 Crc_Code -> 儀表 其中： Baud_Rate 為通信波特率；Address 為通信地址。 CommandCode 為指令代碼： 01H - 寫(xiě)指令 向儀表寫(xiě)入數(shù)據(jù) 02H - 讀指令 讀取儀表數(shù)據(jù) 03H - 儀表鍵盤(pán)命令，等同儀表鍵盤(pán)操作（控制指令） 遠(yuǎn)程控制軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表控制，在遠(yuǎn)程計(jì)量室就可對(duì)遠(yuǎn)距離的儀表實(shí)現(xiàn)校 皮、清零、實(shí)物校準(zhǔn)等操作。這部分軟件實(shí)施的前提是儀表具備通過(guò)通訊口的讀寫(xiě)來(lái)控 制儀表的指令，要求軟件對(duì)儀表通訊協(xié)議充分掌握，實(shí)現(xiàn)方法與上述類(lèi)似，只是 通訊指令進(jìn)行了擴(kuò)展。 遠(yuǎn)程控制畫(huà)面 數(shù)據(jù)管理與信息化接口軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)的管理與計(jì)質(zhì)量接口功能。數(shù)據(jù)管理的 主要功能如下邊菜單所述。與計(jì)質(zhì)量接口采用建立中間表，共享數(shù)據(jù)方式。在計(jì)量數(shù)據(jù) 采集時(shí)，會(huì)將整點(diǎn)的數(shù)據(jù)存入該接口表，作為計(jì)質(zhì)量上傳的數(shù)據(jù)來(lái)源。 數(shù)據(jù)管理與信息化接口軟件 軟件的特點(diǎn)及功能：1、儀表數(shù)據(jù)以數(shù)字（RS485 數(shù)字總線）方式采集，該方式較 原有模擬量采集方式數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但每種稱(chēng)重儀表通訊通信協(xié)議都不同，不能采用模擬量 方式的組態(tài)軟件，編程難度大；2、采用虛擬串口技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)原有儀表串口通訊軟件 的大復(fù)用；3、現(xiàn)場(chǎng) I/O 信號(hào)和稱(chēng)重計(jì)量數(shù)據(jù)采集無(wú)縫結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)一條皮帶計(jì)量 多種物料的自動(dòng)、準(zhǔn)確；4、在計(jì)算機(jī)上模擬儀表面板操作，通過(guò)計(jì)算機(jī)上的操作面板 對(duì)儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控如同在現(xiàn)場(chǎng)操作儀表一樣，在計(jì)算機(jī)上即可完成調(diào)零、標(biāo)定等工作， 整個(gè)程序運(yùn)行卻不受任何影響。 采用數(shù)字方式（RS485）傳輸代替模擬方式傳輸（4-20mA）提高了計(jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 性。從信號(hào)傳輸層面考慮（不考慮儀表之前）：前者由傳感器來(lái)的信號(hào)進(jìn)入儀表，處理 后以數(shù)字信號(hào)輸出，誤差僅來(lái)自皮帶秤儀表；后者由傳感器來(lái)的信號(hào)進(jìn)入儀表，處理后 以模擬信號(hào)輸出，再傳到采集運(yùn)算裝置，誤差來(lái)自皮帶秤儀表、采集裝置。在采用數(shù)字 方式傳輸后，計(jì)量采集數(shù)字可以 和計(jì)量?jī)x表一致，而后者采集準(zhǔn)確性和實(shí)際應(yīng)用 環(huán)境，如采集裝置的精度、線路有關(guān)（對(duì)某鋼鐵公司焦化皮帶秤計(jì)量?jī)x表半個(gè)月的跟蹤， 每天 4-20mA 得到的累計(jì)量和儀表相差在 3%左右）。 在項(xiàng)目實(shí)施中，部分采集傳輸存在施工困難、費(fèi)用高等問(wèn)題，因此采用了數(shù)字無(wú)線 傳輸。無(wú)線傳輸?shù)拇笕秉c(diǎn)是信號(hào)易受干擾，通訊過(guò)程中時(shí)常有短暫的失敗。系統(tǒng)從以 下兩個(gè)方面解決：1、大部分皮帶秤計(jì)量?jī)x表在設(shè)計(jì)其數(shù)字通訊協(xié)議時(shí)，已考慮了嚴(yán)格 的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法，通訊軟件編程時(shí)，按照通訊協(xié)議開(kāi)發(fā)，就可避免因無(wú)線干擾收到錯(cuò)誤 數(shù)據(jù)；針對(duì)通訊過(guò)程中短暫的失敗，整點(diǎn)采集數(shù)據(jù)時(shí)采用有效時(shí)間段內(nèi)采集（0 到 5 分 鐘），大大提高了數(shù)據(jù)采集成功的機(jī)率。 三、系統(tǒng)運(yùn)行效果 該系統(tǒng)在某鋼鐵企業(yè) 2009 年投入使用以來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定，計(jì)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，監(jiān)控視頻 清晰，提高了工作質(zhì)量和效率，主要效果如下： （1）從分散計(jì)量到集中計(jì)量，僅計(jì)量工作就節(jié)約人力成本 80%（原先十臺(tái)皮帶秤 需要 16 名專(zhuān)職計(jì)量員，現(xiàn)在只需要 4 名，而且還兼職其它秤），同時(shí)計(jì)量管理、監(jiān)督 水平得到了顯著提高； （2）計(jì)量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化自動(dòng)采集、傳輸，消除了人工報(bào)數(shù)及模擬數(shù)據(jù)傳輸 準(zhǔn)確度較低的弊病，計(jì)量異議大幅度下降，用戶滿意度提高； （3）維護(hù)人員同樣可在一臺(tái)微機(jī)界面上就可做到對(duì)全部 10 臺(tái)計(jì)量計(jì)算皮帶秤運(yùn)行 狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了維護(hù)效率、減少了設(shè)備帶故障時(shí)間； （4）擁有對(duì)秤體運(yùn)行故障報(bào)警及錯(cuò)誤自動(dòng)記錄及回溯功能，方便計(jì)量出現(xiàn)異議時(shí) 問(wèn)題的查找； （5）為 ERP 和其它系統(tǒng)提供更快、更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)及自動(dòng)接口。 四、結(jié)束語(yǔ) 建設(shè)遠(yuǎn)程集中計(jì)量監(jiān)控系統(tǒng)，是現(xiàn)代大中型鋼鐵企業(yè)實(shí)施信息化工程的需要。它可 以改進(jìn)現(xiàn)有計(jì)量管理流程和提高計(jì)量管理水平，*計(jì)量管理管理體制，提高計(jì)量效率， 縮短計(jì)量時(shí)間，提高客戶滿意度和廠內(nèi)物流效率，對(duì)提高公司的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意 義。 參考文獻(xiàn) 1．陽(yáng)憲惠. 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)及其應(yīng)用，北京，清華大學(xué)出版社，2001。 2．邱公偉. 實(shí)時(shí)控制與智能儀表多微機(jī)系統(tǒng)的通訊技術(shù)，清華大學(xué)出版社，2006。 作者簡(jiǎn)介 羅旭，1975 年生，男，漢族，籍貫河南省商丘市，現(xiàn)在太鋼自動(dòng)化公司從事企業(yè)信息化 方面的軟件開(kāi)發(fā)工作，工程師