皮帶秤遠(yuǎn)程集中計量與監(jiān)控系統(tǒng)

皮帶秤遠(yuǎn)程集中計量與監(jiān)控系統(tǒng)

太鋼自動化公司 羅 旭 【摘 要】 針對某鋼鐵企業(yè)原、燃料中廣泛使用的皮帶秤位置分散等原因造成的計量 監(jiān)督管理難、稱重數(shù)據(jù)傳輸滯后、計量數(shù)據(jù)誤差大等問題，提出了在電子皮帶秤計量系 統(tǒng)中應(yīng)有計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)，構(gòu)建基于以太網(wǎng)（無線）的皮 帶秤遠(yuǎn)程集中計量與監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對該企業(yè)全部計量皮帶秤數(shù)據(jù)的數(shù)字化傳 輸、集中實(shí)時監(jiān)控。既提高了工作效率，又提高了工作質(zhì)量。同時，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，具有的推廣價值。 【關(guān)鍵詞】 遠(yuǎn)程計量；集中監(jiān)控；串行通信 一、引言 電子皮帶秤是一種無需對質(zhì)量細(xì)分或者中斷輸送帶，就可以對輸送帶上的散裝物料 進(jìn)行連續(xù)稱量的自動衡器，在礦山、港口、冶金等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。 某鋼廠作為一 個年產(chǎn)近千萬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）就是通過十余個皮帶秤計量的，每年通過皮帶秤運(yùn)輸并計量的物資近 2 千萬 噸，這些皮帶秤分布在十里鋼城內(nèi)的 8 個地點(diǎn)。原先，計量工作依靠計量員在磅方現(xiàn)場 計量和監(jiān)控或詢問生產(chǎn)廠現(xiàn)場人員（在計量人員看不到計量儀表或計量多種物料），每 個計量點(diǎn)都需要二十四小時駐扎人員值班。計量點(diǎn)不僅分散、環(huán)境差、計量過程中人為 因素多，這些使得計量管理和監(jiān)督困難、計量過程中容易產(chǎn)生誤差或失誤，造成生產(chǎn)廠 對皮帶秤計量結(jié)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性異議較多。該問題的存在一直困擾著計量管理部門。 本文介紹的皮帶秤遠(yuǎn)程集中計量與監(jiān)控系統(tǒng)，采用先進(jìn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化 技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)對企業(yè)內(nèi)所有的計量結(jié)算皮帶秤進(jìn)行遠(yuǎn)程集中計量和監(jiān)控，提 高了計量管理水平和監(jiān)督效率、堵塞計量漏洞，從而促進(jìn)計量數(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)場計量與控制級、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集級、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控與管理級 構(gòu)成。 現(xiàn)場計量與控制級主要是指計量設(shè)備電子皮帶秤、控制料倉翻板開口方向或給料皮 帶啟停的 PLC、監(jiān)控攝像頭。電子皮帶秤一般由秤體（秤架、稱重托輥、輸送皮帶）、 稱重傳感器、速度傳感器、電機(jī)、稱重控制儀表等組成。被稱物料分別通過皮帶秤進(jìn)行 稱重，稱重傳感器將物料的重量轉(zhuǎn)換成電信號傳送給稱重控制顯示器進(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，一方面通過儀表顯示器顯示，另一方面由 4-20mA 模擬信號（實(shí)施前數(shù)據(jù)采集方式）或 RS485/RS232 接口通過現(xiàn)場總線輸出。上述 PLC 的作用是控制計量皮帶秤稱量物料的種類：例如位于料倉下的翻板開口方向會使不同的 物料從料倉上漏下，使得皮帶秤稱量物料不同；同樣不同的給料皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)也會使得皮帶 秤稱量物料不同。 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集級包括串口服務(wù)器、無線傳輸模塊、I/O 采集模塊、視頻服務(wù)器等。 串口服務(wù)器可以將稱重儀表輸出的 RS485/RS232 信號轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)信號，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。無線傳輸模塊是 在稱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 開關(guān)量輸出的節(jié)點(diǎn)信號通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，目的是了解何時料倉的 翻板或給料皮帶發(fā)生的變化，進(jìn)而確定皮帶秤的計量物料品種。視頻服務(wù)器的作用是將 現(xiàn)場皮帶的運(yùn)行狀況以畫面的形式傳回遠(yuǎn)程集中監(jiān)控室，便于計量員了解皮帶的實(shí)際運(yùn) 行狀況。 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理級包括計量數(shù)據(jù)集中監(jiān)控終端、視頻集中監(jiān)控終端。在計量監(jiān)控終端 上，全公司皮帶秤運(yùn)行過程中的實(shí)時量（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)行及帶料畫面。通過以上兩個終端數(shù) 據(jù)及畫面對比，容易發(fā)現(xiàn)皮帶秤的一些故障。如秤體的某個傳感器損壞，視頻畫面就與 流量數(shù)字顯示明顯不符，故障能被及時發(fā)現(xiàn)，減少了錯誤計量數(shù)據(jù)。 計量數(shù)據(jù)集中監(jiān)控終端畫面 視頻集中監(jiān)控終端畫面 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 開發(fā)，采用 ACCESS 數(shù)據(jù)庫。 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場 10 余臺儀表數(shù)據(jù)、2 個 I/O 模塊的數(shù)據(jù)采集。 開發(fā)與儀表通訊軟件時使用了 MSComm 控件，它是 Windows 下進(jìn)行串行通信編程 的控件，可為應(yīng)用程序提供通過串行接口收發(fā)數(shù)據(jù)的簡便方法，節(jié)省編程時間。通訊方 法采用事件驅(qū)動通信方式：當(dāng)在 CD（Carrier Detect 載波監(jiān)聽）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 OnComm 也可以捕獲和處理通信中的錯誤。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 二次開發(fā)函數(shù)，它已將較復(fù)雜的后臺通訊部分封裝，開發(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 通過串口發(fā)送 Address -> 儀表 延時(0.01s) （2）接著把通信協(xié)議設(shè)置為：Baud_Rate，S,8,1 通過串口發(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 - 寫指令 向儀表寫入數(shù)據(jù) 02H - 讀指令 讀取儀表數(shù)據(jù) 03H - 儀表鍵盤命令，等同儀表鍵盤操作（控制指令） 遠(yuǎn)程控制軟件實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場儀表控制，在遠(yuǎn)程計量室就可對遠(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通訊口的讀寫來控 制儀表的指令，要求軟件對儀表通訊協(xié)議充分掌握，實(shí)現(xiàn)方法與上述類似，只是 通訊指令進(jìn)行了擴(kuò)展。 遠(yuǎn)程控制畫面 數(shù)據(jù)管理與信息化接口軟件實(shí)現(xiàn)對計量數(shù)據(jù)的管理與計質(zhì)量接口功能。數(shù)據(jù)管理的 主要功能如下邊菜單所述。與計質(zhì)量接口采用建立中間表，共享數(shù)據(jù)方式。在計量數(shù)據(jù) 采集時，會將整點(diǎn)的數(shù)據(jù)存入該接口表，作為計質(zhì)量上傳的數(shù)據(jù)來源。 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)了對原有儀表串口通訊軟件 的大復(fù)用；3、現(xiàn)場 I/O 信號和稱重計量數(shù)據(jù)采集無縫結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對一條皮帶計量 多種物料的自動、準(zhǔn)確；4、在計算機(jī)上模擬儀表面板操作，通過計算機(jī)上的操作面板 對儀表進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控如同在現(xiàn)場操作儀表一樣，在計算機(jī)上即可完成調(diào)零、標(biāo)定等工作， 整個程序運(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）提高了計量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 性。從信號傳輸層面考慮（不考慮儀表之前）：前者由傳感器來的信號進(jìn)入儀表，處理 后以數(shù)字信號輸出，誤差僅來自皮帶秤儀表；后者由傳感器來的信號進(jìn)入儀表，處理后 以模擬信號輸出，再傳到采集運(yùn)算裝置，誤差來自皮帶秤儀表、采集裝置。在采用數(shù)字 方式傳輸后，計量采集數(shù)字可以 和計量儀表一致，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)（對某鋼鐵公司焦化皮帶秤計量儀表半個月的跟蹤， 每天 4-20mA 得到的累計量和儀表相差在 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)用高等問題，因此采用了數(shù)字無線 傳輸。無線傳輸?shù)拇笕秉c(diǎn)是信號易受干擾，通訊過程中時常有短暫的失敗。系統(tǒng)從以 下兩個方面解決：1、大部分皮帶秤計量儀表在設(shè)計其數(shù)字通訊協(xié)議時，已考慮了嚴(yán)格 的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法，通訊軟件編程時，按照通訊協(xié)議開發(fā)，就可避免因無線干擾收到錯誤 數(shù)據(jù)；針對通訊過程中短暫的失敗，整點(diǎn)采集數(shù)據(jù)時采用有效時間段內(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，運(yùn)行穩(wěn)定，計量數(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）從分散計量到集中計量，僅計量工作就節(jié)約人力成本 80%（原先十臺皮帶秤 需要 16 名專職計量員，現(xiàn)在只需要 4 名，而且還兼職其它秤），同時計量管理、監(jiān)督 水平得到了顯著提高； （2）計量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化自動采集、傳輸，消除了人工報數(shù)及模擬數(shù)據(jù)傳輸 準(zhǔn)確度較低的弊病，計量異議大幅度下降，用戶滿意度提高； （3）維護(hù)人員同樣可在一臺微機(jī)界面上就可做到對全部 10 臺計量計算皮帶秤運(yùn)行 狀況的實(shí)時監(jiān)控，提高了維護(hù)效率、減少了設(shè)備帶故障時間； （4）擁有對秤體運(yùn)行故障報警及錯誤自動記錄及回溯功能，方便計量出現(xiàn)異議時 問題的查找； （5）為 ERP 和其它系統(tǒng)提供更快、更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)及自動接口。 四、結(jié)束語 建設(shè)遠(yuǎn)程集中計量監(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)有計量管理流程和提高計量管理水平，完善計量管理管理體制，提高計量效率， 縮短計量時間，提高客戶滿意度和廠內(nèi)物流效率，對提高公司的市場競爭力具有重要意 義。 參考文獻(xiàn) 1．陽憲惠. 現(xiàn)場總線技術(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。 作者簡介 羅旭，1975 年生，男，漢族，籍貫河南省商丘市，現(xiàn)在太鋼自動化公司從事企業(yè)信息化 方面的軟件開發(fā)工作，工程師