皮帶秤遠程集中計量與監控系統

太鋼自動化公司 羅 旭 【摘 要】 針對某鋼鐵企業原、燃料中廣泛使用的皮帶秤位置分散等原因造成的計量 監督管理難、稱重數據傳輸滯后、計量數據誤差大等問題，提出了在電子皮帶秤計量系 統中應有計算機網絡技術、自動化技術、視頻監控技術，構建基于以太網（無線）的皮 帶秤遠程集中計量與監控系統。該系統能實現對該企業全部計量皮帶秤數據的數字化傳 輸、集中實時監控。既提高了工作效率，又提高了工作質量。同時，由于該系統改造費 用低、不影響皮帶秤的正常使用，因此，具有的推廣價值。 【關鍵詞】 遠程計量；集中監控；串行通信 一、引言 電子皮帶秤是一種無需對質量細分或者中斷輸送帶，就可以對輸送帶上的散裝物料 進行連續稱量的自動衡器，在礦山、港口、冶金等行業都有廣泛應用。 某鋼廠作為一 個年產近千萬噸鋼的特大型鋼鐵企業，其廠際大宗原、燃料（鐵精礦粉、焦炭、燒結礦、 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的 8 個地點。原先，計量工作依靠計量員在磅方現場 計量和監控或詢問生產廠現場人員（在計量人員看不到計量儀表或計量多種物料），每 個計量點都需要二十四小時駐扎人員值班。計量點不僅分散、環境差、計量過程中人為 因素多，這些使得計量管理和監督困難、計量過程中容易產生誤差或失誤，造成生產廠 對皮帶秤計量結算數據準確性異議較多。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程集中計量與監控系統，采用先進的計算機網絡技術、自動化 技術、視頻監控技術實現對企業內所有的計量結算皮帶秤進行遠程集中計量和監控，提 高了計量管理水平和監督效率、堵塞計量漏洞，從而促進計量數據準確性的提升， 的解決了上述的難題。 二、遠程計量、監控系統的構成與實現 1、硬件系統 系統由三部分構成：現場計量與控制級、現場數據采集級、遠程數據監控與管理級 構成。 現場計量與控制級主要是指計量設備電子皮帶秤、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、稱重控制儀表等組成。被稱物料分別通過皮帶秤進行 稱重，稱重傳感器將物料的重量轉換成電信號傳送給稱重控制顯示器進行放大、濾波、 A/D 轉換和微處理器進行數據處理，一方面通過儀表顯示器顯示，另一方面由 4-20mA 模擬信號（實施前數據采集方式）或 RS485/RS232 接口通過現場總線輸出。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轉也會使得皮帶 秤稱量物料不同。 系統組成結構圖 現場數據采集級包括串口服務器、無線傳輸模塊、I/O 采集模塊、視頻服務器等。 串口服務器可以將稱重儀表輸出的 RS485/RS232 信號轉換成以太網信號，使得儀表的數 據可以利用企業的內網，傳輸的距離不受限制、傳輸的質量大大提高。無線傳輸模塊是 在稱重儀表不具備接入以太網的情況下（布線成本高或難度大）進行遠距離數據傳輸的 另一種手段，它的優點是節約了布線施工費用，缺點是信號傳輸質量較有線差，但作為 普通業務數據傳輸而且通訊軟件已有的數據校驗功能，該缺點*可忽略。I/O 采 集模塊可以將 PLC 開關量輸出的節點信號通過網絡進行傳輸，目的是了解何時料倉的 翻板或給料皮帶發生的變化，進而確定皮帶秤的計量物料品種。視頻服務器的作用是將 現場皮帶的運行狀況以畫面的形式傳回遠程集中監控室，便于計量員了解皮帶的實際運 行狀況。 遠程數據管理級包括計量數據集中監控終端、視頻集中監控終端。在計量監控終端 上，全公司皮帶秤運行過程中的實時量（皮帶速度、物料流量）和累積量均可以看到； 在視頻監控終端上，可以看到所有皮帶秤的實際運行及帶料畫面。通過以上兩個終端數 據及畫面對比，容易發現皮帶秤的一些故障。如秤體的某個傳感器損壞，視頻畫面就與 流量數字顯示明顯不符，故障能被及時發現，減少了錯誤計量數據。 計量數據集中監控終端畫面 視頻集中監控終端畫面 2、軟件系統 軟件系統包括遠程數據采集、遠程控制軟件、數據管理與信息化接口軟件。軟件在 WindowsXP 環境下，用 VisualStudio6.0 開發，采用 ACCESS 數據庫。 遠程數據采集軟件實現對現場 10 余臺儀表數據、2 個 I/O 模塊的數據采集。 開發與儀表通訊軟件時使用了 MSComm 控件，它是 Windows 下進行串行通信編程 的控件，可為應用程序提供通過串行接口收發數據的簡便方法，節省編程時間。通訊方 法采用事件驅動通信方式：當在 CD（Carrier Detect 載波監聽）線或 RTS（Request To Send） 線上有字符到達或發生了改變，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）軟件編程可直接調用該模塊提供的 二次開發函數，它已將較復雜的后臺通訊部分封裝，開發人員直接調用即可。 數據采集流程圖 以 XR2001 儀表通信為例，實現與儀表通信，主機需向儀表分兩步發送控制命令字。 然后通過上述的 OnComm 通信中斷處理儀表響應數據。步驟 （1）先把通信協議設置為：Baud_Rate，m,8,1 通過串口發送 Address -> 儀表 延時(0.01s) （2）接著把通信協議設置為：Baud_Rate，S,8,1 通過串口發送以下數據到儀表： 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 向儀表寫入數據 02H - 讀指令 讀取儀表數據 03H - 儀表鍵盤命令，等同儀表鍵盤操作（控制指令） 遠程控制軟件實現了對現場儀表控制，在遠程計量室就可對遠距離的儀表實現校 皮、清零、實物校準等操作。這部分軟件實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議充分掌握，實現方法與上述類似，只是 通訊指令進行了擴展。 遠程控制畫面 數據管理與信息化接口軟件實現對計量數據的管理與計質量接口功能。數據管理的 主要功能如下邊菜單所述。與計質量接口采用建立中間表，共享數據方式。在計量數據 采集時，會將整點的數據存入該接口表，作為計質量上傳的數據來源。 數據管理與信息化接口軟件 軟件的特點及功能：1、儀表數據以數字（RS485 數字總線）方式采集，該方式較 原有模擬量采集方式數據準確，但每種稱重儀表通訊通信協議都不同，不能采用模擬量 方式的組態軟件，編程難度大；2、采用虛擬串口技術實現了對原有儀表串口通訊軟件 的大復用；3、現場 I/O 信號和稱重計量數據采集無縫結合，實現了對一條皮帶計量 多種物料的自動、準確；4、在計算機上模擬儀表面板操作，通過計算機上的操作面板 對儀表進行遠程監控如同在現場操作儀表一樣，在計算機上即可完成調零、標定等工作， 整個程序運行卻不受任何影響。 采用數字方式（RS485）傳輸代替模擬方式傳輸（4-20mA）提高了計量數據的準確 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入儀表，處理 后以數字信號輸出，誤差僅來自皮帶秤儀表；后者由傳感器來的信號進入儀表，處理后 以模擬信號輸出，再傳到采集運算裝置，誤差來自皮帶秤儀表、采集裝置。在采用數字 方式傳輸后，計量采集數字可以 和計量儀表一致，而后者采集準確性和實際應用 環境，如采集裝置的精度、線路有關（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）。 在項目實施中，部分采集傳輸存在施工困難、費用高等問題，因此采用了數字無線 傳輸。無線傳輸的大缺點是信號易受干擾，通訊過程中時常有短暫的失敗。系統從以 下兩個方面解決：1、大部分皮帶秤計量儀表在設計其數字通訊協議時，已考慮了嚴格 的數據校驗方法，通訊軟件編程時，按照通訊協議開發，就可避免因無線干擾收到錯誤 數據；針對通訊過程中短暫的失敗，整點采集數據時采用有效時間段內采集（0 到 5 分 鐘），大大提高了數據采集成功的機率。 三、系統運行效果 該系統在某鋼鐵企業 2009 年投入使用以來，運行穩定，計量數據準確，監控視頻 清晰，提高了工作質量和效率，主要效果如下： （1）從分散計量到集中計量，僅計量工作就節約人力成本 80%（原先十臺皮帶秤 需要 16 名專職計量員，現在只需要 4 名，而且還兼職其它秤），同時計量管理、監督 水平得到了顯著提高； （2）計量數據實現了全數字化自動采集、傳輸，消除了人工報數及模擬數據傳輸 準確度較低的弊病，計量異議大幅度下降，用戶滿意度提高； （3）維護人員同樣可在一臺微機界面上就可做到對全部 10 臺計量計算皮帶秤運行 狀況的實時監控，提高了維護效率、減少了設備帶故障時間； （4）擁有對秤體運行故障報警及錯誤自動記錄及回溯功能，方便計量出現異議時 問題的查找； （5）為 ERP 和其它系統提供更快、更準確的數據及自動接口。 四、結束語 建設遠程集中計量監控系統，是現代大中型鋼鐵企業實施信息化工程的需要。它可 以改進現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 1．陽憲惠. 現場總線技術及其應用，北京，清華大學出版社，2001。 2．邱公偉. 實時控制與智能儀表多微機系統的通訊技術，清華大學出版社，2006。 作者簡介 羅旭，1975 年生，男，漢族，籍貫河南省商丘市，現在太鋼自動化公司從事企業信息化 方面的軟件開發工作，工程師