動態(tài)礦用汽車衡在東鞍山鐵礦的應(yīng)用

王 勐 孫亞鑫 楊 勇 段喜濤 韓德久

(鞍鋼礦業(yè)集團公司)

動態(tài)礦用汽車衡在東鞍山鐵礦的應(yīng)用

王 勐 孫亞鑫 楊 勇 段喜濤 韓德久

(鞍鋼礦業(yè)集團公司)

為了改善礦山生產(chǎn)計量管理方式，針對東鞍山鐵礦排巖系統(tǒng)，研發(fā)了動態(tài)礦用汽車衡。系統(tǒng)包括分體式短稱臺、稱重控制柜、紅綠燈、大屏幕和遠程服務(wù)器，具有全天候無人值守、車號自動識別、動態(tài)稱重計量、本地顯示信息和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)等功能。系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，取得了非常顯著的經(jīng)濟效益和應(yīng)用效果，系統(tǒng)整體技術(shù)達到了國際先進水平，在分體輪側(cè)測量技術(shù)方面達到國際領(lǐng)先水平，在礦山領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

動態(tài)礦用汽車衡 PLC 動態(tài)稱重 數(shù)據(jù)傳輸

目前，人們正快速走進“物聯(lián)網(wǎng)”時代，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其信息讀取、交換實時高效，數(shù)據(jù)容量大，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化識別、定位、計量、跟蹤、監(jiān)控和管理等優(yōu)點在生產(chǎn)物流行業(yè)獲得越來越多的應(yīng)用[1]，實現(xiàn)物流智慧管理，從而在數(shù)字化和信息化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)交互式管理，最大限度提升生產(chǎn)物流管理水平和效益。

礦用汽車是礦山生產(chǎn)的主要設(shè)備，擔(dān)負著運礦和排巖的重要任務(wù)，常規(guī)運礦量或運巖量主要靠車數(shù)估算產(chǎn)量。東鞍山鐵礦生產(chǎn)過程中的排巖主要靠汽車運輸，由采場直接運送到大皮帶粗破碎機翻車，分4班作業(yè)，每天實行2個班運轉(zhuǎn)，礦用汽車分別為TR60和TR100，總載重量分別為100和160 t，每班的排巖量通過專門人員數(shù)車數(shù)，按小車50 t，大車70 t計算出當(dāng)班的排巖量。在汽車運行過程中如果超載，既影響行車安全，又容易使汽車疲勞損壞；如果汽車運量欠載，影響汽車效率及經(jīng)濟效益。

為了提高生產(chǎn)計量管理水平，消除人為因素對計量過程、計量數(shù)據(jù)產(chǎn)生的影響，從根本上堵塞計量管理漏洞，提高生產(chǎn)管理水平，滿足企業(yè)信息化建設(shè)的進一步需求，推進企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營上水平，礦業(yè)公司開發(fā)研制了動態(tài)礦用汽車衡，并且實際應(yīng)用在東鞍山鐵礦排巖系統(tǒng)中，取得了非常好的效果。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)包括分體式短稱臺、稱重控制柜、紅綠燈、大屏幕和遠程服務(wù)器等，其中稱重控制柜內(nèi)設(shè)有稱重智能儀、讀寫器、PLC控制柜和稱重微機。本系統(tǒng)以稱重微機為核心，以分體式短稱臺為基礎(chǔ)，通過稱重智能儀把分體式短稱臺的稱重傳感器信號傳輸?shù)椒Q重微機內(nèi)，動態(tài)礦用汽車衡軟件自動采集、處理稱重信號，分析計算出礦用汽車的稱重重量，同時經(jīng)過RFID讀寫器自動識別車號，由PLC控制柜控制紅綠燈和大屏幕的顯示，同時通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h程服務(wù)器上，使每個用戶都能實時看到每臺車的稱重時間和重量，便于生產(chǎn)管理。系統(tǒng)組成見圖1。

圖1 系統(tǒng)組成

1.1 分體式短秤臺

為了適合大型礦用汽車車距和輪距，發(fā)明了6 m長的秤臺，并且分為2個側(cè)輪稱量臺面，即輪側(cè)式分體秤臺,按汽車左右輪軸稱重，包括8個柯力寧波QS-40 t稱重傳感器，經(jīng)過分配盒，將數(shù)據(jù)送到智能稱重儀。與傳統(tǒng)秤臺相比，該秤臺受力面積小，載重大時也不容易變形，同時分體疊加受力面積均勻，計量更準確，實現(xiàn)礦用大噸位汽車動態(tài)稱重。

大型礦用汽車本身重量大，為滿足計量要求,需要有好的秤臺基礎(chǔ)，因此設(shè)計了秤臺基礎(chǔ)和相應(yīng)引路，采用堅固的鋼筋混凝土制作。設(shè)計的秤臺基礎(chǔ)見圖2。

圖2 秤臺基礎(chǔ)示意(單位：mm)

1.2 智能稱重儀

動態(tài)稱重主要體現(xiàn)在智能稱重儀硬件設(shè)計方面，實現(xiàn)實時、快速、精準和智能稱重，系統(tǒng)設(shè)計的智能稱重儀采集稱重傳感器的信號，經(jīng)過放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理后通過USB信號接口傳送到計算機，實現(xiàn)采集汽車的重量變化信號的快速反應(yīng)轉(zhuǎn)換過程。智能稱重儀原理見圖3。

圖3 稱重儀原理

2 系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)把大型礦用汽車動態(tài)稱重、車號識別、信號控制、本地大屏幕輸出和系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)融為一體，構(gòu)成了一個功能強大的計量信息系統(tǒng)。

2.1 稱重功能

礦用汽車輪軸動態(tài)稱重系統(tǒng)的核心功能是稱重，通過USB接口接收智能稱重儀的稱重數(shù)據(jù)，實現(xiàn)車輛運行過程中動態(tài)稱重，還具有稱臺自動校零、動態(tài)波形顯示、故障判斷功能。

(1)通訊校驗。對智能稱重儀進行初始化，驗證稱重工控機與智能稱重儀的USB通訊是否正常。

(2)動態(tài)自動校零。當(dāng)外界條件變化后，電壓反映傳感器的變化，即零點變化，根據(jù)電壓的波動范圍進行自動校訂零點，在一定的變化參數(shù)范圍內(nèi)認為是合理的，否則需要技術(shù)人員對參數(shù)進行校對，判斷是傳感器的問題還是需要調(diào)整參數(shù)。

(3)動態(tài)波形圖顯示。動態(tài)波形圖能夠?qū)崟r反映出電壓的變化情況，稱重過程可以進行復(fù)位，查看過磅過程。見圖4。

圖4 動態(tài)波形圖

(4)采用標(biāo)準稱重模式。車輛過磅時，判斷車輛是否存有皮重數(shù)據(jù)，如沒有提示過空車，存皮重數(shù)據(jù)，以后車輛只過重車，通過重車與皮重求差，得出凈重量。

通過系統(tǒng)軟件設(shè)計，得到實時稱重采集波形，通過波形判斷分析是計量過程的設(shè)計基礎(chǔ)。只有實現(xiàn)無人干預(yù)的稱臺動態(tài)自動校零，才能達到無人操作的目的。根據(jù)稱臺的波形變化動態(tài)跟蹤稱臺零點，通過汽車上稱臺的波形變化來判斷和尋找計量最佳時點，并確定采集數(shù)據(jù)和計量值的對應(yīng)關(guān)系，然后根據(jù)對應(yīng)公式，準確計量。通過最佳時點選擇精準計算，最終實現(xiàn)稱量的最佳效果。

2.2 車號自動識別功能

人工抄車號是長期困擾自動稱量汽車衡用戶的一個棘手問題。本系統(tǒng)提供的車號自動識別功能采用非接觸式卡，即射頻卡，也稱為RFID標(biāo)簽。識別系統(tǒng)包括天線、讀寫器等設(shè)備。射頻卡(ID卡)系統(tǒng)必須和汽車衡稱重管理軟件配合使用才能發(fā)揮作用。在運載車輛上安裝RFID標(biāo)簽，當(dāng)汽車隊列在自動稱量汽車衡2～3 m，讀寫器讀取車輛標(biāo)簽信息并上傳到稱重微機，稱重微機根據(jù)標(biāo)簽號得到車輛基本信息，與汽車衡自動上傳的重量信息進行運算，得到車輛實際運載重量。整個過程準確、快速、方便，無人工干擾,避免了人工操作、打錯車號等諸多不便，給整個系統(tǒng)的運維減輕負擔(dān)。

每個射頻卡具有唯一的編號，在稱重軟件數(shù)據(jù)庫中登記每一個射頻卡號對應(yīng)的信息(卡號、車號、車型、駕駛員、皮重、貨名、單位等，用戶可以使用全部或部分信息)，用戶可以對該表進行信息的添加、修改、刪除等操作[2]。射頻卡采用一車一卡，對車輛進行嚴格限定。

2.3 其他功能

2.3.1 基本功能

用戶設(shè)置功能：滿足系統(tǒng)的個性設(shè)置，完成串口通訊、用戶格式自定義、當(dāng)前用戶的登錄口令修改、系統(tǒng)設(shè)置及用戶權(quán)限設(shè)置等功能。

RFID標(biāo)簽管理：具有發(fā)卡、補卡和退卡管理等功能。

數(shù)據(jù)庫設(shè)置功能：使用MYSQL本地化數(shù)據(jù)庫，較原access數(shù)據(jù)庫更加強大，在客戶端應(yīng)用更便捷，維護更加方便。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不通時暫停上傳，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)正常時自動上傳，數(shù)據(jù)庫可根據(jù)設(shè)置的時間進行自動備份、數(shù)據(jù)初始化，還具有日志管理功能等。

2.3.2 電氣控制功能

電氣控制功能包括紅綠燈控制和大屏幕顯示。紅綠燈控制是通過稱重工控機的RS-232接口與機柜中的PLC通訊，PLC控制紅綠燈。大屏幕顯示是通過稱重工控機的RS-232接口與大屏幕控制器連接，控制大屏幕的顯示。

2.3.3 查詢統(tǒng)計功能

遠程服務(wù)器上安裝了排巖查詢統(tǒng)計軟件，相關(guān)人員可通過內(nèi)部網(wǎng)了解稱重過磅時的信息，并可實時看到每輛車的稱重數(shù)據(jù)，查詢車號，班別，日、周、月、季和年運量信息，實現(xiàn)車、班和日統(tǒng)計。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

當(dāng)裝載礦石的礦用汽車行駛到碎石廠附近，看到動態(tài)稱重區(qū)為綠燈時，進入稱重區(qū)，沿著稱重臺的方向以5 km/h行駛，當(dāng)經(jīng)過紅綠燈處(紅綠燈上方設(shè)有射頻裝置天線)時，礦用汽車輪軸動態(tài)稱重工控機通過讀寫器自動識別車號，當(dāng)?shù)V用汽車完全離開稱重臺后，LED大屏幕上顯示稱重的車號和重量，同時動態(tài)稱重工控機把計量時間、車號、重量信息記錄下來，存在本地數(shù)據(jù)庫以備查詢和處理，再將相應(yīng)信息傳遞到上級服務(wù)器中。稱重過程見圖5。

圖5 稱重過程

4 應(yīng)用效果

系統(tǒng)經(jīng)過一年多實際運行,平穩(wěn)可靠，計量準確，維護簡單，減員調(diào)崗8人，滿足生產(chǎn)實際需要。

由于汽車衡稱重準確，加大了考核力度，電鏟司機和大車司機提高了責(zé)任心，避免了裝不滿車、空跑的現(xiàn)象，設(shè)備效率隨之大幅度提高，同時虧噸現(xiàn)象徹底杜絕，汽運的生產(chǎn)成本沒有發(fā)生太多變化，排巖量卻比以往每月提高10萬多t，按照汽運的完全成本3元/(t·km)，運距2.5 km，每月創(chuàng)效75萬元，年效益為900萬元，經(jīng)濟效益極其顯著。

5 結(jié) 語

通過成功開發(fā)動態(tài)礦用汽車稱重系統(tǒng)，實現(xiàn)了全天候無人值守、車號自動識別、動態(tài)稱重計量、本地顯示信息和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)等功能，為企業(yè)打造出全新的生產(chǎn)計量操作和管理模式，對提高車輛運行監(jiān)控、運輸調(diào)度、加強司機考核等具有重要意義。該系統(tǒng)在東鞍山鐵礦實際運行穩(wěn)定，在降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)經(jīng)濟效益，提升管理水平方面起到了重要作用。該系統(tǒng)整體技術(shù)達到了國際先進水平，在分體輪側(cè)技術(shù)方面達到國際領(lǐng)先水平，具有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 李振源,施燕華,貝夢琦,等．基于物聯(lián)網(wǎng)的倉庫管理系統(tǒng)的初步研究[J]．中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(22):227.

[2] 夏永平．基于現(xiàn)場總線的車輛智能稱重控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].沈陽:東北大學(xué)，2008.

2015-07-09)

王 勐(1984—)，男，工程師,140000 遼寧省鞍山市。