復(fù)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在聚脂包裝中的應(yīng)用

霍再雄

(中石化儀征化纖有限責(zé)任公司，江蘇 揚(yáng)州211400)

聚酯行業(yè)噸袋包裝系統(tǒng)[1]至今還未實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化作業(yè)，包裝好的產(chǎn)品需要按照一定比例人工復(fù)稱抽檢以檢驗(yàn)其包裝質(zhì)量是否合格。復(fù)稱數(shù)據(jù)由操作人員現(xiàn)場手工記錄，一段時(shí)間后再手工錄入電腦保存，存在操作繁瑣、準(zhǔn)確性差、中心控制室無法實(shí)時(shí)監(jiān)控包裝質(zhì)量等問題。

中石化儀征化纖有限責(zé)任公司復(fù)稱設(shè)備通過配置4～20 mA[2]輸出卡或RS-485輸出卡可以將稱重信號實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳，但4～20 mA信號在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)精度較差[3]，故最終采用配置RS-485輸出卡的辦法。數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳后，只需在遠(yuǎn)端識別處理，數(shù)據(jù)便可采集到復(fù)稱數(shù)據(jù)。

1 復(fù)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)

復(fù)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將復(fù)稱數(shù)據(jù)經(jīng)COM2組件由RS-232協(xié)議格式轉(zhuǎn)換為RS-485協(xié)議格式傳輸?shù)街行目刂剖遥?jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊ADAM4520轉(zhuǎn)換為RS-232協(xié)議格式進(jìn)入數(shù)據(jù)采集機(jī)，再經(jīng)過應(yīng)用程序識別、處理后送至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，復(fù)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 復(fù)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)架構(gòu)示意

數(shù)據(jù)庫服務(wù)器同時(shí)提供Web服務(wù)[4]，局域網(wǎng)[5]中的用戶通過Web瀏覽器訪問服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對復(fù)稱數(shù)據(jù)的查看、統(tǒng)計(jì)、分析和管理。該公司共8條包裝線，其中6條包裝線每條配置1臺復(fù)秤，即圖1中1～6號復(fù)秤，其余2條包裝線共用1臺復(fù)秤，即圖1中7號復(fù)秤。公司內(nèi)部6臺復(fù)秤共用1臺數(shù)據(jù)采集機(jī)，7號復(fù)秤位于分部，距離較遠(yuǎn)，單獨(dú)設(shè)置數(shù)據(jù)采集機(jī)，利用公司局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集機(jī)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的連接。

2 復(fù)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件構(gòu)成

2.1 復(fù) 秤

復(fù)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)全部復(fù)秤設(shè)備基本配置中均帶RS-232接口，由于RS-232接口傳輸距離不能超過15 m[6]，而現(xiàn)場離數(shù)據(jù)采集機(jī)較遠(yuǎn)，通過COM2組件可以將RS-232接口轉(zhuǎn)為RS-485接口，從而實(shí)現(xiàn)了信號的遠(yuǎn)距離傳輸。

為了能正常采集數(shù)據(jù)，需要將稱重控制器做如下設(shè)置：

1) 菜單F4.2.2“COM2 Assignment”設(shè)為“1”，即COM2端口輸出方式設(shè)置為連續(xù)輸出。

2) 菜單F4.3.2.1“COM2 Baud Rate”設(shè)為“5”，即COM2端口通信傳輸速率設(shè)置為9 600 bit/s。

3) 菜單F4.3.2.4“COM2 Interface”設(shè)為“1”，即COM2端口通信類型設(shè)置為RS-485接口。

2.2 通信轉(zhuǎn)換模塊

數(shù)據(jù)采集機(jī)不能直接接收RS-485協(xié)議格式的數(shù)據(jù)，因此必須在主機(jī)端通過ADAM4520將RS-485數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為RS-232數(shù)據(jù)，該模塊不需任何軟件驅(qū)動(dòng)，硬件配置正確即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能，使用10～30 V直流電源供電。信號端具有直流3 kV隔離保護(hù)，能有效防止模塊在受到高壓沖擊時(shí)損壞。該模塊數(shù)據(jù)傳輸速率出廠默認(rèn)值為9 600 bit/s，與稱重控制器一致。

每路數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)配置1個(gè)通信轉(zhuǎn)換模塊，該項(xiàng)目本部配置了6個(gè)通信轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)采集機(jī)需處理6路RS-232信號，為此配置了2塊RS-232 PCI通信卡，每塊通信卡提供4個(gè)可選電涌保護(hù)RS-232/422/485端口，帶有直流2 500 V的光隔離保護(hù)[7]功能，能保護(hù)PC和設(shè)備，防止環(huán)境中的干擾信號沖擊損害。

2.3 數(shù)據(jù)采集機(jī)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

為節(jié)省成本，2臺數(shù)據(jù)采集機(jī)分別設(shè)在兩間中心控制室，利用原有的辦公電腦，安裝了RS-232PCI通信卡，通信轉(zhuǎn)換模塊就近安裝于數(shù)據(jù)采集機(jī)的操作臺內(nèi)。

專用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器設(shè)在下屬某分公司，用于接收數(shù)據(jù)，并提供Web服務(wù)，數(shù)據(jù)庫軟件采用SQL Server 2008[8]。

2.4 網(wǎng) 絡(luò)

稱重控制器和數(shù)據(jù)采集機(jī)之間用RS-485專用電纜連接，數(shù)據(jù)采集機(jī)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸依托該公司現(xiàn)有的以太網(wǎng)，不需架設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)。

3 復(fù)稱數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件

3.1 算 法

以現(xiàn)場復(fù)稱1袋切片為例： 開始時(shí)，秤上質(zhì)量為0，程序讀取稱重控制器發(fā)送過來的質(zhì)量值并將其顯示在軟件界面上。采集到的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)且秤處于穩(wěn)態(tài)，程序?qū)①|(zhì)量值賦值給臨時(shí)存儲變量。因秤上質(zhì)量為0，即質(zhì)量值臨時(shí)存儲變量為0，因此將寫入數(shù)據(jù)庫使能位置1，為下一次采集做準(zhǔn)備，如此循環(huán)直到秤上質(zhì)量不為0。當(dāng)袋裝切片放在秤上，質(zhì)量穩(wěn)定時(shí)，質(zhì)量值臨時(shí)存儲變量不為0，程序開始判斷質(zhì)量是否有效進(jìn)而決定是否寫入數(shù)據(jù)庫： 先判斷上一次采集到的質(zhì)量值是否為0，因復(fù)稱過程開始時(shí)質(zhì)量值總為0，所以將當(dāng)前質(zhì)量值賦值給上一次采集到的質(zhì)量值存儲變量。當(dāng)程序再次采集到一個(gè)數(shù)據(jù)后上一次質(zhì)量值存儲變量不再為0，將新采集到的數(shù)據(jù)賦值給當(dāng)前質(zhì)量值存儲變量。如此數(shù)據(jù)在有效范圍內(nèi)(如1 000～1 150 kg)，并與前一次的數(shù)據(jù)相比差值在允許范圍內(nèi)，如不大于0.2 kg，則計(jì)1次比對成功。如此循環(huán)，如果后續(xù)采集到的50個(gè)數(shù)據(jù)均比對成功，則將第49個(gè)數(shù)據(jù)作為復(fù)稱質(zhì)量值寫入數(shù)據(jù)庫，將寫入數(shù)據(jù)庫使能位置0,計(jì)數(shù)器和前一次質(zhì)量值臨時(shí)存儲變量置0，完成一次復(fù)稱記錄，復(fù)稱程序流程如圖2所示。

復(fù)稱過程中如果相鄰兩次采集到的質(zhì)量值差值超出允許范圍而比對成功次數(shù)沒有達(dá)到50，則該輪判斷結(jié)束，程序從該數(shù)據(jù)開始再往后取數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，以此類推。如果袋裝切片長時(shí)間放在秤上，因數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫后使能位置0，所以不會(huì)繼續(xù)往數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)。因程序中有質(zhì)量有效區(qū)間判斷，所以明顯非正常的質(zhì)量，如人站在秤上，該系統(tǒng)不會(huì)記錄。

圖2 復(fù)稱程序流程示意

該系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)之初考慮整個(gè)復(fù)稱過程從電子秤顯示的質(zhì)量來看，是一個(gè)由零增大到最大值，再減到零的過程。該設(shè)想取最大值作為最終復(fù)稱數(shù)據(jù)，干擾太多，要排除干擾，需要進(jìn)行大量試驗(yàn)，算法調(diào)試工作量極大，而且容易出現(xiàn)假數(shù)據(jù)。如前文所述，將算法進(jìn)行了簡化，實(shí)際應(yīng)用證明，改進(jìn)后的算法效果良好，出現(xiàn)無效數(shù)據(jù)的概率很小。

在包裝現(xiàn)場，袋裝切片是通過行吊吊至電子秤上的，因操作人員熟練程度等原因有時(shí)并不能一次性將其比較平穩(wěn)地放在秤臺的中央，這時(shí)就需要將袋子吊起重放，而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)按2次復(fù)稱過程進(jìn)行計(jì)數(shù)，但實(shí)際上是同一次。因該過程一般時(shí)間較短，而正常2次復(fù)稱過程時(shí)間間隔較長，因此系統(tǒng)采用了設(shè)置延時(shí)的辦法來判斷。系統(tǒng)40 s內(nèi)如采集到2次或多次復(fù)稱數(shù)據(jù)，則最近一次的數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。

3.2 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫用于存放復(fù)稱數(shù)據(jù)，以便用于Web發(fā)布，另外網(wǎng)頁因涉及用戶權(quán)限的管理，因此對用戶也建立了一張表。復(fù)稱數(shù)據(jù)庫見表1所列。

表1 復(fù)稱數(shù)據(jù)庫

3.3 系統(tǒng)設(shè)置

而數(shù)據(jù)采集機(jī)利用現(xiàn)有的辦公電腦，使用頻繁，有時(shí)還需要重啟。為保證復(fù)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，必須實(shí)現(xiàn)程序在后臺不間斷的運(yùn)行而且不能耗費(fèi)太多系統(tǒng)資源。上述算法基于C#，程序編譯后生成的應(yīng)用程序可脫離C#開發(fā)環(huán)境獨(dú)立運(yùn)行，耗用資源很少，因而只要保證該程序不間斷運(yùn)行就可以保證數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，通過修改注冊表可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用程序隨系統(tǒng)開機(jī)啟動(dòng)，另通過在系統(tǒng)盤用戶文件夾下建立配置文件ScaleConfigue.xml，可以配置各個(gè)端口對應(yīng)的包裝線。

系統(tǒng)投運(yùn)初期，安裝于上位機(jī)上的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集應(yīng)用程序頻繁自動(dòng)退出。為了解決該問題，另外設(shè)計(jì)了一個(gè)檢測進(jìn)程，每60 s檢測一次數(shù)據(jù)采集進(jìn)程reweight.exe，檢測到系統(tǒng)中無該進(jìn)程則強(qiáng)制啟動(dòng)該進(jìn)程，問題得到了一定的改善，但并沒有從根本上解決?？紤]到數(shù)據(jù)庫只設(shè)有1張表，各生產(chǎn)線的稱重控制器同時(shí)向表中發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量大造成程序自動(dòng)退出，改造時(shí)增加了表的數(shù)量，即每臺秤對應(yīng)1張表后問題得以解決。

在網(wǎng)頁設(shè)計(jì)[9]方面，系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)查詢、導(dǎo)出功能，并能繪制折線圖進(jìn)行比較。設(shè)計(jì)了復(fù)稱質(zhì)量超限(如超出1 052.4～1 054.4 kg)或間隔時(shí)間過短時(shí)，短于1 min，標(biāo)記紅色，以提醒查看者可能出現(xiàn)了不正常的復(fù)稱情況。

4 結(jié)束語

該系統(tǒng)投運(yùn)以來運(yùn)行平穩(wěn)，數(shù)據(jù)有效性達(dá)到99%以上，網(wǎng)頁設(shè)計(jì)簡潔高效，復(fù)稱數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)現(xiàn)已在該項(xiàng)目所在公司內(nèi)部推廣使用。該系統(tǒng)實(shí)施后一定程度上降低了現(xiàn)場操作人員的工作強(qiáng)度，復(fù)稱數(shù)據(jù)記錄更加準(zhǔn)確，也方便了管理人員對復(fù)稱數(shù)據(jù)的查看、統(tǒng)計(jì)、分析和管理，實(shí)現(xiàn)了中心控制室對包裝質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于現(xiàn)場使用行吊人工復(fù)稱速度較慢，限制了抽檢率的提高，后期考慮配置輥道稱代替電子平臺秤，預(yù)計(jì)使抽檢率能達(dá)到100%，可有效提高包裝質(zhì)量。