文章闡述了無(wú)人值守汽車(chē)衡系統(tǒng)在生物質(zhì)電廠原料運(yùn)送系統(tǒng)中的工作原理及過(guò)程，并著重從硬件和軟件的構(gòu)成方面介紹無(wú)人值守汽車(chē)衡的特點(diǎn)，同時(shí)表明它在生物質(zhì)發(fā)電原料輸送過(guò)程中起到的作用。最后提出該系統(tǒng)最新技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展的展望。

隨著全球工業(yè)化的迅速推進(jìn)，一次性能源 ( 如煤炭、石油、天然氣等) 的消耗量不斷增加，終有枯竭的一天。為了自身的生存和發(fā)展，人們不斷地在尋找新的能源以減少或替代一次性能源。因此在 20 世紀(jì)70 年代，自世界石油危機(jī)爆發(fā)后，歐美等國(guó)開(kāi)始積極開(kāi)發(fā)清潔的可再生能源，大力推行農(nóng)林業(yè)剩余物等生物質(zhì)發(fā)電。期間，丹麥的 BWE 公司率先研究開(kāi)發(fā)了生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)，被聯(lián)合國(guó)列為重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。目前，中國(guó)能源、電力供求趨緊，生物質(zhì)能優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢(shì)在必行。大規(guī)模發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電的同時(shí)，對(duì)生物質(zhì)發(fā)電的生產(chǎn)工藝中各環(huán)節(jié)的要求也越來(lái)越高，其中生物質(zhì)原料運(yùn)送系統(tǒng)是生產(chǎn)工藝的第一步，也是生產(chǎn)過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵點(diǎn)。在此環(huán)節(jié)中，原料的計(jì)量統(tǒng)計(jì)是靠汽車(chē)衡以及配套的管理軟件完成的。汽車(chē)衡也被稱為地磅，通常被用來(lái)稱卡車(chē)、灌裝車(chē)等的載貨重量。對(duì)于整個(gè)計(jì)量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，稱量準(zhǔn)確度以及統(tǒng)計(jì)時(shí)的自動(dòng)化程度是兩個(gè)至關(guān)重要的因素。現(xiàn)在，無(wú)人值守汽車(chē)衡就是從上述兩點(diǎn)對(duì)一般汽車(chē)衡進(jìn)行優(yōu)化的新型稱量技術(shù)。目前無(wú)人值守汽車(chē)衡系統(tǒng)在生物質(zhì)電廠中廣泛應(yīng)用，完善了生物質(zhì)發(fā)電廠原料運(yùn)送環(huán)節(jié)的計(jì)量統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)。

 1.系統(tǒng)構(gòu)成

無(wú)人值守汽車(chē)衡是由 2 套數(shù)字式汽車(chē)衡、2 套 IC自動(dòng)識(shí)別部分 ( 包含讀卡器和 IC 卡) 、2 套視頻監(jiān)控部分 ( 包含攝像機(jī)及視頻采集卡等) 、2 套紅外檢測(cè)部分、2 套信號(hào)燈、2 套道閘控制部分 ( 包含道閘機(jī)和地感線圈) 、1 套電腦控制部分 ( 以及工控機(jī)和顯示器等)以及 1 套管理軟件 ( 包含稱重管理軟件、IC卡采集軟件、圖像抓拍軟件、防作弊軟件和道閘控制軟件間) 組成的一機(jī)雙秤系統(tǒng)，即 1 套電腦控制系統(tǒng)及稱重管理軟件對(duì) 2 套稱重系統(tǒng)進(jìn)行控制管理。其中控制電腦放置在 2 套稱重系統(tǒng)之間的磅房中，操作人員在磅房中進(jìn)行控制管理。具體系統(tǒng)構(gòu)成詳見(jiàn)圖 1。

2.系統(tǒng)工藝流程

在收發(fā)卡結(jié)算中心、磅房各設(shè)一臺(tái) IC 卡讀寫(xiě)卡器，用于給每輛車(chē)的發(fā)卡、收卡以及刷卡稱重，每套系統(tǒng)配備四套紅外光閘檢測(cè)器、兩臺(tái)信號(hào)燈、四臺(tái)攝像機(jī)、兩臺(tái)道閘機(jī)以及兩只地感線圈。車(chē)輛上秤進(jìn)行稱重之前，紅綠燈①為綠色，道閘欄桿機(jī)①為關(guān)閉狀態(tài); 車(chē)輛從 A 方向開(kāi)始上秤，當(dāng)紅外光閘檢測(cè)器①檢測(cè)到車(chē)輛時(shí)，且重量大于系統(tǒng)設(shè)定的最低值時(shí)，紅綠燈①為紅色; 車(chē)輛停穩(wěn)后，若紅外光閘檢測(cè)器檢測(cè)到車(chē)輛未能完全上秤，不允許稱重; 當(dāng)紅外光閘檢測(cè)器①②檢測(cè)不到車(chē)輛時(shí)，工作人員可通過(guò)水分儀測(cè)取物料水分傳給計(jì)算機(jī)，司機(jī)下車(chē)刷卡稱量毛重; 如果車(chē)輛一切正常，此時(shí)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)根據(jù) IC 卡讀出該車(chē)的車(chē)號(hào)、皮重以及相關(guān)的其他信息 ( 如: 發(fā)貨單位、收貨單位、材料來(lái)源、司機(jī)姓名等) ; 攝像機(jī)①②同時(shí)抓拍兩組瞬間圖片 ( 車(chē)頭、車(chē)尾) 和重量信息一起保存; 系統(tǒng)將稱重結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)中; 道閘機(jī)①打開(kāi)，稱重完畢，車(chē)輛可以離開(kāi)秤臺(tái); 地感線圈①感應(yīng)到車(chē)輛下磅后，道閘機(jī)①落下，紅綠燈①顯示為綠色; 毛重稱量完畢的車(chē)輛將運(yùn)送的原料卸完后，緊接著從 B 方向上秤，當(dāng)紅綠燈②為綠色時(shí)，可將車(chē)輛駛上秤臺(tái)，當(dāng)紅外光閘檢測(cè)器③檢測(cè)到車(chē)輛時(shí)，且重量大于系統(tǒng)設(shè)定的最低值時(shí)，紅綠燈②為紅色;  車(chē)輛停穩(wěn)后，若紅外光閘檢測(cè)器檢測(cè)到車(chē)輛未能完全上秤，不允許稱重;  當(dāng)紅外光閘檢測(cè)器 ③④檢測(cè)不到車(chē)輛時(shí);  司機(jī)下車(chē)刷卡稱量皮重;  如果車(chē)輛一切正常，此時(shí)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)根據(jù) IC 卡讀出該車(chē)的車(chē)號(hào)、皮重以及相關(guān)的其他信息 ( 如:  發(fā)貨單位、收貨單位、材料來(lái)源、司機(jī)姓名等) ;  攝像機(jī)③④同時(shí)抓拍兩組瞬間圖片 ( 車(chē)頭、車(chē)尾)  和重量信息一起保存;  系統(tǒng)將稱重結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)中;  道閘機(jī)②打開(kāi)，稱重完畢，車(chē)輛可以離開(kāi)秤臺(tái);  地感線圈②感應(yīng)到車(chē)輛下磅后，道閘機(jī)②落下;  收發(fā)卡結(jié)算中心收卡，并打印磅單。具體流程請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)圖 2。

3 .系統(tǒng)特點(diǎn)

( 1)  數(shù)字式傳感器，抗干擾性強(qiáng)，傳輸距離長(zhǎng)相比模擬傳感器，數(shù)字式傳感器具有高抗干擾能力和高信噪比，減小稱量信號(hào)的損耗，提高計(jì)量準(zhǔn)確度。。CPU 將處理完成的數(shù)據(jù)通過(guò) RS485 接口輸出，RS485 信號(hào)能實(shí)現(xiàn)工業(yè)級(jí)通訊，最遠(yuǎn)距離可達(dá)1. 2km，又可在惡劣的電磁干擾環(huán)境下可靠工作，解決了模擬傳感器傳輸距離短和對(duì)環(huán)境要求高的弱點(diǎn)。

( 2)  無(wú)線傳輸，降低成本，方便設(shè)備移動(dòng)

之前的汽車(chē)衡在秤體與稱量?jī)x表之間通常使用硬接線連接。而本設(shè)備則采用無(wú)線傳輸技術(shù)。在數(shù)字式稱重傳感器 RS485 信號(hào)輸出接口端和儀表計(jì)量信號(hào)輸入端分別添加無(wú)線模塊，通過(guò)無(wú)線通訊技術(shù)將兩者相聯(lián)。微功率發(fā)射，載波頻率為 433MHz /470MHz，基于GFSK /FSK 的調(diào)制方式，采用高效前向糾錯(cuò)信道編碼技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)抗突發(fā)干擾和隨機(jī)干擾的能力。

( 3)  實(shí)現(xiàn)車(chē)輛自動(dòng)稱量，達(dá)到無(wú)人值守效果

之前的汽車(chē)衡僅僅是作為一個(gè)單一計(jì)量設(shè)備。需完成整個(gè)原料計(jì)量統(tǒng)計(jì)工作，仍需要依靠許多人為操作步驟。例如需要操作人員查看車(chē)輛是否完全上秤等。而現(xiàn)在無(wú)人值守汽車(chē)衡除了包含汽車(chē)衡作為計(jì)量設(shè)備外，還配套了 IC 自動(dòng)識(shí)別、視頻監(jiān)控、紅外檢測(cè)、信號(hào)燈、道閘控制、電腦控制等周邊設(shè)備，再配合其管理軟件，省去了原計(jì)量統(tǒng)計(jì)時(shí)的大量人為工作，如檢測(cè)車(chē)輛是否上秤可以通過(guò)紅外檢測(cè)部分來(lái)自動(dòng)完成，無(wú)需操作人員查看;  視頻監(jiān)控部分可以自動(dòng)抓拍稱量車(chē)輛牌照號(hào)，省去人工記錄工作;  道閘控制系統(tǒng)可以自動(dòng)判別車(chē)輛是否下秤，同時(shí)和信號(hào)燈配合可以控制車(chē)輛上秤時(shí)間;  IC 自動(dòng)識(shí)別和電腦控制再配合管理軟件可以自動(dòng)完成計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作。上述一系列周邊設(shè)備再配上主計(jì)量設(shè)備，使計(jì)量統(tǒng)計(jì)基本自動(dòng)化進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守的效果。大量的自動(dòng)化程度，省去了許多人工和人為誤差。提高了計(jì)量統(tǒng)計(jì)的精度和工作效率。

 ( 4) 軟硬件配合，完成自動(dòng)防作弊工作目前原料入庫(kù)計(jì)量方面的作弊方法有如下幾點(diǎn):

① 更換牌照: 秤完毛重后，更換牌照，再次稱量毛重，然后再卸貨，計(jì)量皮重后，同樣換回第一次計(jì)量毛重時(shí)的牌照，再次計(jì)量皮重;

② 中途出廠: 秤完毛重后，不卸貨而是出廠將原料出售后，再進(jìn)廠去計(jì)量皮重;

③ 增加配重: 在稱量毛重時(shí)，在車(chē)底部或車(chē)廂里添加重物，計(jì)量完畢后，在卸貨之前，先將重物丟棄后，再去稱量皮重;

④ 壓秤邊; 在計(jì)量皮重時(shí)，司機(jī)有意不將車(chē)輛完全開(kāi)上汽車(chē)衡，再后面留一點(diǎn)空間不上秤臺(tái);無(wú)人值守汽車(chē)衡通過(guò)硬件與軟件的配合，針對(duì)上述內(nèi)容特別加入了防作弊部分:

① 加入視頻監(jiān)控部分，車(chē)輛前后兩頭攝像頭抓拍計(jì)量車(chē)輛的車(chē)牌號(hào)，同時(shí)將抓拍信息上傳到管理軟件做記錄。另外，將 IC 卡作為載體，傳輸車(chē)輛信息。再通過(guò) IC 識(shí)別部分，感應(yīng) IC 卡，調(diào)取車(chē)輛信息。攝像頭抓拍信息與記錄車(chē)輛信息對(duì)比。確保車(chē)輛信息統(tǒng)一，杜絕更換牌照。

② 通過(guò)視頻監(jiān)控部分，抓拍并記錄車(chē)輛信息和計(jì)量動(dòng)作。杜絕車(chē)輛中途離廠。同時(shí)信息皆存于數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便監(jiān)查人員核實(shí)，禁止磅房操作人員與稱重司機(jī)串通，大車(chē)過(guò)毛，小車(chē)回皮。

③ 皮重自動(dòng)記錄。當(dāng)計(jì)量車(chē)輛信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中有記錄時(shí)，若計(jì)量車(chē)輛的記錄皮重與第二次來(lái)廠計(jì)量的皮重?cái)?shù)據(jù)有超差時(shí) ( 一般超差可以通過(guò)管理軟件進(jìn)行設(shè)置和修改) ，系統(tǒng)將會(huì)報(bào)警，同時(shí)不允許計(jì)量。杜絕司機(jī)在車(chē)輛皮重方面進(jìn)行作弊。

④ 紅外檢測(cè)部分，檢查車(chē)輛是否完全上秤臺(tái)。若沒(méi)有達(dá)到計(jì)量允許位置，將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)不允許進(jìn)行計(jì)量。防止司機(jī)在計(jì)量時(shí)進(jìn)行作弊。 ( 5) 方便、安全的數(shù)據(jù)查詢功能

無(wú)人值守汽車(chē)衡稱重管理軟件數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)可通過(guò)局域網(wǎng)或廣域網(wǎng) WEB 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，辦公室查詢端和結(jié)算中心在安裝查詢軟件后給與權(quán)限后能夠查詢下載稱重記錄等數(shù)據(jù)，方便企業(yè)管理人員查詢、匯總。其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D請(qǐng)?jiān)斠?jiàn)圖 3。

4.結(jié)論與展望

從技術(shù)層面上說(shuō)，無(wú)人值守汽車(chē)衡稱重系統(tǒng)還應(yīng)在以下幾方面進(jìn)一步完善:

( 1) 雙機(jī)冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)

符合系統(tǒng) “功能安全”要求的新一代無(wú)人值守汽車(chē)衡系統(tǒng)要求所有汽車(chē)衡的稱重系統(tǒng)接入工業(yè)以太網(wǎng)時(shí)由系統(tǒng)中的一臺(tái)稱重計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理，另一臺(tái)稱重計(jì)算機(jī)與其同時(shí)在線工作，構(gòu)成雙機(jī)冗余方案。雙機(jī)冗余系統(tǒng)的兩臺(tái)稱重計(jì)算機(jī)需通過(guò)局域網(wǎng)連接到數(shù)據(jù)服務(wù)器，由服務(wù)器保存最終稱重?cái)?shù)據(jù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)實(shí)時(shí)上傳至信息管理中心和數(shù)據(jù)庫(kù)，以及提供遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)查詢功能 。

( 2) 雙網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

 新一代的無(wú)人值守汽車(chē)衡系統(tǒng)服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)連接方式采用雙網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì): 在平時(shí)使用時(shí)，服務(wù)器通過(guò)GPRS 接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)有故障或者其他因素引起網(wǎng)絡(luò)受阻，服務(wù)器又可自動(dòng)通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)以保證網(wǎng)絡(luò)暢通 。

( 3) 無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用的最新發(fā)展目前我國(guó)衡器行業(yè)所采用的無(wú)線通信技術(shù)較為普遍的是適用于 433MHz 的 RF 無(wú)線傳輸、適用于 2. 4G頻段的 Zigbee 無(wú)線傳輸，或者進(jìn)一步采用 GSM /GPRS高速、高效無(wú)線傳送系統(tǒng)。上述大部分的無(wú)線傳輸往往局限于儀表與儀表、儀表與大屏幕、儀表與秤臺(tái)之間的稱重?cái)?shù)據(jù)或信息的傳送。目前一種基于無(wú)線寬帶視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也開(kāi)始涉及到工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行列。從僅僅 “無(wú)線稱重?cái)?shù)據(jù)或信息傳送”發(fā)展到 “無(wú)線稱重或信息數(shù)據(jù) + 視頻圖像傳送”是新一代無(wú)人值守汽車(chē)衡系統(tǒng)的發(fā)展方向。

( 4) 低功耗稱重傳感器的研發(fā)目前雖然無(wú)線數(shù)據(jù)傳送可以應(yīng)用于無(wú)人值守汽車(chē)衡系統(tǒng)，但是從高效節(jié)能、先進(jìn)環(huán)保和資源循環(huán)利用的需求出發(fā)，超大阻抗、超低功耗的稱重傳感器的研發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)稱重傳感器供電與儀表供電脫離。在汽車(chē)衡現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需交流電源及交流電源的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)線。

新一代的無(wú)人值守汽車(chē)衡系統(tǒng)當(dāng)然還應(yīng)與企業(yè)ERP 系統(tǒng)的無(wú)縫連接，達(dá)到無(wú)人值守自動(dòng)化與管理的現(xiàn)代化的目的。