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无人值守汽车衡称重系统在生物质电厂中的最新应用
作者:管理员    发布于:2016-05-13 12:02:05    文字:【】【】【
本文阐述了无人值守汽车衡系统在生物质电厂原料运送系统中的工作原理及过程,并着重从硬件和软件的构成方面介绍无人值守汽车衡的特点,同时表明它在生物质发电原料输送过程中起到的作用。最后提出该系统最新技术应用与发展的展望。
  关键词:生物质发电、汽车衡 、数字式传感器、无线通信技术
  一、引言
  随着全球工业化的迅速推进,一次性能源(如煤炭、石油、天然气等)的消耗量不断增加,终有枯竭的一天。为了自身的生存和发展,人们不断地在寻找新的能源以减少或替代一次性能源。因此在20世纪70年代,自世界石油危机爆发后,欧美等国开始积极开发清洁的可再生能源,大力推行农林业剩余物等生物质发电。期间,丹麦的BWE公司率先研究开发了生物质直接燃烧发电技术 ,被联合国列为重点推广项目[1]。所谓生物质直接燃烧发电,就是利用秸秆、稻草、蔗渣、木糠等植物燃料直接燃烧,燃烧产生的热量使水蒸汽带动汽轮机发电。由于生物质能源热值含量高、易获得、清洁等优势,生物质发电近年来不断发展,成为一项利用可再生能源的新技术,被越来越多的国家广泛利用。目前,中国能源、电力供求趋紧,传统的能源利用方式已经难以满足农村现代化需求,生物质能优质化转换利用势在必行[1]。大规模发展生物质发电的同时,对生物质发电的生产工艺中各环节的要求也越来越高,各环节中的关键点的研究也越来越重视。其中生物质原料运送系统是生产工艺的第一步,也是生产过程中的一项关键点。在此环节中,原料的计量统计是靠汽车衡以及配套的管理软件完成的。汽车衡也被称为地磅,通常被用来称卡车、灌装车等的载货重量。对于整个计量统计系统来说,称量准确度以及统计时的自动化程度是两个至关重要的因素。现在,无人值守汽车衡就是从上述两点因素上对一般汽车衡进行优化的新型称量技术。目前无人值守汽车衡系统在生物质电厂中广泛应用,完善了生物质发电厂中原料运送环节中的计量统计系统。
  二、系统构成
  无人值守汽车衡是由2 套数字式汽车衡、2套IC自动识别部分(包含读卡器和IC卡)、2套视频监控部分(包含摄像机及视频采集卡等)、2套红外检测部分、2套信号灯、2套道闸控制部分(包含道闸机和地感线圈)、1套电脑控制部分(以及工控机和显示器等)以及1套管理软件(包含称重管理软件、IC卡采集软件、图像抓拍软件、防作弊软件和道闸控制软件间)组成的一机双秤系统,即1套电脑控制系统及称重管理软件对2套称重系统进行控制管理。其中控制电脑放置在2套称重系统之间的磅房中,操作人员在磅房中进行控制管理。具体系统构成请详见附图2.1
  图2.1 系统构成示意图
  三、系统工艺流程
  在收发卡结算中心、磅房各设一台IC卡读写卡器,用于给每辆车的发卡、收卡以及刷卡称重,每套系统配备四套红外光闸检测器、两台信号灯、四台摄像机、两台道闸机以及两只地感线圈。车辆上秤进行称重之前,红绿灯①为绿色,道闸栏杆机①为关闭状态;车辆从A方向开始上秤,当红外光闸检测器①检测到车辆时,且重量大于系统设定的最低值时,红绿灯①为红色;车辆停稳后,若红外光闸检测器检测到车辆未能完全上秤,不允许称重;当红外光闸检测器①②检测不到车辆时;工作人员可通过水分仪测取物料水分传给计算机;司机下车刷卡称量毛重;如果车辆一切正常,此时计算机管理系统根据IC卡读出该车的车号、皮重以及相关的其他信息(如:发货单位、收货单位、材料来源、司机姓名等等);摄像机①②同时抓拍两组瞬间图片(车头、车尾)和重量信息一起保存;系统将称重结果存入数据库中;道闸机①打开,称重完毕,车辆可以离开秤台;地感线圈①感应到车辆下磅后,道闸机①落下,红绿灯①显示为绿色;毛重称量完毕的车辆将运送的原料卸完后,紧接着从B方向上秤,当红绿灯②为绿色时,可将车辆驶上秤台,当红外光闸检测器③检测到车辆时,且重量大于系统设定的最低值时,红绿灯②为红色;车辆停稳后,若红外光闸检测器检测到车辆未能完全上秤,不允许称重;当红外光闸检测器③④检测不到车辆时;司机下车刷卡称重皮重;如果车辆一切正常,此时计算机管理系统根据IC卡读出该车的车号、皮重以及相关的其他信息(如:发货单位、收货单位、材料来源、司机姓名等等);摄像机③④同时抓拍两组瞬间图片(车头、车尾)和重量信息一起保存;系统将称重结果存入数据库中;道闸机②打开,称重完毕,车辆可以离开秤台;地感线圈②感应到车辆下磅后,道闸机②落下;收发卡结算中心收卡,并打印磅单。具体流程请详见图3.1
  图3.1工艺流程图
  四、系统特点
  1) 数字式传感器,抗干扰性强,传输距离长
  以往的汽车衡一般选用模拟传感器进行重量的测量。而无人值守汽车衡是选用数字式传感器。数字式传感器是在模拟传感器的基础上内置了放大与A/D转换电路,通过数字补偿电路和工艺,进行线性、滞后、蠕变等补偿,内装的温度传感器,配合增加的补偿软件可进行实时温度补偿,地址可调,便于应用与互换,远程诊断与校正。除此之外,还配置了智能化自控软件,具有敏感功能,能够完成称重信号检测和处理、逻辑判断、闭环控制、双向通信、循环自检和自诊断、自动校正和补偿、自动计算等全部或大部分功能。传感器的毫伏信号从应变计到放大器前段只配置几毫米专用电缆,最大限度地保证导线不会引入误差和电磁信号干扰。而后,因为在A/D转换部分采用高精度24位A/D转换器,保证模拟段的信号几乎没有任何损耗和引入任何干扰,确保信号转换无误差。同时通过数字式传感器的核心处理器CPU对A/D转换器输出的数据由于各种环境参数变化而引起的弱小误差进行计算和修正。相比模拟传感器,数字式传感器具有高抗干扰能力和高信噪比,减小称量信号的损耗,提高计量准确度,提高传输速度[2]。最后,CPU将处理完成的数据通过RS485接口输出。RS485信号能实现工业级通讯,最远距离可达1.2km,又可在恶劣的电磁干扰背景环境下可靠工作,解决了模拟传感器传输距离短和对环境要求高的弱点。
  2) 无线传输,降低成本,方便设备移动
  之前的汽车衡在秤体与称量仪表之间通常使用硬接线连接。而本设备则采用新型的无线传输技术。在数字式称重传感器RS485信号输出接口端和仪表计量信号输入端分别添加无线模块,通过无线通讯技术将两者相联。无线通信技术已经成为当今社会不可缺少的信息交流技术手段,是当今发展最快的工程技术之一。其技术已日趋成熟,微功率发射,载波频率为433MHz/470MHz,基于GFSK/FSK的调制方式,采用高效前向纠错信道编码技术,提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力[3] 。通过调节传感器的通讯速率,同时配合两者之间的通信程序(添加信号校验部分,当接受信号不正确或没有接受到信号时,自动发送指令使传感器重新发送称重信号),降低了通信信号丢帧或通讯信号丢失,稳定性差的问题。而采用无线通信技术,可以节省秤体与仪表之间大量的布线布管成本,同时避免了因为布线布管遭虫鼠噬咬或自然劳损等原因形成的损坏而造成的信号断开以及之间接线不良造成的信号通讯故障,减少故障点,降低设备故障率。另外,因为秤体与仪表之间没有硬接线,故如要设备搬迁,也减少了大量的拆除布线布管和还原布线布管的劳动力成本。再者,当安装环境中存有不适合或不便布线布管的场合,也依旧可以安装设备,并一样可以正常使用设备。
  3) 周边配套设备,实现车辆自动称量,达到无人值守效果。
  之前的汽车衡仅仅是做为一个单一计量设备。需完成整个原料计量统计工作,仍需要依靠许多人为操作步骤。例如需要操作人员查看车辆是否完全上秤等。而现在无人值守汽车衡除了包含汽车衡作为计量设备外,还配套了IC自动识别、视频监控、红外检测、信号灯、道闸控制、电脑控制等周边设备,再配合其管理软件,则省去了原计量统计时的大量人为工作,如检测车辆是否上秤可以通过红外检测部分来来自动完成,无需操作人员自己查看;视频监控部分可以自动抓拍称量车辆牌照号,省去人工记录工作;道闸控制系统可以自动判别车辆是否下秤,同时和信号灯配合可以控制车辆上秤时间;IC自动识别和电脑控制再配合管理软件可以自动完成计量数据统计工作。上述一系列周边设备再配上主计量设备,使计量统计基本自动化进行,实现了无人值守的效果。大量的自动化程度,省去了许多人工和人为误差。提高了计量统计的精度和工作效率。
  4) 软硬件配合,完成自动防作弊工作
  目前原料入库计量方面的作弊方法有如下几点:
  a) 更换牌照:秤完毛重后,更换牌照,再次称量毛重,然后再卸货,计量皮重后,同样换回第一次计量毛重时的牌照,再次计量皮重;
  b) 中途出厂:秤完毛重后,不卸货而是出厂将原料出售后,再进厂去计量皮重;
  c) 增加配重:在称量毛重时,在车底部或车厢里添加重物,计量完毕后,在卸货之前,先将重物丢弃后,再去称量皮重;
  d) 压秤边;在计量皮重时,司机有意不将车辆完全开上汽车衡,再后面留一点空间不上秤台;
  无人值守汽车衡通过硬件与软件的配合,针对上述内容特别加入了防作弊部分:
  a) 加入视频监控部分,车辆前后两头摄像头抓拍计量车辆的车牌号,同时将抓拍信息上传到管理软件做记录。另外,将IC卡作为载体,传输车辆信息。再通过IC识别部分,感应IC卡,调取车辆信息。摄像头抓拍信息与记录车辆信息对比。确保车辆信息统一,杜绝更换牌照。
  b) 通过视频监控部分,抓拍并记录车辆信息和计量动作。杜绝车辆中途离厂。同时信息皆存于数据库中,方便监查人员核实,禁止磅房操作人员与称重司机串通,大车过毛,小车回皮。
  c) 皮重自动记录。当计量车辆信息在数据库中有记录时,若计量车辆的记录皮重与第二次来厂计量的皮重数据有超差时(一般超差可以通过管理软件进行设置和修改),系统将会报警,同时不允许计量。杜绝司机在车辆皮重方面进行作弊。
  d) 红外检测部分,检查车辆是否完全上秤台。若没有达到计量允许位置,将会自动报警,同时不允许进行计量。防止司机在计量时进行作弊。
  5) 方便、安全的数据查询功能
  无人值守汽车衡称重管理软件数据库中数据可通过局域网或广域网WEB进行数据传输,办公室查询端和结算中心在安装查询软件后给与权限后能够查询下载称重记录等数据,方便企业管理人员查询、汇总。其网络拓扑图请详见图4.5.1
  图4.5.1 网络拓扑图
  另外,软件还有如下特点
  ·软件可以由用户自已制作磅单及报表格式,也可以导出到EXCEL格式、文本格式、XML格式中由客户自由编辑;
  ·强大的查询功能;
  ① 按时间查询
  系统可以按年、月、日或不同的时间段来查询所有的称重数据。
  ② 按车号、货物名称等查询称重数据
  系统支持对各司磅点工作情况的查询。系统可以按不同车号、货物名称、发货单位或收货单位等来查询所有的称重数据,并生成各种报表。企业管理部门也可以通过局域网实时查询某天、某一时间段的,甚至某辆车的称重数据以及相关现场称重图片。
  ·数据安全,管理严密
  ·系统分三级操作权限,系统管理员、管理员及操作员。每个功能的权限灵活分配,可由系统管理员自行分配管理员及操作员的使用权限。
  6) 便捷的软件操作模式
  管理软件界面如图4.6.1,系统包括手动、自动的称重方式,可在系统出现故障的情况下进行切换。
  a) 自动称重方式:按系统工艺流程自动进行;
  b) 手动称重方式:控制外围设备的动作。且在手动称重的同时也必须可进行摄像抓拍。
  软件监控画面中显示车头车尾图像信息以及外围设备中的道闸,红外光闸等状态信息。
  图4.6.1 软件操作界面图
  五、结论与展望
  根据《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》的国家战略性新兴产业中高效节能、先进环保装备及信息通讯技术的要求,结合电力工业“智能电网”与降低单位GDP能源消耗的发展要求,无人值守汽车衡称重系统无疑顺应了高效节能、先进环保和资源循环利用的需求。无人值守汽车衡系统建立了智能化秤房,实现了生物质电厂原料输送系统中原料计量统计的自动化和网络化。同时,针对以往汽车衡中的部分缺点加以改进,添加如数字式传感器、无线通信等新技术,提高了计量精度,降低了设备的故障率。且在之前汽车衡单一设备的基础上,加上相关周边设备,形成一套完善的计量统计系统,加大了这一环节中的自动化程度。实现了“无人值守,无单据传递,无缺陷运行”的车辆流动管理体系。
  从物联网的大概念来看,无人值守汽车衡应该算是我国目前方兴未艾的物联网发展的一种较为
  典型的应用实例。目前在我国衡器行业无人值守汽车衡的应用已开始进入了一个高速发展的阶段。
  从技术层面上说,无人值守汽车衡称重系统还应在以下几方面进一步完善:
  1)双机冗余系统设计
  符合系统“功能安全”要求的新一代无人值守汽车衡系统要求所有汽车衡的称重系统接入工业以太网时由系统中的一台称重计算机统一管理,另一台称重计算机与其同时在线工作,构成双机冗余方案。双机冗余系统的两台称重计算机需通过局域网连接到数据服务器,由服务器保存最终称重数据,并将相关数据自动实时上传至信息管理中心和数据库,以及提供远端数据查询功能[4]。
  2)双网系统设计
  新一代的无人值守汽车衡系统服务器与网络连接方式采用双网系统设计:在平时使用时,服务器通过GPRS接入互联网络,当无线网络有故障或者其他因素引起网络受阻,服务器又可自动通过有线网络上网以保证网络畅通[4]。
  3)无线通信技术应用的最新发展
  目前我国衡器行业所采用的无线通信技术较为普遍的是适用于433MHz的RF无线传输、适用于2.4G频段的Zigbee无线传输,或者进一步采用GSM/GPRS高速、高效无线传送系统。上述大部分的无线传输往往局限于仪表与仪表、仪表与大屏幕、仪表与秤台之间的称重数据或信息的传送。目前一种基于无线宽带视频网络系统也开始涉及到工业物联网发展行列。从仅仅“无线称重数据或信息传送”发展到“无线称重或信息数据+视频图像传送”是新一代无人值守汽车衡系统的发展方向。
  4)低功耗称重传感器的研发
  目前虽然无线数据传送可以应用于无人值守汽车衡系统,但是从高效节能、先进环保和资源循环利用的需求出发,超大阻抗、超低功耗的称重传感器的研发,可以实现称重传感器供电与仪表供电脱离。在汽车衡现场无需交流电源及交流电源的转换,实现真正意义上的无线。
  新一代的无人值守汽车衡系统当然还应与企业ERP系统的无缝连接。达到无人值守自动化与管理的现代化的目的。
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