文章闡述了無人值守汽車衡系統(tǒng)在生物質(zhì)電廠原料運(yùn)送系統(tǒng)中的工作原理及過程，并著重從硬件和軟件的構(gòu)成方面介紹無人值守汽車衡的特點，同時表明它在生物質(zhì)發(fā)電原料輸送過程中起到的作用。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，歐美等國開始積極開發(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 公司率先研究開發(fā)了生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)，被聯(lián)合國列為重點推廣項目。目前，中國能源、電力供求趨緊，生物質(zhì)能優(yōu)質(zhì)化轉(zhuǎn)換利用勢在必行。大規(guī)模發(fā)展生物質(zhì)發(fā)電的同時，對生物質(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)過程中的一項關(guān)鍵點。在此環(huán)節(jié)中，原料的計量統(tǒng)計是靠汽車衡以及配套的管理軟件完成的。汽車衡也被稱為地磅，通常被用來稱卡車、灌裝車等的載貨重量。對于整個計量統(tǒng)計系統(tǒng)來說，稱量準(zhǔn)確度以及統(tǒng)計時的自動化程度是兩個至關(guān)重要的因素。現(xiàn)在，無人值守汽車衡就是從上述兩點對一般汽車衡進(jìn)行優(yōu)化的新型稱量技術(shù)。目前無人值守汽車衡系統(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)的計量統(tǒng)計系統(tǒng)。

 1.系統(tǒng)構(gòu)成

無人值守汽車衡是由 2 套數(shù)字式汽車衡、2 套 IC自動識別部分 ( 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 套紅外檢測部分、2 套信號燈、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 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 IC 卡讀寫卡器，用于給每輛車的發(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器、兩臺信號燈、四臺攝像機(jī)、兩臺道閘機(jī)以及兩只地感線圈。車輛上秤進(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); 車輛從 A 方向開始上秤，當(dāng)紅外光閘檢測器①檢測到車輛時，且重量大于系統(tǒng)設(shè)定的最低值時，紅綠燈①為紅色; 車輛停穩(wěn)后，若紅外光閘檢測器檢測到車輛未能完全上秤，不允許稱重; 當(dāng)紅外光閘檢測器①②檢測不到車輛時，工作人員可通過水分儀測取物料水分傳給計算機(jī)，司機(jī)下車刷卡稱量毛重; 如果車輛一切正常，此時計算機(jī)管理系統(tǒng)根據(jù) IC 卡讀出該車的車號、皮重以及相關(guān)的其他信息 ( 如: 發(fā)貨單位、收貨單位、材料來源、司機(jī)姓名等) ; 攝像機(jī)①②同時抓拍兩組瞬間圖片 ( 車頭、車尾) 和重量信息一起保存; 系統(tǒng)將稱重結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中; 道閘機(jī)①打開，稱重完畢，車輛可以離開秤臺; 地感線圈①感應(yīng)到車輛下磅后，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，可將車輛駛上秤臺，當(dāng)紅外光閘檢測器③檢測到車輛時，且重量大于系統(tǒng)設(shè)定的最低值時，紅綠燈②為紅色;  車輛停穩(wěn)后，若紅外光閘檢測器檢測到車輛未能完全上秤，不允許稱重;  當(dāng)紅外光閘檢測器 ③④檢測不到車輛時;  司機(jī)下車刷卡稱量皮重;  如果車輛一切正常，此時計算機(jī)管理系統(tǒng)根據(jù) IC 卡讀出該車的車號、皮重以及相關(guān)的其他信息 ( 如:  發(fā)貨單位、收貨單位、材料來源、司機(jī)姓名等) ;  攝像機(jī)③④同時抓拍兩組瞬間圖片 ( 車頭、車尾)  和重量信息一起保存;  系統(tǒng)將稱重結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫中;  道閘機(jī)②打開，稱重完畢，車輛可以離開秤臺;  地感線圈②感應(yīng)到車輛下磅后，道閘機(jī)②落下;  收發(fā)卡結(jié)算中心收卡，并打印磅單。具體流程請詳見圖 2。

3 .系統(tǒng)特點

( 1)  數(shù)字式傳感器，抗干擾性強(qiáng)，傳輸距離長相比模擬傳感器，數(shù)字式傳感器具有高抗干擾能力和高信噪比，減小稱量信號的損耗，提高計量準(zhǔn)確度。。CPU 將處理完成的數(shù)據(jù)通過 RS485 接口輸出，RS485 信號能實現(xiàn)工業(yè)級通訊，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環(huán)境要求高的弱點。

( 2)  無線傳輸，降低成本，方便設(shè)備移動

之前的汽車衡在秤體與稱量儀表之間通常使用硬接線連接。而本設(shè)備則采用無線傳輸技術(shù)。在數(shù)字式稱重傳感器 RS485 信號輸出接口端和儀表計量信號輸入端分別添加無線模塊，通過無線通訊技術(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)  實現(xiàn)車輛自動稱量，達(dá)到無人值守效果

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

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

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，計量皮重后，同樣換回第一次計量毛重時的牌照，再次計量皮重;

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)廠去計量皮重;

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

④ 壓秤邊; 在計量皮重時，司機(jī)有意不將車輛完全開上汽車衡，再后面留一點空間不上秤臺;無人值守汽車衡通過硬件與軟件的配合，針對上述內(nèi)容特別加入了防作弊部分:

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

② 通過視頻監(jiān)控部分，抓拍并記錄車輛信息和計量動作。杜絕車輛中途離廠。同時信息皆存于數(shù)據(jù)庫中，方便監(jiān)查人員核實，禁止磅房操作人員與稱重司機(jī)串通，大車過毛，小車回皮。

③ 皮重自動記錄。當(dāng)計量車輛信息在數(shù)據(jù)庫中有記錄時，若計量車輛的記錄皮重與第二次來廠計量的皮重數(shù)據(jù)有超差時 ( 一般超差可以通過管理軟件進(jìn)行設(shè)置和修改) ，系統(tǒng)將會報警，同時不允許計量。杜絕司機(jī)在車輛皮重方面進(jìn)行作弊。

④ 紅外檢測部分，檢查車輛是否完全上秤臺。若沒有達(dá)到計量允許位置，將會自動報警，同時不允許進(jìn)行計量。防止司機(jī)在計量時進(jìn)行作弊。 ( 5) 方便、安全的數(shù)據(jù)查詢功能

無人值守汽車衡稱重管理軟件數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)可通過局域網(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請詳見圖 3。

4.結(jié)論與展望

從技術(shù)層面上說，無人值守汽車衡稱重系統(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

符合系統(tǒng) “功能安全”要求的新一代無人值守汽車衡系統(tǒng)要求所有汽車衡的稱重系統(tǒng)接入工業(yè)以太網(wǎng)時由系統(tǒng)中的一臺稱重計算機(jī)統(tǒng)一管理，另一臺稱重計算機(jī)與其同時在線工作，構(gòu)成雙機(jī)冗余方案。雙機(jī)冗余系統(tǒng)的兩臺稱重計算機(jī)需通過局域網(wǎng)連接到數(shù)據(jù)服務(wù)器，由服務(wù)器保存最終稱重數(shù)據(jù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)自動實時上傳至信息管理中心和數(shù)據(jù)庫，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

 新一代的無人值守汽車衡系統(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: 在平時使用時，服務(wù)器通過GPRS 接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)無線網(wǎng)絡(luò)有故障或者其他因素引起網(wǎng)絡(luò)受阻，服務(wù)器又可自動通過有線網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)以保證網(wǎng)絡(luò)暢通 。

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

( 4) 低功耗稱重傳感器的研發(fā)目前雖然無線數(shù)據(jù)傳送可以應(yīng)用于無人值守汽車衡系統(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)，可以實現(xiàn)稱重傳感器供電與儀表供電脫離。在汽車衡現(xiàn)場無需交流電源及交流電源的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)真正意義上的無線。

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