稀土金屬自動打碼系統設計

管新地，黃德晟

(江西離子型稀土工程技術研究有限公司，國家離子型稀土資源高效開發利用工程技術研究中心，江西 贛州 341000)

20世紀末，伴隨稀土功能材料、鋼鐵和有色金屬合金材料等領域的快速發展，稀土金屬的需求量迅速增加。稀土金屬的制備由實驗室小規模生產快步走向工業化生產模式，工藝和設備不斷進步，為稀土新材料的發展奠定了基礎[1]。稀土金屬的制備方法主要有熔鹽電解法和金屬熱還原法，而其中95%以上的稀土金屬都是采用熔鹽電解法制備。這種方法分為氯化物熔鹽體系稀土氯化物電解工藝和氟化物熔鹽體系稀土氧化物電解工藝[2]。雖然稀土金屬電解生產工藝日益成熟，但稀土金屬生產企業還應繼續提升自身技術、提高生產效率、減少污染，特別是響應工信部“中國制造2025”計劃，加強智能化、信息化方面的研究。

稀土金屬打碼目前的工作模式是人工記錄數據和手工敲擊打碼，勞動強度大、工作效率低，且可能出現打碼錯誤，重新打碼成本高。人工記錄數據的方式，手工計算量大，統計分析復雜；且數據記錄零散，易出錯或丟失，難以復檢，影響后續工作。為解決生產實際問題，本文設計了稀土金屬自動打碼系統，可實現自動打碼、數據采集及報表自動生成等功能，為稀土金屬生產過程智能化、信息化研究提供參考。

1 稀土金屬后處理工藝流程

稀土金屬電解出爐后，經一系列工序處理后形成最終的金屬產品。稀土金屬后處理工藝流程如圖1所示。

圖1 稀土金屬后處理工藝流程

稀土金屬脫模出爐冷卻后，手工敲擊剝離其表面的熔鹽，將其放置在旁邊的電子稱進行稱重，記錄其重量和生產時間后在金屬塊表面打碼。整個流程還是以人工操作為主，特別是手工敲擊打碼過程效率低下、耗時耗力，急需引入自動化技術，改變落后的現狀。因此本文設計稀土金屬自動打碼系統，可自動打碼及生成報表，提高打碼準確率、形成專業的數據報表，減少人工成本，提高生產效率。

2 系統設計

2.1 系統功能要求

本系統主要實現稀土金屬后處理生產過程中的稱重記錄和打碼的自動化。主要功能有 ：①自動打碼 ：系統自動采集稀土金屬塊重量數據，處理后在其表面自動打印產品重量、工位代碼、生產時間等產品信息標簽。②數據采集及報表自動生成 ：自動生成產品信息報表，包含品重量、工位代碼、生產時間等信息 ；自動生成生產數據報表，包含爐臺號、領料量、加料時間、出爐時間等信息；自動生成實時參數報表。

2.2 系統結構設計

本系統包括電子秤、打碼機、智能電表和工業控制計算機等設備，系統結構圖如圖2所示。綜合考慮現場環境，采用總線形式和長距離傳輸，而RS232通信方式傳輸距離短，故本項目采用RS485通信方式，電子秤、打碼機、智能電表皆選配支持RS485串口通訊的型號。電子稱、打碼機與智能電表以總線形式接入工業控制計算機，工業控制計算機安裝定制開發的軟件系統，可實現稀土金屬產品表面自動打碼、數據采集及報表自動生成。

圖2 系統結構圖

3 系統開發

稀土金屬自動打碼系統包含Visual Studio開發和組態開發兩部分，采用Visual Studio開發實現稱重數據采集與自動打碼功能，利用組態開發實現數據采集及報表自動生成功能。

3.1 Visual Studio開發

本系統采用SerialPort類實現串口數據通信。在編程之前，先通過串口調試助手測試計算機串口的數據收發功能是否正常，再按以下步驟進行代碼編寫：編寫comm類、注冊串口、打開串口、發送指令、收到指令并解析數據、保存數據并輸出。在數據處理過程中要注意字符之間的轉換，采用Convert.ToInt32(String,Int32)方法將字符串轉換為對應的16進制數據；采用Convert.ToByte(Int32)方法將16進制數據轉換為字節數據。使用自定義截取字節數組函數SubByte(byte[]srcBytes,int startIndex,int length)截取稀土金屬的重量數據，與對應的生產時間和工位代碼一起轉換成“生產時間-重量-工位代碼”的格式并返回到系統。根據打碼機廠家提供的通訊指令手冊，編寫打碼指令代碼。系統收到返回的產品信息數據后自動發送打碼指令，打碼機接收指令后根據指令所規定的內容和格式在金屬塊表面進行打碼。

3.2 組態開發

出于方便和靈活性考慮，本系統選用“組態王6.55”作為開發平臺，實現數據采集及報表自動生成功能。根據系統功能要求進行界面開發，界面直觀友好、操作簡便、功能齊全。主要畫面有：①產品信息報表畫面：包含產品信息報表顯示、查詢、保存及打印功能。稀土金屬塊在稱重的同時，重量數據同步傳輸至計算機，系統按時間順序逐行記錄稀土金屬塊產品重量、工位代碼、生產時間等信息，自動生成產品信息報表。②生產數據報表畫面：包含生產數據報表輸入、顯示、查詢、保存及打印功能。操作人員在此畫面輸入爐臺號、領料量、加料時間、出爐時間等數據；系統結合產品信息報表，進行數據處理分析，可自動計算每臺電解爐產量、總產量及電解料比等數據，形成專業的生產數據報表，經統計分析可為生產工藝改進提供可靠的依據。③實時參數畫面：包含實時運行參數表和報警窗口。通過智能電表采集數據，自動生成實時運行參數表，可實時顯示每臺電解爐的電流參數和電壓參數。報警窗口設置限值，當電壓或者電流超過設定范圍會自動報警。通過本畫面可實時觀察現場的生產運行情況，一旦出現問題可及時進行調整。

4 總結

本文針對稀土金屬后處理生產工藝流程，設計了稀土金屬自動打碼系統。該系統可實現自動打碼、數據采集及報表自動生成等功能。應用本系統，可擯棄人工記錄報表和手動打碼的方式，提高打碼準確率、降低勞動強度、節約生產成本、提高工作質量與生產效率，有效的推動了稀土金屬生產過程自動化發展。