銅冶煉企業(yè)汽車衡無人值守的設(shè)計和應(yīng)用

張鵬洲

（江西銅業(yè)集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

《中國制造 2025》中明確指出：“把智能制造作為兩化深度融合的主攻方向。依托優(yōu)勢企業(yè)，緊扣關(guān)鍵工序智能化、關(guān)鍵崗位機器人替代、生產(chǎn)過程智能優(yōu)化控制、供應(yīng)鏈優(yōu)化，建設(shè)重點領(lǐng)域智能工廠/數(shù)字化車間”。可以看出，“供應(yīng)鏈優(yōu)化”是智能制造的核心內(nèi)容之一。汽車衡計量作為工廠生產(chǎn)原材料進廠的重要驗收環(huán)節(jié)，計量網(wǎng)絡(luò)化、自動化、智能化水平對銅冶煉企業(yè)智能化工廠建設(shè)起著重要的作用。無人值守磅房建設(shè)符合銅冶煉企業(yè)智能化工廠建設(shè)的要求。

一些供應(yīng)商和客戶，試圖在過磅過程中通過增加凈重、減少凈重或虛假開票來獲取非法利益，既有司磅員內(nèi)部作弊、也有外來司機作弊、更有司機與司磅員串通作弊的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象可能給工廠造成極大的經(jīng)濟損失，少則幾十萬多則幾百萬。所以，急需一套更加完善的稱重管理系統(tǒng)，不僅對稱重過程進行自動控制，通過電腦自動采集數(shù)據(jù)，對磅單打印次數(shù)做限制，增加防作弊措施防止人為干擾，實現(xiàn)過磅過程無人值守自動稱重，同時實時監(jiān)控磅房稱重情況，并將數(shù)據(jù)、圖像、各種日志文件實時上傳至服務(wù)器進行集中管理，保證數(shù)據(jù)的完整性和準確性，同時更便于管理層對各種數(shù)據(jù)信息的及時監(jiān)管。

2 銅冶煉企業(yè)計量現(xiàn)狀

（1）磅房分散，點多面廣，計量作業(yè)人員比例高計量人員管理難度大。

（2）磅房計量作業(yè)量大，計量人員勞動強度大。

（3）磅房自動化、信息化程度低，效率低、易出錯。上下游信息流脫節(jié)，數(shù)據(jù)重復(fù)錄入，計量作業(yè)時，需計量人員手工錄入信息，同時需人工確認計量憑證、目測確認實物、目測判斷計量狀態(tài)、在紙質(zhì)計量小票上記錄信息。計量操作人員錄入數(shù)據(jù)多，操作繁瑣，易導(dǎo)致差錯。

（4）磅房計量過程，人工監(jiān)控車輛效果不佳。計量結(jié)果受人為因素影響大，且事后難以追溯。計量作業(yè)人員內(nèi)外勾結(jié)等計量作弊事件時有發(fā)生。

（5）部分中間物料未實現(xiàn)計量，通過估算重量，不利于物料平衡管理。

3 汽車衡無人值守的建設(shè)內(nèi)容及目標

3.1 汽車衡無人值守建設(shè)內(nèi)容

建立計量控制中心：保留部分計量人員對各汽車衡進行遠程控制,需要時對重要產(chǎn)品及中間物料的計量過程進行監(jiān)控。

實現(xiàn)汽車車輛一卡通管理：提送貨計量車輛，進廠自助領(lǐng)卡，出廠自助收卡，實現(xiàn)車輛進廠信息化管理。

建設(shè)無人值守汽車衡：在實現(xiàn)車輛管理一卡通基礎(chǔ)上，由司機自助刷卡，銅金銀原料通過計量人員遠程控制計量，其它進出廠物料系統(tǒng)自動完成計量，中間物料實現(xiàn)全自動計量。

3.2 汽車衡無人值守建設(shè)目標

實現(xiàn)信息集成。實現(xiàn)計量信息與采購物流、銷售物流信息的集成，實現(xiàn)數(shù) 據(jù)網(wǎng)絡(luò)無紙化傳遞，強化進出廠物流信息的監(jiān)控，提高計量工作效率，降低過磅人員勞動強度，減少人工操作錯誤。

建立集中計量平臺。建立統(tǒng)一的無人值守計量信息系統(tǒng)，打造計量綜合管理平臺，實現(xiàn)所有物資計量業(yè)務(wù)的標準化、電子化和集成化，實現(xiàn)減員增效，提高計量效率。

提高計量數(shù)據(jù)的可靠性。采用紅外光柵、車號自動識別、異常監(jiān)控等多種防作弊技術(shù)手段，減少或杜絕人為因素對計量數(shù)據(jù)的影響，提高計量數(shù)據(jù)的可靠性。

4 汽車衡無人值守的設(shè)計理念和原則

4.1 設(shè)計理念

采用目前先進的計算機、通訊及控制技術(shù)，結(jié)合用友公司無人值守磅房自動稱重工程經(jīng)驗及對本專業(yè)的新理念，全面提高儲運自動化的控制和管理水平，提高對市場的反應(yīng)能力及工作效率，降低運營成本。

4.2 設(shè)計原則

（1）實用性：本系統(tǒng)保證系統(tǒng)軟硬件的有機配合，滿足工廠作業(yè)車輛自動化管理的實際需要。

（2）開放性：本系統(tǒng)的所有硬件和軟件均采用符合相關(guān)國家和國際標準的產(chǎn)品，并能與調(diào)度中心現(xiàn)有設(shè)備無縫集成。

（3）先進性：充分利用先進的、成熟可靠的信息控制通信技術(shù)，保證系統(tǒng)達到國內(nèi)先進水平。

（4）可擴展性：系統(tǒng)采用標準的接口，保證能夠隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和需求的變化靈活進行升級與擴充。

（5）易維護性：本系統(tǒng)的維護盡量做到簡單易行，充分考慮維護工作的需要，盡量做到通用化、模塊化，并提供充分的培訓(xùn)、必要的備件，減少維護工作量，降低維護工作的強度和難度。

5 業(yè)務(wù)流程設(shè)計

5.1 汽車車輛一卡通管理進出廠業(yè)務(wù)流程

汽車車輛一卡通管理進出廠業(yè)務(wù)流程見圖1。

圖1 汽車車間進出廠流程

5.2 無人值守汽車衡業(yè)務(wù)流程

5.2.1 提送貨車輛計量流程

提送貨車輛計量流程見圖2。

圖2 提送貨車輛計量流程

流程說明：

（1）司機開車上磅，停車熄火，至自助終端進行刷卡。

（2）車檢器檢測地感上無車后，道閘自動關(guān)閉。

（3）刷卡后，觸摸屏帶出計量相關(guān)信息，司機對信息進行核對，無誤后，進行確認。

（4）系統(tǒng)進行流程校驗：紅外卡位檢查、RFID車牌與系統(tǒng)車牌檢查、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性檢查等。當流程校驗有一項或多項未通過時，計量監(jiān)控中心報警，同時磅房現(xiàn)場分別進行提示和語單播報：流程校驗提示“該車號的流程應(yīng)為xx，請至該崗位進行處理”；紅外卡位檢查提示“車輛未停好，請移動車輛再進行過磅”；RFID車牌檢查提示“電子車牌識別錯誤，請等待監(jiān)控中心確認”；數(shù)據(jù)穩(wěn)定性檢查提示“汽車衡讀取未穩(wěn)定，請重新進行確認”；皮重異常提示“該車歷史皮重xx.xx，本次皮重xx.xx，超出容差范圍，請等待監(jiān)控中心確認”……。

（5）檢查不通過時，經(jīng)司機調(diào)整或監(jiān)控中心處理后，重新確認計量。

（6）檢查全部通過或計量中心確認后，系統(tǒng)自動保存計量數(shù)據(jù)，同時完成照片抓拍，并進行語音提示：“計量完成，重量xx.xx噸，請下磅”。二次計量自動打印計量單。

（7）道閘自動抬起，司機開車下磅。

（8）系統(tǒng)進入下一車稱重流程。

5.2.2 中間物料倒運車輛計量流程

中間物料倒運車輛計量流程見圖3。

圖3 中間物料倒運車輛計量流程

流程說明：

（1）司機開車上磅，停至秤中央。

（2）司機進行刷卡（不下車計量）。

（3）車檢器檢測地感上無車后，道閘自動關(guān)閉。

（4）系統(tǒng)進行流程校驗：紅外卡位檢查、RFID車牌與系統(tǒng)車牌檢查、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性檢查等。當流程校驗有一項或多項未通過時，計量監(jiān)控中心報警，同時磅房現(xiàn)場分別進行提示和語單播報：流程校驗提示“該車號的流程應(yīng)為xx，請至該崗位進行處理”；紅外卡位檢查提示“車輛未停好，請移動車輛再進行過磅”；RFID車牌檢查提示“電子車牌識別錯誤，請等待監(jiān)控中心確認”；數(shù)據(jù)穩(wěn)定性檢查提示“汽車衡讀取未穩(wěn)定，請重新進行確認”；皮重異常提示“該車歷史皮重xx.xx，本次皮重xx.xx，超出容差范圍，請等待監(jiān)控中心確認”……。

（5）檢查不通過時，經(jīng)司機調(diào)整或監(jiān)控中心處理后，重新確認計量。

（6）檢查全部通過或計量中心確認后，系統(tǒng)自動保存計量數(shù)據(jù)，同時完成照片抓拍，并進行語音及LED屏提示：“計量完成，重量xx.xx噸，請下磅”。二次計量自動打印計量單。

（7）道閘自動抬起，司機開車下磅。

（8）系統(tǒng)進入下一車稱重流程。

6 汽車衡無人值守主要功能

6.1 車輛一卡通管理

自助領(lǐng)卡（IC卡）。

自動排隊。

自助收卡（IC卡）。

RFID收發(fā)管理。

內(nèi)部倒運車輛注冊管理。

6.2 遠程監(jiān)控管理

司磅作業(yè)指令的調(diào)度分配。

對作業(yè)終端的任務(wù)指派。

可對特定物料進行遠程操作計量（原料必須由中心人員監(jiān)控確認后，才能完成計量）。

計量作業(yè)全過程信息的監(jiān)控。

各磅房現(xiàn)場圖像的遠程監(jiān)控。

各磅房現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的遠程監(jiān)控。

各磅房現(xiàn)場室外照明遠程控制。

現(xiàn)場自助計量不具備條件時遠程協(xié)助，計量中心監(jiān)控人員可以連接到對應(yīng)的磅房進行遠程人工司磅作業(yè)。

視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)監(jiān)控、紅外監(jiān)控的異常的報警及處理。

語音對講。

6.3 自動讀數(shù)

支持各種流行汽車衡計量衡器。

實現(xiàn)特定物料（原料）半自動計量，即計量中心確認計量。

皮重計量自動讀數(shù)。

實現(xiàn)特定物料免皮計量（如硫酸、尾礦、渣精礦、部分中間物料）。

實現(xiàn)記錄平板車上的斗數(shù)（堿式碳酸銅）。

實現(xiàn)超載手動撤銷（外銷物料、尾礦）。

毛重計量自動讀數(shù)。

自動計算凈重。

自動根據(jù)規(guī)則扣減雜物量。

自動記錄計量時間。

自動帶入預(yù)告信息。

汽車衡一車多物料循環(huán)計量（銅材公司物料、鋼材）。

銅材公司借液氧車拉液氧：空車過磅A( 銅冶煉企業(yè))→重車過磅B(銅材)→空車過磅B(銅材)→重車過磅A( 銅冶煉企業(yè))。

6.4 視頻監(jiān)控

過磅操作室視頻監(jiān)控錄像。

磅房現(xiàn)場多角度視頻監(jiān)控錄像。

遠程過磅現(xiàn)場多角度視頻監(jiān)控。

單筆業(yè)務(wù)視頻監(jiān)控錄像分段。

多角度過磅照片拍攝。

6.5 數(shù)據(jù)監(jiān)控

皮重自動監(jiān)控,主要以歷史皮重分析為主。

毛重自動監(jiān)控。

重復(fù)過皮監(jiān)控。

重復(fù)過毛監(jiān)控。

逃避過毛監(jiān)控。

檢斤單打印嚴格控制。

檢斤單打印記錄監(jiān)控。

計量數(shù)據(jù)修改記錄監(jiān)控。

6.6 紅外監(jiān)控

杜絕車輛不完全上磅。

解決兩車同時上磅。

智能判斷汽車是否上衡，并給司機停車信號。

6.7 刷卡（含RFID標簽）管理

防止大車小車互換車牌。

防止串通更換貨物舞弊。

自動識別并核實車輛身份。

6.8 語音提示管理

磅房現(xiàn)場與指揮中心對講。

自動播報車輛信息。

自動播報車輛稱重信息。

流程校驗異常提醒。

紅外卡位檢查異常提醒。

RFID車牌檢查異常提醒。

數(shù)據(jù)穩(wěn)定性檢查異常提醒。

皮重異常提醒。

……

6.9 LED顯示管理（中間物料磅房）

將車號、重量等信息顯示在LED屏幕上。

支持自定義的信息發(fā)布功能。

6.10 信號控制管理

通過智能道閘控制車輛過磅秩序。

通過紅綠燈信號控制車輛過磅秩序。

6.11 特別處理

授權(quán)條件下的特殊修改。

補票。

掛單。

6.12 數(shù)據(jù)審核管理

計量數(shù)據(jù)手動扣雜管理。

計量數(shù)據(jù)審批流。

計量報告單打印（任意時間段明細）。

計量日報、快報、月報、年報生成。

6.13 實時查詢

計量單查詢。

日報查詢。

月報查詢。

計量單關(guān)聯(lián)照片、視頻查詢。

7 汽車衡無人值守主要硬件

汽車衡無人值守主要硬件見表1 。

表1 汽車衡無人值守主要硬件

8 汽車衡外圍硬件集成及安裝

汽車衡外圍硬件集成及安裝見圖4。

圖4 汽車衡外圍硬件安裝圖

9 計量監(jiān)控中心建設(shè)

9.1 計量監(jiān)控中心總體布局

計量監(jiān)控中心總體布局見圖5。

圖5 計量監(jiān)控中心總體布局

9.2 計量監(jiān)控中心施工安裝要求

9.2.1 操作控制臺安裝要求

（1）操作控制電腦的位置應(yīng)在拼接屏幕的正對面，要求操作員可以方便直觀地看到拼接屏的操作。如果有專門隔斷的操作控制室，則操作控制室與大屏顯示室之應(yīng)有透明玻璃，方便操作員的觀看。

（2）控制電腦應(yīng)盡可能位于拼接屏的正對面方向，并與拼接屏有合適的距離，以便于調(diào)試、色彩調(diào)整等操作。

9.2.2 大屏安裝要求

（1）承重要求：長期承重350kg/m2。

（2）確保安裝結(jié)實，承重力強；支架要現(xiàn)場考慮承重并做加固處理。

9.2.3 光線要求

（1）燈光照明建議采用內(nèi)藏筒燈，燈光不宜直接對準屏幕方向，距離屏幕保持3m以外，以免影響投射效果。

（2）因計量控制中心窗戶較大，應(yīng)避免日照光線直射，用窗簾遮光，窗簾應(yīng)采用深色。

9.2.4 走線及線槽要求

（1）弱電線纜（VGA、視頻、串口線等）應(yīng)與強電線纜隔開走線，避免信號干擾。如果是用走線槽，則不能共用一個走線槽，應(yīng)分不同的走線槽分開走線。

（2）從信號源（計算機VGA信號、視頻信號）和控制電腦到矩陣之間要有走線槽，走線距離盡量短。

9.2.5 空調(diào)要求

（1）拼接屏背后的維修通道內(nèi)要有良好的溫度控制和散熱措施。如果是中央空調(diào)應(yīng)有空調(diào)進、出風(fēng)口，如果沒有中央空調(diào)，應(yīng)加設(shè)專門的空調(diào)，空調(diào)功率大小視大屏規(guī)模而定。

（2）位于液晶拼接顯示屏室內(nèi)的空調(diào)(中央空調(diào)或柜式空闊)，其出風(fēng)口位置離拼接屏0.4m左右較好，并且，出風(fēng)口的風(fēng)絕對不能對著液晶拼接顯示墻直吹，要朝遠離液晶拼接顯示墻的方向吹，以避免冷熱不均勻而損壞。

（3）放在液晶拼接顯示屏前面的空調(diào)機(柜式機)要朝遠離屏幕的方向吹，不能垂直對著屏幕吹，以免屏幕結(jié)露。

（4）液晶拼接屏前面(吊頂天花上)的空調(diào)出風(fēng)口，距離屏幕不少于1m。

9.2.6 供電電源

（1）考慮到系統(tǒng)可能會遇到特殊情況從而發(fā)生斷點再通電的電流沖擊，拼接單元本身具備電源保護設(shè)計，保證了設(shè)備的正常安全的運行。

（2）系統(tǒng)的電源為AC 220V±5%；用有保護接地線的三眼插座；插座數(shù)與拼接單元數(shù)量有關(guān)。

（3）拼接系統(tǒng)和矩陣、處理器等外接設(shè)備及控制PC等要求同相供電和獨立供電。

（4）電源電壓要穩(wěn)定、可靠，特別要防止斷電后立即加電，因此，原則上要求拼接系統(tǒng)的電源必須經(jīng)過相應(yīng)功率UPS供電。

（5）系統(tǒng)設(shè)備要有良好的接地，接地電阻＜5Ω，保證遇到雷擊等特殊狀況時設(shè)備不損壞。

9.2.7 系統(tǒng)環(huán)境

（1）拼接系統(tǒng)的背面是維修通道，維修通道寬度一般不小于0.60m。

（2）要求有較好的溫度和濕度控制。

10 汽車衡無人值守防作弊

10.1 紅外光柵防作弊

在磅體兩端和兩側(cè)各安裝一對紅外對射儀，紅外線設(shè)備通過信號線連接到PLC。當光束被阻擋時，紅外對射儀將信號發(fā)送到PLC，地磅稱重軟件從PLC提取信號，當檢測到報警信號后，系統(tǒng)禁止稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)保存，稱重流程終止，計量監(jiān)控中心收到報警。見表2。

表2 紅外光柵防作弊

10.2 視頻監(jiān)控防作弊

采用視頻監(jiān)控、圖像抓拍、攝影和車號識別達到防作弊目的，每臺汽車衡安裝6個攝像頭（含自助終端自帶1個攝像頭）。在秤的前后兩端各安裝1個帶車號識別的監(jiān)控攝像頭，用來識別車牌、抓拍車牌號圖像、過程攝像；在磅房頂部安裝2個監(jiān)控攝像頭，用來抓拍車輛車廂；在自助終端上方安裝1個監(jiān)控攝像頭，監(jiān)控自助終端狀況和司機行為；自助終端自帶1個攝像頭，監(jiān)控司機行為。視頻錄像集中存放數(shù)據(jù)中心，視頻錄像集中存儲中心，視頻保存3個月視頻以上的空間。照片同計量數(shù)據(jù)長期保存

10.3 RFID防揭電子標簽防作弊

為了加強管理，更進一步堵住管理中的漏洞，引入成熟的RFID射頻技術(shù)。運輸車輛玻璃上粘貼一張防揭式RFID卡（圖6），在秤的前后兩端正上方各安裝1個RFID射頻讀寫器，用來識別車輛相關(guān)信息，這樣既可杜絕車輛入場后套牌、更換牌照等作弊行為，也可以提高整個系統(tǒng)的自動化程度，確保了數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，人為的作弊機率大大降低。

圖6 RFID防揭電子標簽粘貼位置圖

11 汽車衡無人值守施工組織設(shè)計

11.1 施工組織方案的簡要說明

汽車衡無人值守項目以信號專業(yè)為主體專業(yè)，電力、工務(wù)等相關(guān)專業(yè)為配套專業(yè)。施工時盡量減少對行車的干擾，在不影響計量業(yè)務(wù)的情況下施工。

為保證行車和施工安全，施工單位必須與運營單位認真協(xié)調(diào)，密切配合。必須嚴格按照施工規(guī)范施工，并設(shè)置必要的防護。

11.2 控制工程采取的主要施工方法和措施

為了降低施工過程中對現(xiàn)場作業(yè)造成影響，前期施工根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)情況分步進行室外新設(shè)備的安裝。網(wǎng)絡(luò)對接前應(yīng)做好充分的準備工作。

12 汽車衡無人值守預(yù)期效益

無人值守磅房的實施，將促進工廠計量水平質(zhì)的飛躍。有利于實現(xiàn)計量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的規(guī)范化、標準化、電子化和集成化。無人值守磅房顛覆了傳統(tǒng)的計量方式，大大提升了勞動效率，顯著提高了物資計量水平，有效地杜絕了各種計量作弊行為，將為工廠帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

（1）自助計量，杜絕人為因素對計量的影響。司機在前端利用IC物流卡進行自助計量，切斷了司磅員和司機之間的聯(lián)系，避免了“人情磅”等現(xiàn)象的發(fā)生，運用技術(shù)手段杜絕了人為因素對計量的影響。

（2）紅外限位，提高計量可靠性。汽車衡秤體兩端安裝紅外限位裝置，限定了稱重位置，避免了車輛不完全上磅，壓磅邊過磅的現(xiàn)象，有效地防止了作弊現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）車號自動識別，確保計量與實際一致。利用圖像識別技術(shù)（汽車衡）實現(xiàn)車號的自動識別。此技術(shù)的應(yīng)用，確保實際車號與計量信息車號一致，避免了人為原因造成的失誤以及換車等作弊現(xiàn)象的發(fā)生。

（4）多方位的視頻監(jiān)控，強化對計量過程的監(jiān)管。計量監(jiān)控中心能夠同時視頻監(jiān)控每臺秤的車輛車牌、車廂內(nèi)部和停放位置等信息，并進行實時錄像和過衡狀態(tài)拍照。多方位的視頻監(jiān)控使得遠程司磅和管理人員如臨其境，強化對計量過程的監(jiān)管。

（5）智能道閘應(yīng)用，加強車輛上下衡的規(guī)范化管理。智能擋車和自動道閘功能實現(xiàn)程序流程自動控制道閘起落指示，提示車輛通行狀態(tài)，能夠加強車輛上下衡的規(guī)范化管理。

（6）IC卡技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)閉環(huán)管理。IC卡貫穿于整個業(yè)務(wù)過程，將所有業(yè)務(wù)點連接成一條完整業(yè)務(wù)線并將重要信息存儲在卡片中。實現(xiàn)了計量系統(tǒng)與物流、生產(chǎn)等系統(tǒng)無縫銜接，實現(xiàn)閉環(huán)管理，規(guī)范了計量流程，降低了出錯率。

（7）設(shè)備遠程重啟與控制，提高勞動效率。針對計量現(xiàn)場分散、相距較遠的情況，設(shè)計燈光遠程開關(guān)功能，設(shè)計計量現(xiàn)場稱重計算機的遠程重啟功能，有效地縮短了檢修人員處理事故的時間，將有利于提高勞動效率。