大區域內皮帶秤遠程集中自動計量系統及方法與流程

本發明涉及皮帶秤自動計量領域，具體涉及一種大區域內皮帶秤遠程集中自動計量系統及方法。

背景技術：

長期以來，大型鋼鐵企業鐵前系統各工序(如料場、焦化、燒結、球團)之間以及每個工序內部都有大量皮帶秤的使用，這些皮帶秤肩負著各工序之間以及廠際之間的物資計量，為工序成本核算以及提高產品質量提供了重要的計量數據。但長期以來，各鋼鐵行業鐵前各計量皮帶秤往往都采用從稱重儀表引出4-20mA瞬時重量電流信號進入PLC控制器，通過PLC控制器里的積分程序，計算出皮帶秤所承運物料的累積重量。實際上，通過這種方法計算皮帶秤所承運物料的累積重量是不準確的。

且鋼鐵企業鐵前區域占地面積大，各工序之間以及各工序內部安裝計量皮帶秤的位置十分分散，因此，往往會根據皮帶秤安裝位置距離電氣室位置最近的原則，將該皮帶秤從稱重儀表引出4-20mA瞬時重量電流信號進入PLC控制器進行積分累計重量。采用該種方法主要存在兩方面的問題：一是計量數據不準確，PLC中積分重量與稱重儀表里的重量數據差距較大；二是由于計量數據是各工序之間成本核算以及產品質量判斷的重要依據，工序之間存在通過修改計量數據的嚴重作弊行為，這不僅影響各工序之間的成本核算，同時嚴重影響了各工序產品質量的提高，對生產十分不利。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種大區域內皮帶秤遠程集中自動計量系統及方法，其計量數據準確，實現了對大區域內多臺計量皮帶秤的統一管理、全方位掌控，實現數據的及時上傳共享，在系統的硬件上實現了稱重設備的防作弊功能。 且本發明在確保計量數據準確的同時，實現遠程對各臺皮帶秤的清零、參數設置等工作；通過帶RS-485接口支持Modbus協議的PLC控制器，實現單臺皮帶秤承運多種物料分時段的自動計量；實現對每臺皮帶秤遠程實時視頻監控；實現計量數據自動上傳到計量管理系統，為生產和工藝提供有力的數據支撐。

本發明的目的是這樣實現的：一種大區域內皮帶秤遠程集中自動計量系統，包括串口服務器、計量計算機以及多臺皮帶秤，各臺皮帶秤的稱重儀表通過光纖與串口服務器連接，所述串口服務器通過網絡與計量計算機連接，所述計量計算機、串口服務器、各臺皮帶秤的稱重儀表組成RS-485總線控制網絡，所述計量計算機用于根據設置的采集時間點讀取稱重儀表中的瞬時重量、累計重量、皮帶運行速度，計算相應時間段內的皮帶秤運送物資重量數據，所述計量計算機用于下發指令信號經串口服務器傳遞給給各臺皮帶秤的稱重儀表，實現對皮帶秤的遠程監管。

各臺皮帶秤的稱重儀表的RS-485接口通過RS-485總線與第一光電轉換設備連接，第一光電轉換設備與第一光纖接頭盒連接，所述第一光纖接頭盒通過光纖與第二光纖接頭盒連接，所述第二光纖接頭盒與第二光電轉換設備連接，第二光電轉換設備與串口服務器連接，所述串口服務器通過網線與第一交換機連接，所述第一交換機通過光纖局域網與第二交換機連接，所述第二交換機與計量計算機連接。第二交換機與數據服務器連接。數據服務器是存儲所有類型的計量數據，皮帶秤的計量數據通過計量計算機計量后要將數據傳給數據服務器。第二交換機主要就是連接計量計算機和數據服務器。

本發明還包括安裝在皮帶秤現場的視頻攝像機，所述視頻攝像機通過光纖與硬盤錄像機連接，所述硬盤錄像機通過網絡與視頻管理PC連接，用于每臺皮帶秤遠程實時視頻監控。硬盤錄像機就是將現場的視頻信號進行存儲，根據需要可以進行回放。硬盤錄像機通過網絡與視頻交換機相連，視頻交換機與視頻管理PC相連，通過視頻管理PC機可以對硬盤錄像機進行參數設置，視頻查看、回放等等功能。

所述視頻攝像機通過第一視頻轉換設備與第一光纖接頭盒連接，所述第一光纖接頭盒通過光纖與第二光纖接頭盒連接，所述第二光纖接頭盒與第二視頻轉換設備連接，第二視頻轉換設備與硬盤錄像機連接，所述硬盤錄像機通過網線與第一交換機連接，所述第一交換機通過光纖局域網與第三交換機連接，所述第三交換機與視頻管理PC連接。第三交換機與視頻解碼器連接，視頻解碼器與視頻顯示設備連接。第三交換機與視頻服務器連接。第三交換機主要是和視頻管理PC機、視頻解碼器、視頻服務器連接。其中視頻管理PC機實現對遠程硬盤錄像機的管理。視頻信號通過解碼在視頻顯示設備上顯示出來。視頻服務器是所有視頻匯集點，對視頻進行集中調度，皮帶秤視頻也要接入視頻服務器中。

稱重儀表安裝在皮帶秤現場附近的儀表箱內，第一光電轉換設備、第二視頻轉換設備安裝在儀表箱內。串口服務器、硬盤錄像機、第二光電轉換設備、第二視頻轉換設備安裝在二級控制室即集中控制點。本發明可以設置一個或多個二級控制室即集中控制點，每個二級控制室即集中控制點均安裝串口服務器、硬盤錄像機、第二光電轉換設備、第二視頻轉換設備。所述計量計算機安裝在計量中心。

本發明還包括控制器，所述控制器接入RS-485總線控制網絡，所述控制器用于采集皮帶秤所在的膠帶機運行方向信號、料倉倉位到位信號，傳遞給計量計算機，所述計量計算機用于讀取控制器采集的膠帶機運行方向信號、料倉倉位到位信號，并結合該皮帶秤的稱重儀表的重量數據，確定物資的種類及裝料情況，計算出每種物資的重量，實現同一臺皮帶秤承運不同物資時的分段計量。控制器的RS-485接口通過RS-485總線與第一光電轉換設備連接。該控制器采用PLC控制器，安裝在儀表箱內。PLC控制器支持Modbus協議。

皮帶秤的稱重儀表用于將4-20mA的瞬時重量電流信號傳遞給PLC控制器，通過PLC控制器的轉換，將皮帶秤的瞬時流量顯示在各工序作業區控制室操作畫面上指導生產。

所述計量計算機用于將計量數據及時上傳到計量管理系統。

計量管理系統包括各種物資的綜合計量系統，主要完成報表的生成、數據的分析等功能。計量管理系統是布置在計量服務器上的。皮帶秤計量系統布置在計量計算機上，通過網絡與計量管理系統相連。

一種大區域內皮帶秤遠程集中自動計量方法，采用了上述大區域內皮帶秤遠程集中自動計量系統，計量方法包括如下步驟：

(1) RS-485總線控制網絡接通后，通過串口服務器及計量計算機中端口映射，將連接的每一臺皮帶秤、控制器映射成計算機中獨立的COM 口，通過串口服務器的功能，有效彌補了計量計算機中串口的不足。

(2) 計量計算機根據設定工藝，確定該皮帶秤是運送單一物資還是多種物資；皮帶秤是否運送單一物資或多種物資是工藝中確定了的。

(21) 若該皮帶秤運送單一物資，則針對某單臺皮帶秤運送單一物資計算方法為：設置采集時間點，計量計算機通過對應皮帶秤映射的COM端口在設置的采集時間點讀取稱重儀表中的瞬時流量、累計重量、皮帶運行速度，將采集時間點讀取的稱重儀表中的累計重量相減，得到相應時間段內的皮帶秤運送物資重量數據；

(22) 若該皮帶秤運送多種物資，則針對某單臺皮帶秤運送多種物資的計算方法為：針對某單臺皮帶秤需要承運多種物資，但每種物資進入不同的儲料倉這種情況，計量計算機對應控制器映射的COM端口讀取PLC控制器中儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號，以儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號為觸發信號，觸發計量計算機通過對應皮帶秤映射的COM端口，讀取稱重儀表中的瞬時流量、累計重量、皮帶運行速度，將當下讀取到儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號時的累計重量減去上一次讀取到儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號時的累計重量，計算得到當下讀取到儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號的時間與上一次讀取到儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號的時間之間的時間段內運送的物資重量，以及物資種類，計算出每種物資的重量。即通過料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號確定物料名稱以及運送的起止時間即膠帶機運行方向改變時間點，同時系統記下起止時間點即膠帶機運行方向改變時間點的重量讀數，這樣就可以算出起止時間內的運送物資重量。儲料倉倉位到位信號就是表示倉上裝料設備正在給哪個倉裝料的限位信號，該信號并結合倉上膠帶機的運行方向，就可以判斷出物資種類了。根據儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號作為條件觸發條件，讀取膠帶機運行方向改變時間點的重量。

計量計算機通過COM端口采取輪詢的方式遠程采集各皮帶秤稱重儀表的數據，同時向某臺稱重儀表發送指令，實現對皮帶秤的遠程監管。

計量計算機將計量數據及時上傳到計量管理系統，指導生產。

本發明的有益效果為：本發明提出了對鐵前各工序皮帶秤計量進行集中管理、集中計量的處理思路。保持各臺皮帶秤稱重儀表引出的4-20mA瞬時重量電流信號進入PLC控制器，通過PLC控制器的轉換，將皮帶秤的瞬時流量顯示在各工序作業區控制室操作畫面上指導生產，同時在每臺皮帶秤附近安裝控制箱，內配光電轉換器、視頻轉換器等設備，將稱重儀表上的RS485接口接到現場控制箱上內的光電轉換器上，通過光纖將信號接入二級控制室，通過光電轉換接入串口服務器，串口服務器通過網絡與計量中心計量計算機相連，通過計量程序，直接讀取稱重儀表中的累計重量、瞬時流量、速度等信息，通過后臺計量程序的處理自動完成計量任務，而且通過編寫計量處理指令，在集中計量室可以直接給每臺皮帶秤下清零指令實現遠程清零等工作。針對部分皮帶秤可能承運幾種物資，但不同的物資進入不同的儲料倉這種情況，采取將現場不同的倉位限位信號接入PLC控制器，PLC控制器的一個RS485端口接入稱重儀表的RS-485總線網絡，同樣通過遠傳和后臺計量程序的處理（因為每個倉的物資種類是固定的，通過倉位限位信號及皮帶秤上的瞬時重量信號判斷物資的種類，皮帶在給哪個倉進料、進料時段及重量計算），實現同一臺皮帶秤承運不同物資時的分段計量。在皮帶秤現場安裝視頻攝像機，通過視頻轉換器接入計量中心，實現對皮帶秤不間斷監控，確保計量數據的準確性。

利用自動信息化技術、網絡技術以及計算機軟件編程技術和視頻技術，實現大區域計量皮帶秤遠程集中自動計量，在確保計量數據準確的同時，實現遠程對各臺皮帶秤的清零、參數設置等工作；通過帶RS-485接口支持Modbus協議的PLC控制器，實現單臺皮帶秤承運多種物料分時段的自動計量；實現對每臺皮帶秤遠程實時視頻監控；實現計量數據自動上傳到計量管理系統，為生產和工藝提供有力的數據支撐。

本發明將計量稱重系統與計量管理系統、數據采集系統、控制系統等進行高度集成，并通過系統調試和功能測試，實現了對大區域內多臺計量皮帶秤的統一管理、全方位掌控，實現數據的及時上傳共享。

本發明運用網絡技術和視頻監控技術，在系統的硬件上實現了稱重設備的防作弊功能。

本發明通過對現場皮帶秤的實際運行情況控制，確保了計量數據的準確性。

附圖說明

圖1為本發明的大區域內計量中心皮帶秤計量數據來源圖；

圖2為本發明的大區域內皮帶秤遠程集中自動計量系統架構圖；

圖3為本發明的大區域內皮帶秤遠程集中自動計量、遠程監控具體連接圖。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明。

具體實施方式

參見圖1至圖3，本實施例公開了一種大區域內皮帶秤遠程集中自動計量系統，包括串口服務器、計量計算機以及多臺皮帶秤，各臺皮帶秤的稱重儀表通過光纖與串口服務器連接，所述串口服務器通過網絡與計量計算機連接，所述計量計算機、串口服務器、各臺皮帶秤的稱重儀表組成RS-485總線控制網絡，所述計量計算機用于根據設置的采集時間點讀取稱重儀表中的瞬時重量、累計重量、皮帶運行速度，計算相應時間段內的皮帶秤運送物資重量數據，所述計量計算機用于下發指令信號經串口服務器傳遞給給各臺皮帶秤的稱重儀表，實現對皮帶秤的遠程監管。所述計量計算機用于將計量數據及時上傳到計量管理系統。計量管理系統包括各種物資的綜合計量系統，主要完成報表的生成、數據的分析等功能。計量管理系統是布置在計量服務器上的。皮帶秤計量系統布置在計量計算機上，通過網絡與計量管理系統相連。

鐵前系統有多臺計量皮帶秤。每臺皮帶秤稱重儀表安裝在皮帶秤現場附近的儀表箱內，從稱重儀表引出的4-20mA的瞬時重量電流信號進入控制室的PLC系統；在儀表箱內安裝光電轉換設備一臺（數據光端機）、視頻轉換設備一臺（視頻光端機），皮帶秤現場安裝視頻攝像機一臺，將稱重儀表的RS-485接口用RS-485總線接入數據光端機，數據光端機通過光纖將信號傳輸到串口服務器集中控制點，通過數據光端機接入串口服務器，串口服務器通過網絡與遠程集中計量中心計量計算機相連，在計量計算中通過端口映射，計量計算機與現場皮帶秤稱重控制器組成RS-485總線控制網絡，通過計量計算機中的計量軟件，實現對稱重儀表內的瞬時重量、累計重量、皮帶運行速度等參數的采集、處理，實現對遠程皮帶秤的自動計量。本系統中RS-485總線網絡由計量計算機和現場稱重儀表、PLC控制器、串口服務器和一些數據轉換器組成。

各臺皮帶秤的稱重儀表的RS-485接口通過RS-485總線與第一光電轉換設備連接，第一光電轉換設備與第一光纖接頭盒連接，所述第一光纖接頭盒通過光纖與第二光纖接頭盒連接，所述第二光纖接頭盒與第二光電轉換設備連接，第二光電轉換設備與串口服務器連接，所述串口服務器通過網線與第一交換機連接，所述第一交換機通過光纖局域網與第二交換機連接，所述第二交換機與計量計算機連接。第二交換機與數據服務器連接。稱重儀表安裝在皮帶秤現場附近的儀表箱內，光電轉換設備、視頻轉換設備安裝在儀表箱內。本實施例光電轉換設備采用數據光端機。視頻轉換設備采用視頻光端機。

本發明還包括安裝在皮帶秤現場的視頻攝像機，所述視頻攝像機通過光纖與硬盤錄像機連接，所述硬盤錄像機通過網絡與視頻管理PC連接，用于每臺皮帶秤遠程實時視頻監控。所述視頻攝像機通過第一視頻轉換設備與第一光纖接頭盒連接，所述第一光纖接頭盒通過光纖與第二光纖接頭盒連接，所述第二光纖接頭盒與第二視頻轉換設備連接，第二視頻轉換設備與硬盤錄像機連接，所述硬盤錄像機通過網線與第一交換機連接，所述第一交換機通過光纖局域網與第三交換機連接，所述第三交換機與視頻管理PC連接。第三交換機與視頻解碼器連接，視頻解碼器與視頻顯示設備連接。第三交換機與視頻服務器連接。

針對某單臺皮帶秤需要承運多種物資，但每種物資進入不同的儲料倉這種情況，采取將皮帶秤所在的膠帶機運行方向信號、料倉倉位到位信號等使用硬接點的方式接入控制器，控制器接入RS-485總線網絡，通過計量中心計量計算機端口映射，計量計算機直接讀取PLC控制器的信號狀態，并結合稱重儀表的數據，可以準確判斷和計算出多種物料的重量。所述控制器用于采集皮帶秤所在的膠帶機運行方向信號、料倉倉位到位信號，通過計量計算機端口映射，所述計量計算機用于讀取控制器采集的膠帶機運行方向信號、料倉倉位到位信號，并結合該皮帶秤的稱重儀表的重量數據，確定物資的種類及裝料情況，計算出每種物資的重量，實現同一臺皮帶秤承運不同物資時的分段計量。控制器的RS-485接口通過RS-485總線與第一光電轉換設備連接。該控制器采用PLC控制器，安裝在儀表箱內。PLC控制器支持Modbus協議。皮帶秤的稱重儀表用于將4-20mA的瞬時重量電流信號傳遞給PLC控制器，通過PLC控制器的轉換，將皮帶秤的瞬時流量顯示在各工序作業區控制室操作畫面上指導生產。

本實施例公開了一種大區域內皮帶秤遠程集中自動計量方法，采用了上述大區域內皮帶秤遠程集中自動計量系統，計量方法包括如下步驟：

(1) RS-485總線控制網絡接通后，通過串口服務器及計量計算機中端口映射，將連接的每一臺皮帶秤、PLC控制器映射成計算機中獨立的COM 口，如COM1、COM2、COM3、COM4、COM5等，如在計量中心計量計算機上對串口服務器上的端口進行端口映射，將稱重儀表、PLC控制器組成獨立的RS485總線網絡，根據稱重儀表以及PLC控制器的實際接線情況掛載不同的端口數。比如有A510、A610、A710，3臺皮帶秤組成一個RS485總線網絡，映射一個端口COM1；通過RS485總線網絡就可以訪問每一個RS485接口的設備了，如稱重儀表、PLC控制器。3臺皮帶秤的重量數據可通過一套光電轉換器（即數據光端機）作為一條支路在計量計算機中映射一個串口，軟件中采用輪詢的方式對3臺皮帶秤進行數據采集，這樣可以降低線路成本，實現同樣的計量效果。如有L14皮帶秤、L14小型控制器組成一個總線網絡，映射一個端口COM2。需要映射多少個端口根據計量皮帶秤的數量、PLC控制器的數量以及它們接線方式確定。計量計算機通過COM端口采取輪詢的方式遠程采集各皮帶秤稱重儀表的數據，同時向某臺稱重儀表發送指令，實現對皮帶秤的遠程監管。如計量中心計量計算機通過COM1采取輪詢的方式遠程采集A510、A610、A710皮帶秤稱重儀表的數據，同時也可以通過程序向某臺稱重儀表發送指令，實現對皮帶秤的遠程監管。計量中心計量計算機通過COM2可以采集L14的數據，同時也可以采集L14皮帶秤PLC控制器的各輸入信號狀態，通過計量程序的判斷，自動計算出一臺皮帶秤承運多種物料時各物料輸送重量。

(2) 計量計算機根據設定工藝，確定該皮帶秤是運送單一物資還是多種物資；

(21) 若該皮帶秤運送單一物資，則針對某單臺皮帶秤運送單一物資計算方法為：設置采集時間點，計量計算機通過對應皮帶秤映射的COM端口在設置的采集時間點讀取稱重儀表中的瞬時流量、累計重量、皮帶運行速度，將采集時間點讀取的稱重儀表中的累計重量相減，得到相應時間段內的皮帶秤運送物資重量數據。如每天早上9:00采集重量數據為，晚上21:00采集的重量數據為,則9:00-21:00這段時間內的皮帶秤運送物資重量為。以此類推，根據需要設置采集時間點，就可以算出相應時間點內的皮帶秤運送物資重量數據。通過計量軟件后臺讀取程序，對應每個COM端口定時（如每秒鐘）讀取稱重儀表中的瞬時流量、累計重量、皮帶運行速度，其中累計重量參與物資重量的計算，瞬時流量及膠帶機運行速度為計量管理人員、維護人員提供參考信息，監控皮帶秤的運行狀態。

(22) 若該皮帶秤運送多種物資，則針對某單臺皮帶秤運送多種物資的計算方法為：針對某單臺皮帶秤需要承運多種物資，但每種物資進入不同的儲料倉這種情況，計量計算機對應控制器映射的COM端口讀取PLC控制器中儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號，以儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號為觸發信號，觸發計量計算機通過對應皮帶秤映射的COM端口，讀取稱重儀表中的瞬時流量、累計重量、皮帶運行速度，將當下讀取到儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號時的累計重量減去上一次讀取到儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號時的累計重量，計算得到當下讀取到儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號的時間與上一次讀取到儲料倉倉位到位信號、膠帶機運行方向信號的時間之間的時間段內運送的物資重量，以及物資種類，計算出每種物資的重量。

由于一個儲料倉只能裝一種物資，因此，每臺皮帶秤根據所處的位置，其運送物資的種類是固定的。通過儲料倉倉位到位信號及膠帶機運行方向信號確定物資的種類及裝料情況，每秒鐘采集一次倉位到位信號及膠帶機運行方向信號的狀態，結合采集到的重量信號，計算出每種物資的重量。

假定有A、B兩個倉，倉上卸料皮帶通過正反轉運行向兩個倉中卸料（如圖1所示），當讀取到PLC控制器中A倉倉位到位信號到且膠帶機向A倉方向運行，表示向A倉裝料，計量系統立即讀取稱重儀表上的累計重量,當讀取到B倉倉位到位信號到且膠帶機向B倉方向運行時，表示向B倉裝料,計量系統立即讀取稱重儀表上的累計重量；當下一次又檢測到A倉倉位到位信號到且膠帶機向A倉方向運行，表示向A倉裝料，計量系統立即讀取稱重儀表上的累計重量，以此類推。則計算給A倉在第一個時間段內運送的物資重量為=，則計算給B倉在第一個時間段內運送的物資重量為。以此類推，可以計算每種物資的重量。

(3)計量計算機將計量數據及時上傳到計量管理系統，指導生產。

本發明根據計量需要，可以采用定時讀取也可以采用觸發讀取。

傳統的計量方法采用4-20mA模擬量進行數據采集，而4-20mA信號會隨著傳輸線路的長度增加而逐步衰減，導致采集數據與實際儀表顯示數據存在較大誤差，只能作為參考量，而不能作為結算量，而采用RS-485總線進行數字化傳輸，信號無衰減，采集數據與儀表數據完全一致，因此采用本發明計算皮帶秤所承運物料的累積重量是準確的。

同時，通過計量中心計算機中的計量軟件也可以向每臺皮帶秤稱重儀表發送清零、參數設置等指令，實現對皮帶秤的遠程監管。采用該種方式，不僅保證了所采集到的重量數據準確，同時也大大降低了維護工人的勞動強度。視頻攝像機的視頻信號通過視頻光端機傳遞到遠程計量中心，計量中心集中對所有皮帶秤進行監控。通過計量中心計量軟件，實現遠程集中自動計量，計量數據及時上傳計量管理系統。

本發明實現了大區域內皮帶秤遠程集中自動計量。通過該稱量系統，不僅確保了計量數據的準確性，而且實現了遠程對不同區域內的皮帶秤的監管，大大降低了工人的勞動強度，也解決了單臺皮帶秤準確計量多種物料的問題，而且成本低。本發明將計量稱重系統與計量管理系統、數據采集系統、控制系統等進行高度集成，并通過系統調試和功能測試，實現了對大區域內多臺計量皮帶秤的統一管理、全方位掌控，實現數據的及時上傳共享。本發明運用網絡技術和視頻監控技術，在系統的硬件上實現了稱重設備的防作弊功能。 本發明通過對現場皮帶秤的實際運行情況控制，確保了計量數據的準確性。

本發明不僅僅局限于上述實施例，在不背離本發明技術方案原則精神的情況下進行些許改動的技術方案，應落入本發明的保護范圍。