基于PLC的双向地磅地磅无人值守系統流程称重系统的设计与实现

为提高石油化工品在定量装卸过程中称重计量的精准度、作业效率和优化人力资源避免人工计量的各种 弊端，提出了双向地磅地磅无人值守系统流程称重系统的设计和实现方法该系统主要由地磅、红外光栅、IC读卡器、摄像头及 道闸等设备组荿，根据双向地衡称重系统的特点详细阐述了其自动控制流程，利用Micro850控制器对现场I/O 数据、IC卡号和称重数据进行采集采用对质量信号进荇2次滤波的方法解决称量过程中数据不稳定、计量误差大 的问题。设计开发了地磅地磅无人值守系统流程称重系统管理界面加强了对现場操作的监管。通过验证可知该滤波算法能 将计量误差控制在3%d以内，符合工业计量要求该系统己投入实际应用，在构建储运系统自动囮、信息化和管控 一体化的过程中地衡地磅无人值守系统流程称重系统作为其不可或缺的子环节，实现了分散过磅、集中管理的设计目標具有

过去，许多石化企业的车辆过磅称重釆用有人 值守系统即：通过现场人工计量的方式，多个地磅 需要安排多个司磅员司磅员掱工记录车辆皮重和 毛重，再根据计算得出的石油化工品的净重来结算 业务而传统的单机地磅无人值守系统流程系统结构单一，未对 外提供数据接口无法实现与第三方系统的无缝对 接，且操作流程复杂、耗时长、参与人员过多易造成 计量管理混乱、执行效率低下，各種作弊现象也时有 发生因此，随着通信与网络技术的快速发展 越来越多的企业希望装卸车地磅本地业务处理釆用 地磅无人值守系统流程型远程监控方式，包括自动识别车号、自动 检测车位、自动引导、自动保存称重数据及生成各类 报表等从而增强工业园区装卸车的管悝执行力，提 高工作效率高效地实现与MIS/ERP系统的数据 共享与沟通，有效防止夹带作弊、车辆不完全上磅、 遥控作弊等多种作弊行为堵塞各种管理漏洞，实现 管控一体化

近几年来，地磅无人值守系统流程称重系统在煤矿、冶金、化 工等行业均有广泛应用该系统通常配合萣量 装车系统、SCADA ( supervisory control and data acquisition，监控与数据釆集）系统、排队叫号系统 等有序地实现整个库区的储运管理其安全性、可靠 性、稳定性保证了企业物流咹全和人力财产安全。 在工程应用中可利用研华科技亚当模块来控制现 场道闸信号和红外信号，并和地衡信号一起通过 Prolinx网关传送给上位機该方法简单易行，在大 型的多磅称重需求中相对能降低成本但是所需实 现的功能过于分散，对于称重信号的计算与处理必 须通过上位机来完成在项目管理中不利于分工合 作，而且该模块的稳定性依赖于计算机信号釆样速 度较低。因此本文根据某石化企业的项目需求， 针对地磅数目较少的小型称重系统利用Aliens Bradley Micro850控制器，通过网络互联实现了地衡 称重的地磅无人值守系统流程管理。

1.地磅地磅无人值垨系统流程称重系统总体结构

地磅地磅无人值守系统流程称重系统主要由地磅、红外光栅、 道闸、C读卡器摄像头等构成其网络结构如图1 所示。该系统将釆集到的现场数据通过以太网传输 与中央控制室的称重管理软件进行数据交换和管 理从而实现车辆过地衡时数据自动监測和远程管 理的功能。

地衡釆用传感式地磅用于车辆装卸称 重;红外光栅利用多束红外光对射来判断车辆停放 位置是否正确；道闸的开启與关闭均由地感线圈触 发控制，用于限制车辆的通行达到提示与安全保障 集成电路）卡通过无线电波与读卡器进行数据传输， 自动识别業务信息保证每笔业务的唯一性；聂像头 一般有3个，为车前摄像、车后摄像和全景摄像用 讯网关将数据传输格式由Modbus RTU转换成 Ethernet/IP格式，用于顯示提示信息引导司机完成整个称重过程。

2.双向地磅地磅无人值守系统流程称重系统的设计与实现

Micro850控制器该控制 器价格低廉，但具有高灵活性、高I/O性能、低空间 占用、高稳定性的特点它内置24 V直流输出电 源，配置48点的数字量I/O模块且可至多扩展4 个I/O模块，同时配备串行通信plug-in功能性插

地衡系统分为单向和双向两种类型根据实际 需求，本文研究双向地磅地磅无人值守系统流程称重系统如图2 所示，其中地感线圈、红外光栅、C读卡器、道闸各 为2个。用到的数字量输入为地感线圈信号和红外 信号共计4个输入点；数字量输出为道闸信号，共 计4個输出点道闸的开启与关闭由不同的输出点 控制，称重系统I/O配置如表1所示

据。由于2种数据传输方式不同需要分别对它们 组态，将串荇传输方式分别设定为Modbus RTU和 Modbus ASC E同时，为了响应Modbus主站的 读写命令必须将变量映射到Modbus地址中。读/ 写保持寄存器初始地址为400001H本系统共用到 22个变量，部分变量标签的Modbus地址映射如表 2

根据实际工况PLC控制模式设计为“自动控 制”“手动控制”和“维护”三种。一般情况下称量过 程按照正常程序和步骤，以“自动控制”方式进行

司机在业务大厅根据ERP ( enterprise resource planning，企业资源计划）系统生成的发货 单开票制卡后等待叫号，依次过磅称重车辆驶向 地磅时，地感线圈感应到车轮振荡从而控制道闸开 启，延时几秒后触发红外光栅需要注意的是，本文 设置的地磅被感应的最低限值为20 kg防止因人 为、天气或其它因素的干扰导致红外光栅被意外触 发。司机将车停稳后进行刷卡上位机查询数据库,对卡内信息进行比对，以确定业务是否存在如果连 刷3次一直提示不存在，则道闸自动打开提醒司机 下磅重新开票办理业务。为了便于区分夲文规定 以“1”开头的为正向行驶，以“2”开头的为反向行驶 当业务不存在时，定义为以“3”开头两侧道闸同时 打开，车辆可从任意┅侧下磅双向地衡自动控制 流程如图3所示。当出现意外或紧急情况时可通 过上位机将控制方式改为“手动控制”模式，PLC程 序将被旁通现场所有设备直接由上位机控制。出 于安全考虑当进行设备维修和养护时，可将控制方 式改为“维护”模式此时PLC程序和上位机被锁 萣，不允许执行任何操作

RTU串行传输模式，釆用MSG— Modbus功能块以非连续触发的方式，Modbus RTU主站读写从站保持寄存器的数据并将数据存 放于缓存區LocalAddr中。若MSG指令执行成 功则输出Q置为“True”。

地磅称重信号无法直接获得必须通过二次表 将数据提供给PLC。本文釆用的二次表为Mettler Toledo PLC波特率设為9 600 b/s，8位无校验输出方式 为Toledo连续输出。二次表的数据是以18个字节 的ASCn码形式输出的起始符为02H，第5?10 位用于存储毛重为6位不带小数点和符號的数字； 第17位为回车符0DH，只有读到回车符才被认为 数据获取完整。因此在PLC编程时，需要对第5? 10位进行数据格式转换然后由上位机來判断所获 得的当前值是皮重还是毛重。首先通过软件内置的 AWA功能块将数据以十六进制ASCn的格式存 入缓存区Source中；接着利用ARD功能块读取 ASCn字符，并将它转换成Dint类型然后需要分 别判断第5?10位的字节是否为空格，即是否为 “32”若是，则将“0”赋值给该位若不是则减去 “48”，将差值赋给该位；最后将每一位数值乘以它的数量级再求和，得到实际质量为：

5?10位十进制字符字符范围为0?9。

2.5质量信号的滤波处理

称偅车辆载重一般是成吨计的而地衡二次表 的测量精度是20 kg，车辆上镑停稳后会因人为、 天气等各种因素的干扰，导致称重值不断跳变洇 此，在程序中加入了 250 ms的定时器来不断更新称 重值LED显示屏、二次表和上位机信息管理系统 中可显示实时质量变化。同时为了获得较准確的 皮重和毛重，必须将质量信号进行滤波处理取一个 稳定的有效值提供给业务站，以便开票出单传统 的滤波算法有平均值滤波、限幅滤波、中位值滤波、 滑动平均值滤波等，本文采用的是对称重数据

第1步采用限幅平均滤波法来粗步筛选数值 A_real，由于每隔250 ms刷新一次取10個Buffer 数据缓存区，将当前时刻获取的A_real替换前一时 …A_weight[10]中，通过式（2)求得平均称重值 A_weightAverage然后与第11次取得的当前值进 行比较，根据其偏差是否小於等于阈值100 kg为标

第2步通过上面的方法可每250 ms得到一个 A jeightCurrent数值，然后定义一个1 s的延时 器每隔4个数据进行一次采样，即每隔1 s将采样 值赋给变量A^eightBuffer再次利用限幅滤波法 进行细过滤。当然为了进一步减小误差，只有当 5 s内所取的20个数据全都满足偏差值小于等于 20 kg,才能将当前时刻的A jeightCurrent作为嫃 正稳定的称重值赋给A^eightFinal最后，业务站 根据A jeightFinal值统计车辆过镑信息和结算

本系统基于Server SQL数据库进行后台业务 处理包括制卡、打印提货单和车裝出库单等，并 通过Visual Studio 2010开发环境将对数据库操作 的具体方法发布为WebSerace服务实现数据远 程访问。同时利用C#编程语言，开发了 一套具 备地磅称偅及查询装车业务功能的地磅地磅无人值守系统流程 称重管理系统[16—19]图4为称重管理系统客户端 界面，计量操作中心的操作员只需输入相應网址 就可通过浏览器登陆系统，查看地磅的过镑信息 和业务信息、正在进行的装卸车业务、当前车辆最 近30条历史数据等图中的“实裝量”由批量控 制仪提供，批量控制仪在装车系统中通过控制传 输管道阀门的开度来控制化工品的流量受到诸 如丙烯等化工品的气相回鋶、空气浮力、批量控制 仪所采取的控制策略等因素的影响，检测到的实 装量会存在一定误差所以目前各石化企业的称 装量仍以过镑信息为准。

现分析某石化企业现场的地衡系统称重0井 柴油的计量误差选用Endress + Hauser公司的 NXF581批量控制仪，通过连接Promass 83F质量 流量计来控制调节阀的开度現场通过不同的定 量，将车辆过磅的净重与批量控制仪显示的实装 量进行比较如表3，分析得出通过该滤波算法能 够将计量误差控制在3%鉯内，符合实际的工业 要求.

本文利用Micro850设计了双向地磅地磅无人值守系统流程 称重系统可实现现场地磅无人值守系统流程、司机自助称重鉯及 远程集中计量。整个系统采用了集中监控管理的设 计模式和分布式监测数据的智能设备并设计开发 了良好的可视化用户管理界面，促进企业物流、管理 等的一体化发展该系统己正式投入企业的实际应 用，并取得了良好的效果.