李宏燕，謝翠芳，丁文捷(寧夏大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，銀川 750021)

基于MCGS的廢鋁回?zé)捙淞献詣?dòng)計(jì)量系統(tǒng)研究

李宏燕，謝翠芳，丁文捷
(寧夏大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，銀川 750021)

為了提高廢鋁回?zé)捁I(yè)叉車稱重配料操作效率，根據(jù)叉車工作原理和工作過程，設(shè)計(jì)了基于MCGS的廢鋁回?zé)捙淞喜孳囎詣?dòng)計(jì)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用2個(gè)S型拉力傳感器，XST/A數(shù)字顯示儀表，VS13790計(jì)算機(jī)；系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，采用MCGS軟件實(shí)現(xiàn)對稱重?cái)?shù)據(jù)和配料方案的記錄、運(yùn)算和保存，并可輸入、修改和監(jiān)控配料參數(shù)，具有較好的人機(jī)操作界面。設(shè)計(jì)完成的廢鋁回?zé)捙淞献詣?dòng)計(jì)量系統(tǒng)安裝調(diào)試后，不僅使叉車具有搬運(yùn)和稱重的雙重功能，而且提高了配料準(zhǔn)確性，大幅提高了作業(yè)效率和管理水平。

組態(tài)軟件 自動(dòng)計(jì)量 自動(dòng)配料 監(jiān)控

鋁作為最重要的有色金屬品種之一，廣泛用于建筑、運(yùn)輸、國防、包裝等行業(yè)和日常生活領(lǐng)域。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，世界多種礦產(chǎn)資源已趨貧脊，使生產(chǎn)成本日漸增高；同時(shí)人們對防止污染、加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)越來越重視，轉(zhuǎn)換經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。由于廢鋁來源和材料成分的限制，廢鋁回收再生中需要將分揀完成的各種鋁廢料進(jìn)行配料，然后采用叉車按照配料要求叉取不同種類廢鋁，運(yùn)輸至地秤，稱料后再送入料斗，人工計(jì)算配料差距并記錄最終配比。傳統(tǒng)的地磅稱重，存在著自動(dòng)化程度較低的缺點(diǎn)，叉車運(yùn)動(dòng)路線長且次數(shù)較多，倒車操作尤其多；同時(shí)，產(chǎn)生的漏記、錯(cuò)記、計(jì)算出錯(cuò)等使配料稱重記錄不準(zhǔn)確，不能為進(jìn)一步的調(diào)整配料工藝提供參照，產(chǎn)品質(zhì)量難以提高。如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)量和自動(dòng)配料以提高叉車作業(yè)效率，成為困擾企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的關(guān)鍵問題。

早在20世紀(jì)70年代，美、德等國家首先開發(fā)生產(chǎn)了叉車自動(dòng)稱量裝置，對于需要進(jìn)行二次計(jì)量的貨物，安裝該自動(dòng)稱量裝置后叉車起運(yùn)時(shí)不必集中開到地中衡上進(jìn)行稱量，可直接把貨物送入倉庫，同時(shí)將貨物種類和貨物質(zhì)量通過無線傳輸方式輸入中央控制計(jì)算機(jī)，使叉車具有搬運(yùn)與稱重雙重功能，從而大幅提高了作業(yè)效率和倉庫管理水平[1]。但是由于造價(jià)昂貴，而且叉車的標(biāo)準(zhǔn)和型式與國內(nèi)的不同，不適合國內(nèi)現(xiàn)有叉車的改造。國內(nèi)對叉車自動(dòng)稱重的研究始于20世紀(jì)90年代，楊明貴、劉芳輝等人率先闡述了叉車自動(dòng)稱重裝置信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工作原理，討論了系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)整的若干問題，給出了設(shè)計(jì)實(shí)例，并對其偏載受力進(jìn)行了研究[2-3]。李文洲闡述了叉車自動(dòng)稱重裝置信號轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的工作原理，并通過二維測力和模糊修正的組合方法，為該系統(tǒng)的拓寬應(yīng)用給出了一種新設(shè)計(jì)[4-5]。孟兆新等人討論了叉車自動(dòng)稱重裝置稱重信號采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理論，對信號的采集、理論分析、數(shù)據(jù)處理和裝置的推廣應(yīng)用起到促進(jìn)作用[6]。張毅、桂衛(wèi)華等人為了自動(dòng)精確稱量鋁水質(zhì)量，建立了叉車自動(dòng)稱重的數(shù)學(xué)模型，開發(fā)了基于S7-200的叉車自動(dòng)稱重系統(tǒng)，系統(tǒng)采用拉力傳感器采集拉力信號，通過PLC進(jìn)行稱重模型計(jì)算，采用TD200顯示，使叉車具有搬運(yùn)與稱重雙重功能，并能超載報(bào)警和自動(dòng)記錄工作情況。應(yīng)用表明，稱重精度達(dá)到1%，操作方便、安全，提高了作業(yè)效率和管理水平[7]。劉美俊、鄭志達(dá)等人針對叉車的工作特點(diǎn)，探討了叉車自動(dòng)稱重系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，分析了叉車的受力情況，對系統(tǒng)的組成、信號采集、數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了研究。重點(diǎn)闡述了二維測力和模糊修正的組合新方法，實(shí)現(xiàn)了稱重的智能化，保證了受載信號的精確度[8]。

但是上述研究均未涉及廢鋁回?zé)捝a(chǎn)中對自動(dòng)配料的要求。因此，筆者設(shè)計(jì)了廢鋁回?zé)捝a(chǎn)中的自動(dòng)稱重系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重和自動(dòng)配料雙重功能。系統(tǒng)硬件組成主要包括2個(gè)S型拉力傳感器、數(shù)字顯示儀表和計(jì)算機(jī)；利用MCGS軟件實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)和配料方案的記錄、運(yùn)算和保存，并可通過較好的人機(jī)操作界面輸入、修改和監(jiān)控配料參數(shù)。設(shè)計(jì)完成的自動(dòng)計(jì)量系統(tǒng)安裝調(diào)試后，使用效果良好。

1 叉車自動(dòng)稱重裝置系統(tǒng)工作原理

目前國內(nèi)叉車稱重裝置的研究主要有三種類型：

1) 根據(jù)叉車起升時(shí)油缸內(nèi)油壓的變化與裝載貨物的質(zhì)量具有一定的對應(yīng)關(guān)系，即通過測量叉車起升時(shí)油缸內(nèi)油壓的變化來確定裝載物體的質(zhì)量。但是這種稱重方法的主要缺點(diǎn)是由于油缸密封不能保證絕對不泄漏，如果叉車在使用中有一點(diǎn)漏油，就會(huì)造成較大稱重誤差，而且這種測量方法的通用性受到限制。

2) 新增掛板與原掛板間用4個(gè)剪力傳感器連接，叉件掛在新增掛板上，根據(jù)4個(gè)傳感器所受剪力之和確定叉件上的貨重。這種方法的主要問題是難以控制貨物在貨叉上的載荷重心位置對輸出信號的影響[8]。

3) 在起升鏈下端與起升叉架相連接部位安裝單耳拉力傳感器，通過測量鏈張力來求取貨物質(zhì)量[5]。

經(jīng)過對比分析，本設(shè)計(jì)采用第三種方法，并利用MCGS軟件實(shí)現(xiàn)對稱重?cái)?shù)據(jù)的誤差修正，叉車稱重系統(tǒng)工作原理如圖1所示。貨物質(zhì)量通過叉架、掛板、鏈條等傳力機(jī)構(gòu)傳遞給2個(gè)S型拉力傳感器，接線盒將2路傳感器信號合并成1路信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后由顯示儀表顯示。

圖1 叉車稱重系統(tǒng)工作原理

顯示儀表在顯示的同時(shí)，信號經(jīng)RS-232串行通信口輸出至計(jì)算機(jī)，利用MCGS軟件實(shí)現(xiàn)對信號的記錄、運(yùn)算、保存、輸出及稱重配料監(jiān)控。

2 基于MCGS的廢鋁回?zé)捙淞献詣?dòng)計(jì)量系統(tǒng)

2.1MCGS功能簡介

MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于Microsoft的系統(tǒng)下運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)表處理、流程控制、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好的特點(diǎn)，比以往使用專用機(jī)開發(fā)的工業(yè)系統(tǒng)更具有通用性，在自動(dòng)化領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。

2.2生產(chǎn)工藝要求

根據(jù)企業(yè)目前的生產(chǎn)狀況，提出以下生產(chǎn)要求：

1) 生產(chǎn)過程動(dòng)態(tài)模擬，能顯示實(shí)時(shí)的工作狀態(tài)。

2) 測量數(shù)據(jù)能穩(wěn)定顯示，對稱重誤差能夠進(jìn)行補(bǔ)償修正。

3) 能顯示每種物料的目標(biāo)質(zhì)量，實(shí)際質(zhì)量及誤差值。

4) 存儲(chǔ)配方預(yù)置，可隨時(shí)對配方進(jìn)行調(diào)用、修改、刪除和查詢。

5) 每批配料數(shù)據(jù)的歷史記錄保存，可隨時(shí)對產(chǎn)量及耗料進(jìn)行班、日、月、年報(bào)表查詢、統(tǒng)計(jì)和打印。

2.3實(shí)施方法

2.3.1結(jié)構(gòu)組成及原理

硬件為采用Windows操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中安裝MCGS監(jiān)控組態(tài)軟件，利用組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)傳感器信號在監(jiān)控界面上的實(shí)時(shí)顯示，利用腳本程序完成稱重配方數(shù)據(jù)處理文件。數(shù)據(jù)處理原理如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理原理示意

2.3.2稱重監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

1) 新建MCGS工程，命名為“稱重?cái)?shù)據(jù)處理”。

2) 打開“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫”窗口，新建1個(gè)數(shù)值型變量和3個(gè)開關(guān)量，分別為： 測量值，稱重按鈕指示燈、數(shù)據(jù)庫清零指示燈、數(shù)據(jù)輸出指示燈。

3) 打開設(shè)備窗口，單擊設(shè)備組態(tài)，打開工具箱，添加串口通信設(shè)備，建立設(shè)備通信。

4) 打開“稱重?cái)?shù)據(jù)處理”工程，在用戶窗口中新建“窗口1”，“窗口2”。

5) 在窗口1中添加指示燈，利用腳本程序分別設(shè)置數(shù)據(jù)庫清零指示按鈕和單次稱重指示按鈕。

6) 在窗口2中添加歷史表格，連接數(shù)據(jù)庫文件，利用存盤屬性設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。

7) 在歷史表格的空白表格單元中輸入目標(biāo)值、平均值、誤差修正、稱重誤差等，建立單元格之間的數(shù)據(jù)運(yùn)算連接關(guān)系。

8) 添加數(shù)據(jù)輸出按鈕和系統(tǒng)輸出按鈕，利用腳本程序?qū)崿F(xiàn)按鈕操作屬性。

3 結(jié)束語

隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，自然資源和能源日漸減少與枯竭。發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，建設(shè)資源節(jié)約和環(huán)境友好型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長與人口資源環(huán)境相協(xié)調(diào)成為當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢。文中筆者設(shè)計(jì)了基于MCGS的廢鋁回?zé)捙淞献詣?dòng)計(jì)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠；采用MCGS軟件構(gòu)建了配料監(jiān)控界面，人機(jī)界面較好。設(shè)計(jì)完成的自動(dòng)叉車稱重系統(tǒng)安裝調(diào)試后，使叉車具有搬運(yùn)和稱重的雙重功能，提高了作業(yè)效率和管理水平。

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StudyonMCGSBasedAutomaticMeasurementSysteminWasteAluminumRecoveryMetallurgy

Li Hongyan, Xie Cuifang, Ding Wenjie

(School of Mechanical Engineering, Ningxia University, Yinchuan, 750021, China)

In order to improve the operating efficiency of forklift weighting and dosing, the MCGS based automatic measurement system is designed for aluminum recovery-metallurgy forklift based on the working principle and process. The system has the merits of compact structure, high operational reliability with using two S-tension sensors, XT/A digital instruments and VS13790 panel computer. According to the production process requirement, the record, calculation and preservation of weighting data and batching scheme are realized by adopting MCGS software. The dosing parameters can be changed, modified and monitored to improve dosing accuracy and working efficiency. Management is improved sharply.

MCGS； automatic measurement； automatic batching scheme； monitoring

稿件收到日期：2013-07-09，修改稿收到日期2013-08-27。

寧夏大學(xué)科學(xué)研究基金項(xiàng)目(ZR1215)。

李宏燕(1976—)，寧夏銀川人，現(xiàn)就職于寧夏大學(xué)機(jī)械學(xué)院，研究方向?yàn)檫^程工業(yè)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)分析，任副教授。

TP29

B

1007-7324(2013)05-0024-03