李金普，湯 超，胡長(zhǎng)霆，韓佳起，李 冬

（江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司徐州卷煙廠，江蘇 徐州 221000）

引言

在卷煙廠生產(chǎn)過程中，卷煙設(shè)備會(huì)自動(dòng)檢測(cè)并剔除一些不合格的煙支，這些跑條煙絲、廢煙支、煙末等廢煙通過陡角提升帶統(tǒng)一回收至廢煙箱，再由配送工把廢煙箱拉送至殘煙房，最后通過廢煙回收設(shè)備對(duì)卷煙生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢煙進(jìn)行回收處理［1-2］。使用原有設(shè)備，廢煙的重量均依靠人工進(jìn)行過磅和統(tǒng)計(jì)歸類，存在較高的差錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)，且使現(xiàn)場(chǎng)管理難度加大，因此，本文利用二維碼識(shí)別技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集管理技術(shù)開發(fā)了一套廢煙稱重系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)際驗(yàn)證，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)廢煙的自動(dòng)稱重，替代了人工環(huán)節(jié)，將獲取到的重量、時(shí)間、機(jī)臺(tái)編號(hào)等信息實(shí)時(shí)記錄下來，有效保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)了徐州卷煙廠對(duì)廢煙環(huán)節(jié)的管控。

1 廢煙稱重系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)以工業(yè)計(jì)算機(jī)為控制核心，在原有翻箱機(jī)旋轉(zhuǎn)臂基礎(chǔ)上加裝了2個(gè)壓力傳感器，用來實(shí)現(xiàn)對(duì)廢煙箱重量的采集；在旋轉(zhuǎn)臂外側(cè)貼上反光條，對(duì)應(yīng)位置設(shè)置一個(gè)反射式光電傳感器，用來給工控機(jī)提供一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，讀取壓力傳感器上的信息；在旋轉(zhuǎn)臂一側(cè)設(shè)置了一個(gè)二維碼掃描模組，用來讀取煙箱上的二維碼信息，其他硬件系統(tǒng)部分還包括：液晶顯示器、數(shù)字變送器、I/O采集控制模塊、按鈕、運(yùn)行指示燈等。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 廢煙稱重系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

1.2 工業(yè)計(jì)算機(jī)控制模塊

本系統(tǒng)采用4300U嵌入式工業(yè)控制整機(jī)，電源為AC110V～220V輸入,處理器為Intel Haswell-UI5-4300U/1.9GHz雙核處器,內(nèi)存為1*SODIMM插槽,支持1600/1333MHz DDR3L/1.35V內(nèi)存,最大支持8 GB，內(nèi)置Intel HD核心顯卡,外置接口有VGA、HDMI接口顯示輸出,可連接VGA接口顯示器；其自帶6個(gè)串行接口，兩個(gè)RJ45千兆以太網(wǎng)接口，支持無線WIFI連接，MSATA SSD 500G固態(tài)硬盤，4*USB2.0接口,預(yù)裝Window 10操作系統(tǒng)，機(jī)身是全鋁合金密封外殼,無風(fēng)扇散熱結(jié)構(gòu)，整機(jī)超低功耗,結(jié)構(gòu)緊湊,可在環(huán)境溫度-10～60℃、相對(duì)濕度5%～95%范圍內(nèi)正常工作。

1.3 稱重模塊

本系統(tǒng)廢煙稱重環(huán)節(jié)采用4個(gè)JHBM-H3型平面膜盒式稱重傳感器，其特點(diǎn)是低高度、全密封、穩(wěn)定性好。主要技術(shù)參數(shù)見表1，傳感器分別安裝在翻箱機(jī)旋轉(zhuǎn)夾臂兩側(cè)（如下頁(yè)圖2所示），固定在導(dǎo)軌槽中，然后再與數(shù)字變送器相連接。

圖2 傳感器安裝示意圖

表1 壓力傳感器技術(shù)參數(shù)

系統(tǒng)采用BSQ-DG型數(shù)字模擬變送器作為A/D轉(zhuǎn)換模塊，輸入為DC 0.5mv/V-2.0mv/V,其產(chǎn)品特點(diǎn)是體積小、性能穩(wěn)定、兼容性強(qiáng)，通信協(xié)議采用雙半工RS485協(xié)議，與工控機(jī)COM1口相連接。

1.4 二維碼掃描模組

二維碼識(shí)別技術(shù)近年來已被廣泛應(yīng)用，其快速、便捷的使用方式極大地方便了人們?nèi)粘Ｉ?，例如二維碼支付、二維碼通信軟件等。鑒于此，本文提出了一種利用二維碼來識(shí)別廢煙箱的方法，把每個(gè)機(jī)臺(tái)的編號(hào)分別用二維碼標(biāo)識(shí)出來，統(tǒng)一貼在煙箱的一側(cè)，使用敏捷1090工業(yè)固定式二維碼掃描器來讀取每個(gè)煙箱的二維碼，其處理芯片采用ARM CORTEX32位高性能解碼處理芯片，產(chǎn)品特點(diǎn)為成像速度快、可自動(dòng)補(bǔ)光、體積精巧，分辨率達(dá)到100萬像素，可直接與工控機(jī)USB口連接。在使用時(shí)，把二維碼掃描器安裝在旋轉(zhuǎn)夾臂下方，對(duì)準(zhǔn)廢煙箱二維碼掃描區(qū)域。

1.5 I/O采集模塊

簡(jiǎn)單講I/O模塊就是具有通信功能的數(shù)據(jù)采集/傳送模塊，自身沒有控制調(diào)節(jié)功能，只是將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)送到上位機(jī)，或者接受控制中心的數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制。其主要參數(shù)為：2路I/O通道（高電平為“1”：+2.0～30 V，低電平為“0”：0～+1.0 V），2路繼電器通道，2路RS485串口通道。本模塊主要用來采集現(xiàn)場(chǎng)的光電開關(guān)信號(hào)及廢煙箱到位接近開關(guān)狀態(tài)，繼電器與現(xiàn)場(chǎng)翻箱啟動(dòng)開關(guān)串聯(lián)，通過控制繼電器的通斷來控制翻箱機(jī)自身程序的啟動(dòng)，另一個(gè)繼電器與運(yùn)行指示燈連接，用來顯示稱重系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

2 廢煙稱重控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 軟件編程

本系統(tǒng)軟件程序采用C#進(jìn)行編寫，它是由C和C++衍生出來的一種安全的、穩(wěn)定的、簡(jiǎn)單的、優(yōu)雅的面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言。它在繼承C和C++強(qiáng)大功能的同時(shí)去掉了一些復(fù)雜特性（例如沒有宏以及不允許多重繼承）。C#綜合了VB簡(jiǎn)單的可視化操作和C++的高運(yùn)行效率，以其強(qiáng)大的操作能力、優(yōu)雅的語(yǔ)法風(fēng)格、創(chuàng)新的語(yǔ)言特性和便捷的面向組件編程的支持成為.NET開發(fā)的首選語(yǔ)言。

系統(tǒng)控制主程序包含系統(tǒng)初始化單元、數(shù)據(jù)采集與計(jì)算單元、輸出單元等。

2.2 廢煙稱重環(huán)節(jié)

在稱重時(shí)，翻箱機(jī)提升器向上，反光板跟隨旋轉(zhuǎn)臂移動(dòng)至與光電開關(guān)同一水平面，光電開關(guān)第一次被觸發(fā)，此時(shí)對(duì)數(shù)字變送器執(zhí)行讀取操作，讀取數(shù)字變送器寄存器中的數(shù)值并進(jìn)行單位換算，使其符合記錄要求，記為G1；當(dāng)操作員按下翻箱機(jī)操作面板上的“向下”按鈕時(shí)，空箱被降下，光電開關(guān)第二次被觸發(fā)，再次讀取變送器寄存器中的數(shù)值，換算后記為G2，得出廢煙重量G3=（G1-G2），調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)功能類實(shí)例對(duì)數(shù)據(jù)表做INSERT操作，將G3（殘煙重量）、機(jī)臺(tái)信息、當(dāng)前時(shí)間插入廢煙重量數(shù)據(jù)表中。

2.3 建立數(shù)據(jù)庫(kù)

本系統(tǒng)采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，MySQL是一個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，由瑞典MySQL AB公司開發(fā)，屬于Oracle旗下產(chǎn)品。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)保存在不同的表中，而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個(gè)大倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，這樣就增加了速度并提高了靈活性。所使用的SQL語(yǔ)言是用于訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的最常用標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言。MySQL軟件采用了雙授權(quán)政策，分為社區(qū)版和商業(yè)版，其體積小、速度快、總體擁有成本低，尤其是具有開放源碼這一特點(diǎn)，一般中小型網(wǎng)站的開發(fā)都選擇MySQL作為網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)。

3 系統(tǒng)測(cè)試

為了驗(yàn)證廢煙稱重系統(tǒng)的可靠性，將系統(tǒng)設(shè)置在Garbuio Dickinson公司生產(chǎn)的S400型廢煙回收設(shè)備中，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)卡接入WLAN。測(cè)試時(shí)先將廢煙箱進(jìn)行人工過磅，用來驗(yàn)證系統(tǒng)稱重的準(zhǔn)確性，然后再將廢煙箱推送到喂料機(jī)的翻箱夾臂上，啟動(dòng)稱重系統(tǒng)，自動(dòng)稱量廢煙重量，從現(xiàn)場(chǎng)顯示屏上得到結(jié)果與人工稱量進(jìn)行對(duì)比，誤差滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過驗(yàn)證，本廢煙稱重系統(tǒng)可以自動(dòng)獲得每個(gè)機(jī)臺(tái)產(chǎn)生的廢煙重量，不再需要人工稱重，節(jié)省了勞動(dòng)力，且有效避免了人工記錄的差錯(cuò)，管理人員可通過遠(yuǎn)程連接，訪問現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程統(tǒng)計(jì)機(jī)臺(tái)消耗。