基于MCGS的廢鋁回煉配料自動計量系統研究

李宏燕，謝翠芳，丁文捷(寧夏大學 機械學院，銀川 750021)

基于MCGS的廢鋁回煉配料自動計量系統研究

李宏燕，謝翠芳，丁文捷
(寧夏大學 機械學院，銀川 750021)

為了提高廢鋁回煉工業叉車稱重配料操作效率，根據叉車工作原理和工作過程，設計了基于MCGS的廢鋁回煉配料叉車自動計量系統。該系統采用2個S型拉力傳感器，XST/A數字顯示儀表，VS13790計算機；系統硬件結構緊湊，運行可靠。根據生產工藝要求，采用MCGS軟件實現對稱重數據和配料方案的記錄、運算和保存，并可輸入、修改和監控配料參數，具有較好的人機操作界面。設計完成的廢鋁回煉配料自動計量系統安裝調試后，不僅使叉車具有搬運和稱重的雙重功能，而且提高了配料準確性，大幅提高了作業效率和管理水平。

組態軟件 自動計量 自動配料 監控

鋁作為最重要的有色金屬品種之一，廣泛用于建筑、運輸、國防、包裝等行業和日常生活領域。隨著社會經濟的不斷發展，世界多種礦產資源已趨貧脊，使生產成本日漸增高；同時人們對防止污染、加強環境保護越來越重視，轉換經濟運行方式成為現代工業生產可持續發展的關鍵因素。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行配料，然后采用叉車按照配料要求叉取不同種類廢鋁，運輸至地秤，稱料后再送入料斗，人工計算配料差距并記錄最終配比。傳統的地磅稱重，存在著自動化程度較低的缺點，叉車運動路線長且次數較多，倒車操作尤其多；同時，產生的漏記、錯記、計算出錯等使配料稱重記錄不準確，不能為進一步的調整配料工藝提供參照，產品質量難以提高。如何實現自動計量和自動配料以提高叉車作業效率，成為困擾企業生產規模擴大的關鍵問題。

早在20世紀70年代，美、德等國家首先開發生產了叉車自動稱量裝置，對于需要進行二次計量的貨物，安裝該自動稱量裝置后叉車起運時不必集中開到地中衡上進行稱量，可直接把貨物送入倉庫，同時將貨物種類和貨物質量通過無線傳輸方式輸入中央控制計算機，使叉車具有搬運與稱重雙重功能，從而大幅提高了作業效率和倉庫管理水平[1]。但是由于造價昂貴，而且叉車的標準和型式與國內的不同，不適合國內現有叉車的改造。國內對叉車自動稱重的研究始于20世紀90年代，楊明貴、劉芳輝等人率先闡述了叉車自動稱重裝置信號轉換系統的工作原理，討論了系統設計與調整的若干問題，給出了設計實例，并對其偏載受力進行了研究[2-3]。李文洲闡述了叉車自動稱重裝置信號轉換系統的工作原理，并通過二維測力和模糊修正的組合方法，為該系統的拓寬應用給出了一種新設計[4-5]。孟兆新等人討論了叉車自動稱重裝置稱重信號采集系統的設計理論，對信號的采集、理論分析、數據處理和裝置的推廣應用起到促進作用[6]。張毅、桂衛華等人為了自動精確稱量鋁水質量，建立了叉車自動稱重的數學模型，開發了基于S7-200的叉車自動稱重系統，系統采用拉力傳感器采集拉力信號，通過PLC進行稱重模型計算，采用TD200顯示，使叉車具有搬運與稱重雙重功能，并能超載報警和自動記錄工作情況。應用表明，稱重精度達到1%，操作方便、安全，提高了作業效率和管理水平[7]。劉美俊、鄭志達等人針對叉車的工作特點，探討了叉車自動稱重系統的設計方法，分析了叉車的受力情況，對系統的組成、信號采集、數據處理進行了研究。重點闡述了二維測力和模糊修正的組合新方法，實現了稱重的智能化，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煉生產中對自動配料的要求。因此，筆者設計了廢鋁回煉生產中的自動稱重系統，該系統可以實現自動稱重和自動配料雙重功能。系統硬件組成主要包括2個S型拉力傳感器、數字顯示儀表和計算機；利用MCGS軟件實現稱重數據和配料方案的記錄、運算和保存，并可通過較好的人機操作界面輸入、修改和監控配料參數。設計完成的自動計量系統安裝調試后，使用效果良好。

1 叉車自動稱重裝置系統工作原理

目前國內叉車稱重裝置的研究主要有三種類型：

1) 根據叉車起升時油缸內油壓的變化與裝載貨物的質量具有一定的對應關系，即通過測量叉車起升時油缸內油壓的變化來確定裝載物體的質量。但是這種稱重方法的主要缺點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漏油，就會造成較大稱重誤差，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個剪力傳感器連接，叉件掛在新增掛板上，根據4個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量[5]。

經過對比分析，本設計采用第三種方法，并利用MCGS軟件實現對稱重數據的誤差修正，叉車稱重系統工作原理如圖1所示。貨物質量通過叉架、掛板、鏈條等傳力機構傳遞給2個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A/D轉換器轉換成數字信號后由顯示儀表顯示。

圖1 叉車稱重系統工作原理

顯示儀表在顯示的同時，信號經RS-232串行通信口輸出至計算機，利用MCGS軟件實現對信號的記錄、運算、保存、輸出及稱重配料監控。

2 基于MCGS的廢鋁回煉配料自動計量系統

2.1MCGS功能簡介

MCGS是一套用于快速構造和生成計算機監控系統的組態軟件，它能夠在基于Microsoft的系統下運行，通過對現場數據的采集處理，以動畫顯示、報表處理、流程控制、實時曲線、歷史曲線和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，它充分利用了Windows圖形功能完備、界面一致性好的特點，比以往使用專用機開發的工業系統更具有通用性，在自動化領域有著更廣泛的應用。

2.2生產工藝要求

根據企業目前的生產狀況，提出以下生產要求：

1) 生產過程動態模擬，能顯示實時的工作狀態。

2) 測量數據能穩定顯示，對稱重誤差能夠進行補償修正。

3) 能顯示每種物料的目標質量，實際質量及誤差值。

4) 存儲配方預置，可隨時對配方進行調用、修改、刪除和查詢。

5) 每批配料數據的歷史記錄保存，可隨時對產量及耗料進行班、日、月、年報表查詢、統計和打印。

2.3實施方法

2.3.1結構組成及原理

硬件為采用Windows操作系統的計算機，在計算機中安裝MCGS監控組態軟件，利用組態軟件實現傳感器信號在監控界面上的實時顯示，利用腳本程序完成稱重配方數據處理文件。數據處理原理如圖2所示。

圖2 數據處理原理示意

2.3.2稱重監控系統構建

1) 新建MCGS工程，命名為“稱重數據處理”。

2) 打開“實時數據庫”窗口，新建1個數值型變量和3個開關量，分別為： 測量值，稱重按鈕指示燈、數據庫清零指示燈、數據輸出指示燈。

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

4) 打開“稱重數據處理”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置數據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，連接數據庫文件，利用存盤屬性設置數據存儲方式。

7) 在歷史表格的空白表格單元中輸入目標值、平均值、誤差修正、稱重誤差等，建立單元格之間的數據運算連接關系。

8) 添加數據輸出按鈕和系統輸出按鈕，利用腳本程序實現按鈕操作屬性。

3 結束語

隨著全球經濟的持續增長，自然資源和能源日漸減少與枯竭。發展循環經濟，建設資源節約和環境友好型社會，實現經濟增長與人口資源環境相協調成為當今社會經濟發展的必然趨勢。文中筆者設計了基于MCGS的廢鋁回煉配料自動計量系統，該系統硬件結構緊湊，運行可靠；采用MCGS軟件構建了配料監控界面，人機界面較好。設計完成的自動叉車稱重系統安裝調試后，使叉車具有搬運和稱重的雙重功能，提高了作業效率和管理水平。

[1]郝小健.叉車自動稱重系統的設計[J].起重運輸機械，2002(10)： 15-17.

[2]張恒信，楊明貴，劉芳輝.叉車自動稱重裝置的原理與設計[J].傳感器技術，1991(06)： 15-19.

[3]楊明貴，鄒衛東，劉芳輝.叉車自動稱重裝置偏載受力的研究[J].哈爾濱電工學院學報，1992， 15(04)： 337-340.

[4]李文洲.叉車自動稱重裝置的新設計[J].鐵道貨運，2000(01)： 50-52.

[5]李文洲，薩殊利.基于模糊修正的叉車自動稱重裝置[J].北方交通大學學報，1999，23(04)： 122-126.

[6]孟兆新，張元，楊明貴.叉車自動稱重裝置信號采集系統[J].哈爾濱理工大學學報，2000，5(04)： 39-42.

[7]張毅，桂衛華，田世鋒.基于PLC的叉車自動稱重系統的設計[J].儀器儀表用戶，2001,11(02)： 28-29.

[8]劉美俊，鄭志達，張輯，等.基于模糊修正的叉車自動稱重系統研究[J].廈門理工學院學報，2010，18(01)： 39-42.

[9]田世峰，楊亭，胡連紅.可編程控制器在叉車自動稱重系統中的應用[J].中國儀器儀表，2005(05)： 90-92.

[10]李涵養.PLC可編程控制器自動稱重系統[J].現代電子技術，2000(09)： 78-80.

[11]魯開宇.叉車技術的發展[J].叉車技術，2007,18(03)： 3-8.

[12]李昌禧.智能儀表原理與設計[M].北京： 化學工業出版社，2005.

[13]張松濤.基于應變傳感技術的智能稱重系統設計[J].兵工自動化，2002，21(03)： 40-43.

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。

寧夏大學科學研究基金項目(ZR1215)。

李宏燕(1976—)，寧夏銀川人，現就職于寧夏大學機械學院，研究方向為過程工業設計和控制系統分析，任副教授。

TP29

B

1007-7324(2013)05-0024-03