基于計算機控制的廢煙回收稱重系統設計與應用

李金普，湯 超，胡長霆，韓佳起，李 冬

（江蘇中煙工業有限責任公司徐州卷煙廠，江蘇 徐州 221000）

引言

在卷煙廠生產過程中，卷煙設備會自動檢測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備對卷煙生產過程中產生的廢煙進行回收處理［1-2］。使用原有設備，廢煙的重量均依靠人工進行過磅和統計歸類，存在較高的差錯風險，且使現場管理難度加大，因此，本文利用二維碼識別技術、傳感器技術、數據采集管理技術開發了一套廢煙稱重系統，經過實際驗證，該系統能實現對廢煙的自動稱重，替代了人工環節，將獲取到的重量、時間、機臺編號等信息實時記錄下來，有效保證了數據的準確性，加強了徐州卷煙廠對廢煙環節的管控。

1 廢煙稱重系統結構功能設計

1.1 系統結構

本系統以工業計算機為控制核心，在原有翻箱機旋轉臂基礎上加裝了2個壓力傳感器，用來實現對廢煙箱重量的采集；在旋轉臂外側貼上反光條，對應位置設置一個反射式光電傳感器，用來給工控機提供一個觸發信號，讀取壓力傳感器上的信息；在旋轉臂一側設置了一個二維碼掃描模組，用來讀取煙箱上的二維碼信息，其他硬件系統部分還包括：液晶顯示器、數字變送器、I/O采集控制模塊、按鈕、運行指示燈等。系統基本結構如圖1所示。

圖1 廢煙稱重系統硬件結構圖

1.2 工業計算機控制模塊

本系統采用4300U嵌入式工業控制整機，電源為AC110V～220V輸入,處理器為Intel Haswell-UI5-4300U/1.9GHz雙核處器,內存為1*SODIMM插槽,支持1600/1333MHz DDR3L/1.35V內存,最大支持8 GB，內置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個串行接口，兩個RJ45千兆以太網接口，支持無線WIFI連接，MSATA SSD 500G固態硬盤，4*USB2.0接口,預裝Window 10操作系統，機身是全鋁合金密封外殼,無風扇散熱結構，整機超低功耗,結構緊湊,可在環境溫度-10～60℃、相對濕度5%～95%范圍內正常工作。

1.3 稱重模塊

本系統廢煙稱重環節采用4個JHBM-H3型平面膜盒式稱重傳感器，其特點是低高度、全密封、穩定性好。主要技術參數見表1，傳感器分別安裝在翻箱機旋轉夾臂兩側（如下頁圖2所示），固定在導軌槽中，然后再與數字變送器相連接。

圖2 傳感器安裝示意圖

表1 壓力傳感器技術參數

系統采用BSQ-DG型數字模擬變送器作為A/D轉換模塊，輸入為DC 0.5mv/V-2.0mv/V,其產品特點是體積小、性能穩定、兼容性強，通信協議采用雙半工RS485協議，與工控機COM1口相連接。

1.4 二維碼掃描模組

二維碼識別技術近年來已被廣泛應用，其快速、便捷的使用方式極大地方便了人們日常生活，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別廢煙箱的方法，把每個機臺的編號分別用二維碼標識出來，統一貼在煙箱的一側，使用敏捷1090工業固定式二維碼掃描器來讀取每個煙箱的二維碼，其處理芯片采用ARM CORTEX32位高性能解碼處理芯片，產品特點為成像速度快、可自動補光、體積精巧，分辨率達到100萬像素，可直接與工控機USB口連接。在使用時，把二維碼掃描器安裝在旋轉夾臂下方，對準廢煙箱二維碼掃描區域。

1.5 I/O采集模塊

簡單講I/O模塊就是具有通信功能的數據采集/傳送模塊，自身沒有控制調節功能，只是將現場數據送到上位機，或者接受控制中心的數據，對現場設備進行控制。其主要參數為：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場的光電開關信號及廢煙箱到位接近開關狀態，繼電器與現場翻箱啟動開關串聯，通過控制繼電器的通斷來控制翻箱機自身程序的啟動，另一個繼電器與運行指示燈連接，用來顯示稱重系統的運行狀態。

2 廢煙稱重控制系統軟件設計

2.1 軟件編程

本系統軟件程序采用C#進行編寫，它是由C和C++衍生出來的一種安全的、穩定的、簡單的、優雅的面向對象的編程語言。它在繼承C和C++強大功能的同時去掉了一些復雜特性（例如沒有宏以及不允許多重繼承）。C#綜合了VB簡單的可視化操作和C++的高運行效率，以其強大的操作能力、優雅的語法風格、創新的語言特性和便捷的面向組件編程的支持成為.NET開發的首選語言。

系統控制主程序包含系統初始化單元、數據采集與計算單元、輸出單元等。

2.2 廢煙稱重環節

在稱重時，翻箱機提升器向上，反光板跟隨旋轉臂移動至與光電開關同一水平面，光電開關第一次被觸發，此時對數字變送器執行讀取操作，讀取數字變送器寄存器中的數值并進行單位換算，使其符合記錄要求，記為G1；當操作員按下翻箱機操作面板上的“向下”按鈕時，空箱被降下，光電開關第二次被觸發，再次讀取變送器寄存器中的數值，換算后記為G2，得出廢煙重量G3=（G1-G2），調用數據庫功能類實例對數據表做INSERT操作，將G3（殘煙重量）、機臺信息、當前時間插入廢煙重量數據表中。

2.3 建立數據庫

本系統采用MySQL數據庫服務，MySQL是一個關系型數據庫管理系統，由瑞典MySQL AB公司開發，屬于Oracle旗下產品。關系型數據庫將數據保存在不同的表中，而不是將所有數據放在一個大倉庫內，這樣就增加了速度并提高了靈活性。所使用的SQL語言是用于訪問數據庫的最常用標準化語言。MySQL軟件采用了雙授權政策，分為社區版和商業版，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，一般中小型網站的開發都選擇MySQL作為網站數據庫。

3 系統測試

為了驗證廢煙稱重系統的可靠性，將系統設置在Garbuio Dickinson公司生產的S400型廢煙回收設備中，現場計算機通過無線網卡接入WLAN。測試時先將廢煙箱進行人工過磅，用來驗證系統稱重的準確性，然后再將廢煙箱推送到喂料機的翻箱夾臂上，啟動稱重系統，自動稱量廢煙重量，從現場顯示屏上得到結果與人工稱量進行對比，誤差滿足設計要求。

4 結語

經過驗證，本廢煙稱重系統可以自動獲得每個機臺產生的廢煙重量，不再需要人工稱重，節省了勞動力，且有效避免了人工記錄的差錯，管理人員可通過遠程連接，訪問現場工控機，實現遠程統計機臺消耗。