基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

水泥是進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)的主要建筑材料，水泥工業(yè)作為 我國(guó)的基礎(chǔ)工業(yè)之一，其發(fā)展水平與國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)息息相關(guān)％ 隨著新型干法水泥生產(chǎn)工藝在我國(guó)水泥行業(yè)應(yīng)用，水泥行業(yè) 的整體生產(chǎn)能力得到了迅速發(fā)展，目前，大部分水泥企業(yè)在 車輛流通管理上制度復(fù)雜、設(shè)備落后。

物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)的重要組成部分。它是指通 過(guò)各種信息傳感設(shè)備，將任何需要監(jiān)控、互動(dòng)的物體和產(chǎn)生的 信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與 物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別和管理。

我國(guó)是水泥生產(chǎn)和消耗大國(guó)，年產(chǎn)量達(dá)到17.8億噸，接 近世界水泥產(chǎn)量的50%,國(guó)產(chǎn)水泥裝備在國(guó)際水泥貿(mào)易中的比 重已經(jīng)達(dá)到1/3以上，加大水泥行業(yè)管理尤其重要，目前水泥 廠主要存在以下問(wèn)題：

水泥銷售及原材料的運(yùn)輸方式主要以陸路汽車運(yùn)輸 為主，車流量大；

由于管理制度復(fù)雜、設(shè)備落后，同時(shí)缺乏有效的調(diào) 度機(jī)制，導(dǎo)致大部分水泥企業(yè)廠內(nèi)車輛亂行無(wú)序，故經(jīng)常堵車, 甚至因車輛搶道引發(fā)沖突；

手續(xù)繁瑣，操作人員忙碌不堪，誤操作時(shí)常發(fā)生, 經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)楣ぷ魅藛T疏忽或舞弊，導(dǎo)致某些司機(jī)趁機(jī)偷料、 換料或裝錯(cuò)品種，造成水泥廠損失。

針對(duì)以上情況，本文設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能水泥 發(fā)運(yùn)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)依據(jù)廠內(nèi)車輛信息和供貨信息有序安排車 輛進(jìn)廠檢斤稱重，對(duì)廠內(nèi)車輛進(jìn)行全程監(jiān)控管理，防止車輛 擁堵、作弊、裝錯(cuò)料和偷料現(xiàn)象的發(fā)生，提高了水泥生產(chǎn)企 業(yè)的效益。

1系統(tǒng)的整體框架設(shè)計(jì)

本水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)服務(wù)器、調(diào)度服務(wù)器、門衛(wèi)、 汽車衡檢斤、水泥站臺(tái)、下料口六部分。圖1為水泥發(fā)運(yùn)系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。水泥車輛進(jìn)廠前在門衛(wèi)對(duì)車輛信息進(jìn)行登記, 并且與IC卡實(shí)現(xiàn)綁定，同時(shí)利用RFID射頻讀卡器給首次進(jìn) 廠車輛發(fā)放射頻標(biāo)簽，司機(jī)現(xiàn)場(chǎng)刷卡成功后，數(shù)據(jù)通過(guò)通信 模塊上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器經(jīng)過(guò)分析處理、統(tǒng)計(jì)存 儲(chǔ)做出判斷，通過(guò)控制道閘控制系統(tǒng)，車輛引導(dǎo)系統(tǒng)，以及 IC卡和電子標(biāo)簽雙重認(rèn)證實(shí)時(shí)準(zhǔn)確控制車輛的進(jìn) 門、上衡，檢斤計(jì)算機(jī)與稱重防作弊系統(tǒng)完成水泥車輛自 動(dòng)稱重，并將數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人職守汽車 衡，通過(guò)IC卡和RFID電子標(biāo)簽雙重認(rèn)證智能控制下料口 下料，同時(shí)工作人員依靠調(diào)度計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)廠內(nèi)水泥車輛進(jìn) 行全程監(jiān)控和實(shí)時(shí)調(diào)度。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要包括道閘控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、 下料口電氣設(shè)計(jì)、引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。道閘控制系統(tǒng)由IC讀卡器、 道閘控制器、地感控制器組成，能夠嚴(yán)格控制車輛進(jìn)出，達(dá) 到一車一桿，成功解決車輛亂序等問(wèn)題。下料口電氣主要由 IC讀卡器與RFID讀卡器組成的雙重認(rèn)證系統(tǒng)等電氣設(shè)備設(shè) 計(jì)而成，保證了車輛只有在正確的下料口才能裝料，避免了偷 料、錯(cuò)裝料等問(wèn)題。引導(dǎo)系統(tǒng)主要由LED控制卡與LED顯示 屏、語(yǔ)音聲浪廣播組成，對(duì)車輛起到指引作用。

2.1道閘控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)通過(guò)IC讀卡器來(lái)控制道閘的打開，車輛通 過(guò)時(shí)，地感線圈自動(dòng)控制道閘落下。因此，必須建立道閘控制 器與IC讀卡器的連接和道閘控制器與地感控制器的連接，道閘控制設(shè)計(jì)原理如圖 2 所示。用 IC 讀卡器的繼電器的常開端ON 和公共端 COM 連接道閘控制器的上 UP 和公共端 GND，IC 讀卡器的 0 V 連接道閘上的關(guān)限位繼電器的常閉端，道閘關(guān)限位公共端連接道閘控制器的限位公共端 V+ 和 IC 讀卡器的 0 V端口，道閘關(guān)限位常開端 ON 連接道閘控制器的關(guān)限位 CL 端，道閘關(guān)限位常閉端 OFF 連接 IC 讀卡器的門磁檢測(cè)端口 M_C。

當(dāng)IC讀卡器繼電器吸合時(shí)驅(qū)動(dòng)道閘控制器去打開道閘, 道閘打開的同時(shí)道閘關(guān)限位的常閉端OFF吸合，IC讀卡器的 門磁檢測(cè)端口 M_C檢測(cè)收到道閘開信號(hào)，并將該信號(hào)上傳給 服務(wù)器，完成道閘打開動(dòng)作。當(dāng)車輛經(jīng)過(guò)地感時(shí)，地感控制 器5、6端吸合，將信號(hào)傳遞給道閘控制器關(guān)閉道閘，當(dāng)?shù)篱l 觸發(fā)關(guān)限位時(shí)，關(guān)限位常閉端OFF斷開，IC讀卡器門磁檢測(cè) 端口 M_C檢測(cè)到收到道閘關(guān)信號(hào)，并將該信號(hào)上傳給服務(wù)器, 完成道閘關(guān)閉動(dòng)作。

2.2下料口的電氣設(shè)計(jì)

下料口的電氣設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示。通過(guò)鑰匙開關(guān)可 以切換手動(dòng)模式和自動(dòng)模式，自動(dòng)模式下，首先進(jìn)行RFID射 頻認(rèn)證，然后通過(guò)RFID電子標(biāo)簽和IC卡進(jìn)行比對(duì)，認(rèn)證和 比對(duì)成功后IC讀卡器繼電器端吸合及ON端和COM端導(dǎo)通, 此時(shí)繼電器K動(dòng)作，9端與5端導(dǎo)通，12端與8端導(dǎo)通，允 許下料指示燈H亮，控制電路可以控制下料口裝料。當(dāng)開始 下料時(shí)擋板關(guān)限位斷開，繼電器K1斷開，IC讀卡器門磁檢 測(cè)端口檢測(cè)到擋板開信號(hào)。當(dāng)裝料完成時(shí)控制電路關(guān)擋板，觸 發(fā)關(guān)限位時(shí)，K1繼電器吸合，IC讀卡器門磁檢測(cè)端口 M_C 檢測(cè)到擋板關(guān)信號(hào)。實(shí)現(xiàn)了下料口的自動(dòng)化和智能化管理，省 去了監(jiān)裝員人工比對(duì)的環(huán)節(jié)。

圖3下料口電氣設(shè)計(jì)原理圖

2.3引導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)采用LED技術(shù)和分區(qū)廣播技術(shù)為廠內(nèi)車輛 進(jìn)行作業(yè)引導(dǎo)，其中LED技術(shù)采用集群控制LED顯示屏網(wǎng)絡(luò) 控制系統(tǒng)，各個(gè)LED顯示屏在局域網(wǎng)內(nèi)通過(guò)TCP/IP協(xié)議與 服務(wù)器建立連接。系統(tǒng)可以自動(dòng)合成導(dǎo)航語(yǔ)音，分區(qū)加載，為 車輛全程導(dǎo)航。每個(gè)區(qū)域都可以播放不同背景音樂(lè)節(jié)目，系統(tǒng)可隨時(shí)終止自動(dòng)播放狀態(tài)，切換到手動(dòng)控制，進(jìn)行通知、找人、尋物等事務(wù)性廣播。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)軟件主要采用C#開發(fā)語(yǔ)言，以MicrosoftVisualStudio2010以及Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)搭建?；诋?dāng)前水泥廠發(fā)運(yùn)過(guò)程中所存在的問(wèn)題，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)流程圖如圖4所示。

根據(jù)圖 4 所示的流程圖，該水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)可分為發(fā)運(yùn)服務(wù)器軟件、調(diào)度管理軟件、門衛(wèi)管理軟件、RFID 射頻卡管理軟件、檢斤管理軟件、袋裝水泥管理軟件六部分。圖 5 是智能水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)的功能圖。

發(fā)運(yùn)服務(wù)器軟件是系統(tǒng)的核心部分，包括調(diào)度管理、IC射頻管理、引導(dǎo)系統(tǒng)、用戶管理和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理五部分功能，用于對(duì)廠內(nèi)所有車輛進(jìn)行全局調(diào)度和智能化控制管理。調(diào)度管理軟件包括現(xiàn)場(chǎng)管理、人工調(diào)度、信息確認(rèn)和記錄查詢四部分功能，是對(duì)自動(dòng)調(diào)度的輔助，當(dāng)自動(dòng)調(diào)度出現(xiàn)不合理或異常情況時(shí)，可以通過(guò)人為干預(yù)使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)調(diào)度。門衛(wèi)管理軟件包括進(jìn)廠管理、出廠管理和補(bǔ)卡三部分功能，完成 IC 卡與車輛信息的綁定和 IC 卡回收工作。RFID 射頻卡管理軟件包括 RFID 電子標(biāo)簽發(fā)送、RFID 電子標(biāo)簽管理和補(bǔ)卡三部分功能，完成散裝水泥車輛的 RFID 電子標(biāo)簽的發(fā)放和管理工作。檢斤管理包括防作弊、稱重和手動(dòng)控制三部分功能，自動(dòng)完成車輛稱重操作。袋裝水泥管理軟件包括信息顯示、記錄裝車信息和產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)三部分功能，完成袋裝水泥車輛的管理工作。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用系統(tǒng)

智能水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)在鞍山、沈陽(yáng)等水泥廠使用，各項(xiàng)功能正常，解決了車輛秩序混亂、汽車衡檢斤作弊、下料口偷料裝錯(cuò)料等問(wèn)題。日發(fā)運(yùn)量由以前 6 000 t 增長(zhǎng)到現(xiàn)在 8 000 t。圖 6 所示的（a）、（b）、（c）分別為現(xiàn)場(chǎng)門口處、汽車衡處、下料口處，（e）、（f）為服務(wù)器主界面以及調(diào)度主界面的部分軟件界面。

5 結(jié) 語(yǔ)

目前智能水泥發(fā)運(yùn)系統(tǒng)已經(jīng)完成了所有工作，成功應(yīng)用于鞍山冀東等水泥廠，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成功解決了水泥車輛混亂、廠內(nèi)效率低下、偷料、錯(cuò)裝料等作弊情況的發(fā)生，經(jīng)運(yùn)行一年多收到良好的反響，日出廠水泥較以往大幅提升，給水泥廠帶來(lái)了巨大效益。目前正打算全面推廣此智能發(fā)運(yùn)系統(tǒng)。

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