電子軌道稱在采煤行業(yè)應(yīng)用很多，但是具有單車識(shí)別功能的電子稱市面上沒有發(fā)現(xiàn)，本文提出了一種帶有串車車箱識(shí)別功能的 軌道稱重系統(tǒng)，該稱重系統(tǒng)能夠識(shí)別單個(gè)車箱，并能快速計(jì)算本車車重，統(tǒng)計(jì)運(yùn)煤量等功能，以達(dá)到稅控目的。

0.引言

在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域中，如何有效保護(hù)煤炭資源，隨時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦公司 煤炭產(chǎn)量，減少煤礦公司偷稅漏稅違法事件，增加煤礦公司合伙人隨 時(shí)了解公司煤炭產(chǎn)量的透明度，在稱重過程中如何有效識(shí)別煤矸石等 技術(shù)是目前煤礦公司亟待解決的問題。為了解決以上問題，近年來在 一些煤礦公司安裝了不少軌道稱,市面上電子軌道稱產(chǎn)品很多，其中 比較有代表的是重慶大唐測(cè)控有限公司研究的電子軌道稱，這種軌道 稱采用動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)，因此，只需要串車以正常工作速度開過裝有 軌道稱的軌道，電子軌道稱以高速A/D轉(zhuǎn)換(一般要求采樣速度為 200sps)，高速采集數(shù)據(jù)重量數(shù)據(jù)，通過相應(yīng)的算法，就可以獲得串車重 量數(shù)據(jù)，即可以監(jiān)測(cè)到數(shù)據(jù)，即可計(jì)算出該單車的重量。這種軌道電子 稱，最大的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集速度快，采用動(dòng)態(tài)稱重技術(shù)，不需要串車停 下來，既然不影響稱重的精度也不影響生產(chǎn)工作，價(jià)格低廉,具有方向 識(shí)別功能，使用方便，因此得到廣泛應(yīng)用。

雖然該軌道稱具有以上優(yōu)點(diǎn)，但是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，四川 安監(jiān)局及相關(guān)稅務(wù)部門提出了一些新要求如何做到單車可識(shí)別，單車 重量可以詳細(xì)記錄，煤矸石可識(shí)別，在稱重過程中自動(dòng)減除煤矸石重 量，各個(gè)煤礦產(chǎn)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)等。目前，大多數(shù)煤礦產(chǎn)量監(jiān)測(cè)僅限于 各個(gè)孤立的煤礦點(diǎn)，未能有效地形成一個(gè)產(chǎn)量檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，因此，如何將 煤礦的產(chǎn)量監(jiān)測(cè)起來,并將產(chǎn)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳到各個(gè)縣 監(jiān)控中心，市監(jiān)控中心，省監(jiān)控中心，方便稅務(wù)部門隨時(shí)監(jiān)測(cè)產(chǎn)量數(shù) 據(jù)，減少偷稅漏稅違法事件,是本項(xiàng)目的根本目的。在重慶大唐和四J11 物聯(lián)恒安有限公司一致努力下，重慶物聯(lián)有限公司聯(lián)合開 發(fā)了這套具有單車識(shí)別功能的SR300軌道電子稱。

1.電子軌道稱的基本構(gòu)成

電子軌道稱主要由軟件和硬件兩個(gè)部分構(gòu)成，硬件部分主要包括 DTK2000電子軌道稱，主控電路板、識(shí)別卡讀卡器、有源識(shí)別卡等。軟 件部分主要包括上位機(jī)程序、主控板程序、讀卡器程序和識(shí)別卡程序 等。系統(tǒng)基本構(gòu)成以DTK2000系列軌道稱為基礎(chǔ),在該系統(tǒng)上集 成RFID,通過FRID有效識(shí)別單車。將單車采集的重量數(shù)據(jù)與RFID 的識(shí)別ID相結(jié)合，從而達(dá)到一一識(shí)別的目的。

2.技術(shù)問題的關(guān)鍵

RFID目前主要分兩種，一種是有源RFID，另一種是無源RFID， 有源RF1D信號(hào)傳輸較遠(yuǎn)，一般采用射頻模塊以一定的時(shí)間間隔發(fā)送 ID號(hào)，如普遍采用nRF24L01射頻模塊，一般在無障礙物遮擋的情況 下可以達(dá)到80米左右;無源RFID —般通過外部天線激勵(lì)供電，因此 距離很近，一般能達(dá)到4cm左右。在本項(xiàng)目中，顯然只能采用有源 RFID0在系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)過程中，面臨著幾個(gè)技術(shù)難題。有源RFID技術(shù) 實(shí)際上是通過無線通信模塊如nRF24L01發(fā)送識(shí)別ID數(shù)據(jù)，這種數(shù) 據(jù)需要nRF24L01在一定的時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)包，接收方收到該識(shí) 別包，就可以判斷對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽從而達(dá)到識(shí)別物體的目的。這種技術(shù)最 大的優(yōu)點(diǎn)就是信號(hào)感應(yīng)距離較遠(yuǎn)，距離問題即是優(yōu)點(diǎn)也是技術(shù)難點(diǎn)。 有兩點(diǎn)難度:一、有源RFID最大的優(yōu)點(diǎn)就是信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)，但是 這項(xiàng)技術(shù)用在1.8米左右的車廂上，反而成了缺點(diǎn)，如何解決將RFID 識(shí)別卡識(shí)別距離有效控制在1.8米左右，串車在行進(jìn)過程中，是否能 做到識(shí)別卡卡號(hào)順序與串車單車順序一致，這就是技術(shù)難題,如何能 解決單車一對(duì)一識(shí)別。二、電池供電問題，有源RFID識(shí)別卡最大的問 題是這種識(shí)別卡需要外部供電，因此，使用壽命非常有限，一般能達(dá)到 1年左右就不錯(cuò)了。

如何解決以上兩個(gè)技術(shù)難點(diǎn)就這一般采用高聚能電池，我們目前 采用的是1400mAH柱式電池供電。這兩個(gè)技術(shù)難題如果能得到解 決，項(xiàng)目就很好解決了。

在解決上述問題，我們通過在軌道稱實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上做了大量的 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可以通過調(diào)整識(shí)別卡天線的長度控制RF1D識(shí)別卡信號(hào)感 應(yīng)的距離，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，可以控制在1.8米到3米左右，但是如何解 決識(shí)別卡信號(hào)順序問題，這就成了難題。在實(shí)際工程實(shí)施中，我們將讀 卡器安裝在軌道中央，蓋上一個(gè)塑料封罩予以保護(hù)。當(dāng)串車過讀卡器 時(shí)，串車一個(gè)個(gè)通過識(shí)別卡讀卡器，依次讀出識(shí)別卡數(shù)據(jù)，就知道這串 車的順序了。軌道電子稱一般安裝在煤礦距離出井口 20米左右的水 平空曠地帶，由于大唐在設(shè)計(jì)上做得非常科學(xué)，在軌道壓力傳感器上 做了兩個(gè)壓力傳感器，一個(gè)用于稱重，一個(gè)用于檢測(cè)方向，所以很好配 合我們解決這項(xiàng)技術(shù)難題。當(dāng)檢測(cè)到軌道稱是出井方向時(shí)，讀卡器將 讀到的數(shù)據(jù)傳給軌道稱重控制器，軌道稱重控制器，將讀到的重量數(shù) 據(jù)和對(duì)應(yīng)的識(shí)別卡打包,最后傳給上位機(jī)，解析就得到了，該車的重量 數(shù)據(jù)。減去每個(gè)串車自身的重量，就得到煤炭的重量數(shù)據(jù)。現(xiàn)在的問題 是，在很多時(shí)候，煤炭出井并不是全是煤炭，可能還有煤矸石，如何識(shí) 別煤炭和煤矸石，這就是個(gè)技術(shù)難題。目前有很多技術(shù)來解決這個(gè)難 題，如通過灰度識(shí)別技術(shù)解決，但是處理起來很麻煩，有待于進(jìn)一步研 究解決。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1系統(tǒng)特點(diǎn)

本套軌道電子稱重系統(tǒng)是在軌道稱重系統(tǒng)和我公司的研制 的KJ-129人員定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，本稱重系統(tǒng)與以往的軌道 稱重系統(tǒng)不同的是：這種稱重系統(tǒng)能夠?qū)Υ囓噹M(jìn)行一一識(shí)別，通 過我公司研發(fā)的配套上位機(jī)軟件，能準(zhǔn)確地計(jì)算出每一輛串車車廂整 體重量和車皮重量，并準(zhǔn)確計(jì)算出該車廂承載的煤炭凈重量,系統(tǒng)能 準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)煤炭產(chǎn)煤量，完成煤炭產(chǎn)量監(jiān)控功能，減少偷稅漏稅違法事 件以及增加煤礦公司各個(gè)股東之間相互監(jiān)督作用;如煤礦公司對(duì)本公 司產(chǎn)量有異議，也可以通過系統(tǒng)詳細(xì)查詢?cè)摴井a(chǎn)煤清單，系統(tǒng)將準(zhǔn) 確無誤地列出詳細(xì)的數(shù)據(jù)清單。

3.2系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)由識(shí)別卡、識(shí)別卡讀卡器、稱重控制器、稱重傳感器等設(shè)備 組成，每一列串車由若干輛單車組成，每一輛單車上都安裝一個(gè)具有 唯一編號(hào)(ID號(hào))的識(shí)別卡，當(dāng)串車從井下運(yùn)送煤炭以<20KM/h速度 到達(dá)地面時(shí)，經(jīng)過軌道稱重系統(tǒng)在1?2米范圍內(nèi),首先被識(shí)別卡讀卡 器檢測(cè)到車廂ID號(hào)，識(shí)別卡讀卡器將收刻的車廂ID號(hào)按照一定的協(xié) 議格式發(fā)送給稱重控制器，當(dāng)串車單車車輪壓在稱重傳感器上時(shí)，稱 重控制器通過高速A/D轉(zhuǎn)換，迅速獲取整個(gè)車軸的重量數(shù)據(jù)，每一輛 單車由兩個(gè)軸構(gòu)成，當(dāng)連續(xù)獲取到兩個(gè)車軸重量數(shù)據(jù)時(shí)，表示該單車 稱重完畢;識(shí)別卡具有檢測(cè)串車是否在電子稱附近的功能,在一定時(shí) 間范圍內(nèi)，稱重控制器讀取識(shí)別卡緩沖數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)識(shí)別卡讀卡器緩 沖為空時(shí),表示整列串車已經(jīng)稱重完畢，然后將數(shù)據(jù)按照一定的協(xié)議 格式封包，上傳給上位機(jī)處理.

3.3異常處理

當(dāng)本系統(tǒng)在稱重過程中出現(xiàn)車軸數(shù)目與對(duì)應(yīng)的識(shí)別卡個(gè)數(shù)不一 致的情況,稱重系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)查詢稱重識(shí)別卡讀卡器，識(shí)別卡讀卡 器會(huì)自動(dòng)按照一定的數(shù)據(jù)幀格式將收到的識(shí)別卡以收卡的順序?yàn)殛?duì) 列的方式發(fā)送給稱重控制器，稱重控制器會(huì)自動(dòng)校正稱重串 車的序號(hào)，重新封包，確認(rèn)無誤后上傳給上位機(jī)。

當(dāng)出現(xiàn)工作異常的時(shí)候，如有人員定位識(shí)別卡干擾時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在 一定的時(shí)間范圍內(nèi)檢測(cè)是否有車軸壓在稱重傳感器上，如果沒有軸壓 在稱重傳感器上,會(huì)自動(dòng)丟棄該ID數(shù)據(jù)。

當(dāng)出現(xiàn)串車停在稱重軌道稱上時(shí)，識(shí)別卡讀卡器將保留收到的車 廂ID號(hào)，稱重控制器將不會(huì)結(jié)束本次稱重。

當(dāng)出現(xiàn)串車有一節(jié)或者多節(jié)留在電子秤后面等異常情況時(shí)，系統(tǒng) 會(huì)自動(dòng)先將稱重完畢的車廂稱重?cái)?shù)據(jù)封包發(fā)送給上位機(jī)，如果后面的 車廂接著依次壓在稱重傳感器上，仍然能夠準(zhǔn)確將稱重?cái)?shù)據(jù)獨(dú)立封包 上傳。

3.4工作狀態(tài)及報(bào)警信息處理

報(bào)警信息包括控制器非法開門報(bào)警、識(shí)別卡讀卡器故障報(bào)警、超 限超重報(bào)警、車軸數(shù)目與識(shí)別卡數(shù)目不一致報(bào)警等，報(bào)警信息按位組 合，封包發(fā)送給上位機(jī);當(dāng)報(bào)警解除后，發(fā)送正常工作狀態(tài)信息。

3.5上位機(jī)稱重?cái)?shù)據(jù)處理

上位機(jī)程序采用G/S工作模式，支持監(jiān)控、維護(hù)、查詢等操作，當(dāng) 收到稱重?cái)?shù)據(jù)后及時(shí)解析處理，并顯示對(duì)應(yīng)的車號(hào),對(duì)應(yīng)的重量數(shù)據(jù)， 產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等；當(dāng)收到報(bào)警異常數(shù)據(jù)時(shí)，顯示報(bào)警信息，報(bào)警解除后 正常顯示狀態(tài)信息。

4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本稱重通過栗子坪煤礦基地安裝H&D SR300型遠(yuǎn)程單車識(shí)別軌 道式稱重系統(tǒng)實(shí)地測(cè)試。經(jīng)過現(xiàn)場仔細(xì)勘察后，選用栗子坪煤礦主礦 井出口 10米處的水平地面作為安裝本系統(tǒng)的場地，整個(gè)現(xiàn)場只安裝 了一個(gè)軌道稱重系統(tǒng)，為測(cè)試方便，采用3輛礦車作為測(cè)試對(duì)象，每一 輛礦車佩戴一個(gè)識(shí)別卡，為了方便讀卡器讀卡，現(xiàn)場采取電弧焊接的方式將識(shí)別卡安裝在車廂底部裸露處;讀卡器采用地面安裝加防水盒 保護(hù)的方式，然后加水泥澆注加固底座。

現(xiàn)場采用一臺(tái)PC機(jī)作為稱重監(jiān)控測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)距稱重控制 器僅20米左右，非常方便調(diào)試工作。經(jīng)過現(xiàn)場大量的調(diào)試、測(cè)試工作， 目前基本能完成單車稱重、除皮、單車識(shí)別、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、詳細(xì)清單査詢 等功能，從測(cè)試結(jié)果來看，基本符合預(yù)期要求，但遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控等功能 需要外加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配合做進(jìn)一步測(cè)試，整個(gè)系統(tǒng)安裝調(diào)試基本順利， 項(xiàng)目最終結(jié)果等待驗(yàn)收。串車單車識(shí)別卡佩戴機(jī)讀卡器安裝示意閣 (參見圖1)。

5.結(jié)論

SR300軌道電子稱是重慶物聯(lián)恒安公司聯(lián)合開發(fā)的 具有單車可識(shí)別軌道電子稱。是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)電子軌道稱相結(jié)合 的產(chǎn)物。該軌道電子稱，目前在四川敝江基地調(diào)試通過，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān) 控產(chǎn)量，稅收等。