基于MCGS的废铝回炼配料自动计量系统研究

李宏燕，谢翠芳，丁文捷(宁夏大学 机械学院，银川 750021)

基于MCGS的废铝回炼配料自动计量系统研究

李宏燕，谢翠芳，丁文捷
(宁夏大学 机械学院，银川 750021)

为了提高废铝回炼工业叉车称重配料操作效率，根据叉车工作原理和工作过程，设计了基于MCGS的废铝回炼配料叉车自动计量系统。该系统采用2个S型拉力传感器，XST/A数字显示仪表，VS13790计算机；系统硬件结构紧凑，运行可靠。根据生产工艺要求，采用MCGS软件实现对称重数据和配料方案的记录、运算和保存，并可输入、修改和监控配料参数，具有较好的人机操作界面。设计完成的废铝回炼配料自动计量系统安装调试后，不仅使叉车具有搬运和称重的双重功能，而且提高了配料准确性，大幅提高了作业效率和管理水平。

组态软件 自动计量 自动配料 监控

铝作为最重要的有色金属品种之一，广泛用于建筑、运输、国防、包装等行业和日常生活领域。随着社会经济的不断发展，世界多种矿产资源已趋贫脊，使生产成本日渐增高；同时人们对防止污染、加强环境保护越来越重视，转换经济运行方式成为现代工业生产可持续发展的关键因素。由于废铝来源和材料成分的限制，废铝回收再生中需要将分拣完成的各种铝废料进行配料，然后采用叉车按照配料要求叉取不同种类废铝，运输至地秤，称料后再送入料斗，人工计算配料差距并记录最终配比。传统的地磅称重，存在着自动化程度较低的缺点，叉车运动路线长且次数较多，倒车操作尤其多；同时，产生的漏记、错记、计算出错等使配料称重记录不准确，不能为进一步的调整配料工艺提供参照，产品质量难以提高。如何实现自动计量和自动配料以提高叉车作业效率，成为困扰企业生产规模扩大的关键问题。

早在20世纪70年代，美、德等国家首先开发生产了叉车自动称量装置，对于需要进行二次计量的货物，安装该自动称量装置后叉车起运时不必集中开到地中衡上进行称量，可直接把货物送入仓库，同时将货物种类和货物质量通过无线传输方式输入中央控制计算机，使叉车具有搬运与称重双重功能，从而大幅提高了作业效率和仓库管理水平[1]。但是由于造价昂贵，而且叉车的标准和型式与国内的不同，不适合国内现有叉车的改造。国内对叉车自动称重的研究始于20世纪90年代，杨明贵、刘芳辉等人率先阐述了叉车自动称重装置信号转换系统的工作原理，讨论了系统设计与调整的若干问题，给出了设计实例，并对其偏载受力进行了研究[2-3]。李文洲阐述了叉车自动称重装置信号转换系统的工作原理，并通过二维测力和模糊修正的组合方法，为该系统的拓宽应用给出了一种新设计[4-5]。孟兆新等人讨论了叉车自动称重装置称重信号采集系统的设计理论，对信号的采集、理论分析、数据处理和装置的推广应用起到促进作用[6]。张毅、桂卫华等人为了自动精确称量铝水质量，建立了叉车自动称重的数学模型，开发了基于S7-200的叉车自动称重系统，系统采用拉力传感器采集拉力信号，通过PLC进行称重模型计算，采用TD200显示，使叉车具有搬运与称重双重功能，并能超载报警和自动记录工作情况。应用表明，称重精度达到1%，操作方便、安全，提高了作业效率和管理水平[7]。刘美俊、郑志达等人针对叉车的工作特点，探讨了叉车自动称重系统的设计方法，分析了叉车的受力情况，对系统的组成、信号采集、数据处理进行了研究。重点阐述了二维测力和模糊修正的组合新方法，实现了称重的智能化，保证了受载信号的精确度[8]。

但是上述研究均未涉及废铝回炼生产中对自动配料的要求。因此，笔者设计了废铝回炼生产中的自动称重系统，该系统可以实现自动称重和自动配料双重功能。系统硬件组成主要包括2个S型拉力传感器、数字显示仪表和计算机；利用MCGS软件实现称重数据和配料方案的记录、运算和保存，并可通过较好的人机操作界面输入、修改和监控配料参数。设计完成的自动计量系统安装调试后，使用效果良好。

1 叉车自动称重装置系统工作原理

目前国内叉车称重装置的研究主要有三种类型：

1) 根据叉车起升时油缸内油压的变化与装载货物的质量具有一定的对应关系，即通过测量叉车起升时油缸内油压的变化来确定装载物体的质量。但是这种称重方法的主要缺点是由于油缸密封不能保证绝对不泄漏，如果叉车在使用中有一点漏油，就会造成较大称重误差，而且这种测量方法的通用性受到限制。

2) 新增挂板与原挂板间用4个剪力传感器连接，叉件挂在新增挂板上，根据4个传感器所受剪力之和确定叉件上的货重。这种方法的主要问题是难以控制货物在货叉上的载荷重心位置对输出信号的影响[8]。

3) 在起升链下端与起升叉架相连接部位安装单耳拉力传感器，通过测量链张力来求取货物质量[5]。

经过对比分析，本设计采用第三种方法，并利用MCGS软件实现对称重数据的误差修正，叉车称重系统工作原理如图1所示。货物质量通过叉架、挂板、链条等传力机构传递给2个S型拉力传感器，接线盒将2路传感器信号合并成1路信号，经A/D转换器转换成数字信号后由显示仪表显示。

图1 叉车称重系统工作原理

显示仪表在显示的同时，信号经RS-232串行通信口输出至计算机，利用MCGS软件实现对信号的记录、运算、保存、输出及称重配料监控。

2 基于MCGS的废铝回炼配料自动计量系统

2.1MCGS功能简介

MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于Microsoft的系统下运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报表处理、流程控制、实时曲线、历史曲线和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好的特点，比以往使用专用机开发的工业系统更具有通用性，在自动化领域有着更广泛的应用。

2.2生产工艺要求

根据企业目前的生产状况，提出以下生产要求：

1) 生产过程动态模拟，能显示实时的工作状态。

2) 测量数据能稳定显示，对称重误差能够进行补偿修正。

3) 能显示每种物料的目标质量，实际质量及误差值。

4) 存储配方预置，可随时对配方进行调用、修改、删除和查询。

5) 每批配料数据的历史记录保存，可随时对产量及耗料进行班、日、月、年报表查询、统计和打印。

2.3实施方法

2.3.1结构组成及原理

硬件为采用Windows操作系统的计算机，在计算机中安装MCGS监控组态软件，利用组态软件实现传感器信号在监控界面上的实时显示，利用脚本程序完成称重配方数据处理文件。数据处理原理如图2所示。

图2 数据处理原理示意

2.3.2称重监控系统构建

1) 新建MCGS工程，命名为“称重数据处理”。

2) 打开“实时数据库”窗口，新建1个数值型变量和3个开关量，分别为： 测量值，称重按钮指示灯、数据库清零指示灯、数据输出指示灯。

3) 打开设备窗口，单击设备组态，打开工具箱，添加串口通信设备，建立设备通信。

4) 打开“称重数据处理”工程，在用户窗口中新建“窗口1”，“窗口2”。

5) 在窗口1中添加指示灯，利用脚本程序分别设置数据库清零指示按钮和单次称重指示按钮。

6) 在窗口2中添加历史表格，连接数据库文件，利用存盘属性设置数据存储方式。

7) 在历史表格的空白表格单元中输入目标值、平均值、误差修正、称重误差等，建立单元格之间的数据运算连接关系。

8) 添加数据输出按钮和系统输出按钮，利用脚本程序实现按钮操作属性。

3 结束语

随着全球经济的持续增长，自然资源和能源日渐减少与枯竭。发展循环经济，建设资源节约和环境友好型社会，实现经济增长与人口资源环境相协调成为当今社会经济发展的必然趋势。文中笔者设计了基于MCGS的废铝回炼配料自动计量系统，该系统硬件结构紧凑，运行可靠；采用MCGS软件构建了配料监控界面，人机界面较好。设计完成的自动叉车称重系统安装调试后，使叉车具有搬运和称重的双重功能，提高了作业效率和管理水平。

[1]郝小健.叉车自动称重系统的设计[J].起重运输机械，2002(10)： 15-17.

[2]张恒信，杨明贵，刘芳辉.叉车自动称重装置的原理与设计[J].传感器技术，1991(06)： 15-19.

[3]杨明贵，邹卫东，刘芳辉.叉车自动称重装置偏载受力的研究[J].哈尔滨电工学院学报，1992， 15(04)： 337-340.

[4]李文洲.叉车自动称重装置的新设计[J].铁道货运，2000(01)： 50-52.

[5]李文洲，萨殊利.基于模糊修正的叉车自动称重装置[J].北方交通大学学报，1999，23(04)： 122-126.

[6]孟兆新，张元，杨明贵.叉车自动称重装置信号采集系统[J].哈尔滨理工大学学报，2000，5(04)： 39-42.

[7]张毅，桂卫华，田世锋.基于PLC的叉车自动称重系统的设计[J].仪器仪表用户，2001,11(02)： 28-29.

[8]刘美俊，郑志达，张辑，等.基于模糊修正的叉车自动称重系统研究[J].厦门理工学院学报，2010，18(01)： 39-42.

[9]田世峰，杨亭，胡连红.可编程控制器在叉车自动称重系统中的应用[J].中国仪器仪表，2005(05)： 90-92.

[10]李涵养.PLC可编程控制器自动称重系统[J].现代电子技术，2000(09)： 78-80.

[11]鲁开宇.叉车技术的发展[J].叉车技术，2007,18(03)： 3-8.

[12]李昌禧.智能仪表原理与设计[M].北京： 化学工业出版社，2005.

[13]张松涛.基于应变传感技术的智能称重系统设计[J].兵工自动化，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。

宁夏大学科学研究基金项目(ZR1215)。

李宏燕(1976—)，宁夏银川人，现就职于宁夏大学机械学院，研究方向为过程工业设计和控制系统分析，任副教授。

TP29

B

1007-7324(2013)05-0024-03