大红山汽车衡手持卸货系统的设计与实现

匡胜徽 吕凤花

（1.昆钢信息中心； 2.昆明工业职业技术学院）

1 需求背景

目前，在昆钢的大部分生产单位及分子公司已经实现了汽车进出厂物资的远程无人值守集中计量。集中计量系统的上线和运行在很大程度上遏制了计量作弊行为的发生，降低了计量工作的成本，并显著提升了计量作业的效率。但在物资的卸货验收环节，为了保证数据传递的及时性和可靠性，当前大多数生产单位采用的是联机数据传输方式，即在物资卸货验收工序中使用计算机与有线网络连接以进行数据传输，验收人员通过计算机在线查验物资计量信息并进行卸货确认（写入卸货标识等关键信息）操作。这种信息传递方式的优点是保证了数据交互的及时性与准确性，但是其高度依赖于网络在线，因而限制了汽车衡远程计量系统在工况环境复杂、不便敷设有线网络及部署无线网络等场合的应用，尤其是在矿山生产环境中。以昆钢大红山矿业公司为例，不同等级的矿石品种繁多[1]，堆场环境较为恶劣且地点更换频繁，卸货地点也常有变动。若采用有线连接的方式敷设光缆和安装网络设备以进行卸货信息的采集与传输，则成本较高；若采用无线网络进行通信，则会受到网络信号的稳定性和传输距离等因素的制约，并且可能会在数据传输的可靠性和时效性等方面形成瓶颈，甚至造成计量作业信息流的断裂和计量系统的失效；因此，如何保证在矿区堆场没有网络接入的前提下，仍然能够以一种低廉、可靠、安全的手段来实现卸货数据的查验和传输，以保障计量作业的闭环控制，是矿区堆场卸货环节中必须解决的重要问题。

2 业务流程分析与设计

为了克服汽车衡计量系统在离线状况下采集信息的不足，本文旨在提供一种通过离线终端获取卸货信息的方法，以实现离线情况下以计量卡（它是一种IC卡，具有存储信息的能力）为载体并利用离线手持终端写入卸货信息，在车辆卸货后进行空车计量时读取卸货信息。通过对汽车衡计量作业的关键环节进行业务分析，得知汽车衡计量主要包括以下业务步骤：

（1）拉载物资的汽车在进入矿区时领取计量卡，每一辆与矿业公司具有物流业务往来的载重汽车在进厂时都被发放一张计量卡，该卡属于IC卡，被作为存储计量信息的载体；且该卡的卡号和物理序列号均被预先录入到汽车衡远程计量系统的数据库，该过程在集中计量系统的业务中可被视作IC卡的注册与分配管理。

（2）在重车过磅时，司机插卡到远程计量终端机，远程计量终端机内的IC读卡器（远程计量终端机的机柜内安装有IC读卡器）读取计量卡的卡号并通过汽车衡计量系统的后台程序写入相关运输信息（例如关键的信息有车牌号、物料名称、发货单位、收货单位、承运单位、重车计量时间等）到计量卡内，同时将上述信息记录到汽车衡远程计量系统的数据库，并产生该条记录的计量操作编号；

（3）司机在完成重车过磅后，持计量卡抵达料场或堆场等待卸货；卸货员刷自己的身份卡（也属于IC卡，每个卸货员均有一张身份卡，它与计量卡在外形和材质上相同，但是功能不同，是专门分配给卸货员使用的，对卸货员实行“一人一身份卡”绑定）登录手持终端卸货管理系统；登录成功后，手持卸货终端将根据身份卡显示卸货员的身份信息（例如卸货地点、卸货人、卸货人所属部门、当前时间等）；若登录失败，则被认为该身份卡为无效，禁止与卸货有关的操作。

（4）卸货员在查验货物后，通过手持卸货终端读取（手持卸货终端具有读写计量卡的功能）计量卡内的重车运输信息（例如物料名称、收货单位、发货单位、计划卸货地点等）并根据实际的卸货类型进行卸货确认，此时计量卡就被写入卸货确认标识、卸货地点、卸货人、卸货时间等字段，表明该车物资已经卸货并确认验收。

（5）司机完成卸货后，回到磅房进行空车计量。司机插计量卡到远程计量终端机，此时远程计量终端机读出计量卡内的卸货信息（包括卸货确认标识、卸货地点、卸货人、卸货时间）并根据计量卡号和计量操作编号实现卸货信息（卸货确认标识、卸货地点、卸货人、卸货时间）在汽车衡远程计量系统中对应记录的更新。

（6）远程计量终端机将本次计量过程的完整记录信息（车牌号、物料名称、收货单位、发货单位、承运单位、卸货人、卸货地点、卸货时间、毛重、皮重、净重等）显示到屏幕上供司机核对。若无异议，则在远程计量终端机打印计量凭证，并通过远程计量终端机内置的IC读卡器清空计量卡内的信息（除卡号之外的所有字段信息均被清除，以方便下次计量）。

也就是说，汽车衡远程计量系统依赖于计量卡，通过计量卡号将卸货信息读出，并实现与过磅数据的同步，形成完整的汽车物资运输信息；至此，一次完整的计量流程已结束。

上述卸货类型包括卸货确认、退货且过磅、退货不过磅、复磅。卸货员在核实重车物资运输信息后，根据实际业务情况选择对应的具体的卸货类型。如果需要对应“退货且过磅”或“复磅”，也需要在手持终端机上执行“退货且过磅”或“复磅”操作，同时仍然需要再次过磅，只不过所谓的“空车过磅”实际上还是原来的重车重量，得到的净重为0。

汽车衡计量作业所涉及的主要内容是矿山企业在生产过程中物资计量数据的采集与同步，生产过程流程管理，它属于矿区生产物资物流信息的跟踪处理范畴。汽车衡远程计量系统是基于网络技术、计算机技术、自动化技术建立的一套针对汽车物资运输的监控和管理系统，而计量卡、身份卡、IC读卡器、手持卸货终端、远程计量终端机、磅房、料场、堆场均属于汽车衡远程计量系统的软、硬件设备和基础设施。汽车衡远程计量系统依赖于计量卡提供物资的装货信息、承运信息、卸货信息、重量信息的完整记录，以计量卡进行物资跟踪标识，形成物流信息的跟踪和追溯。

上述汽车衡卸货验收系统仅属于昆钢集中计量整体业务系统中的一个子集，为了更加简单地阐述卸货验收环节的信息传递过程，尤其是针对物资信息的查看和卸货标识的写入操作，卸货验收过程可以通俗的理解为：计量卡是一个类似于U盘的存储工具，在重车过磅时，录入车牌号、物料名称、发货单位、收货单位、承运单位、重车计量时间、计划卸货地点等信息；重车抵达卸货点时，通过离线卸货终端读取信息并确认卸货和写入卸货地点、卸货人、卸货时间等信息。相对于依赖有线网络的信息传递方式，这种通过离线卸货终端来读写IC卡则更加强调业务流程的改进和信息流的闭环控制，该流程是专门针对“在无网络（无论是有线网络还是无线网络传输）或网路不可用的情况下，无法采集卸货数据而引起的物流信息链断裂”而设计的，以实现在恶劣环境下尤其是偏远的料场、井下卸货点等不通网络的情况下，通过计量卡携带卸货信息并形成卸货信息的同步更新。

3 卸货验收系统的实现

3.1 系统软硬件环境

由于IC卡具有存储容量大和使用寿命长的优点，且IC卡便于随身携带，故在工业控制和一卡通计费项目中常使用IC卡作为信息存储的介质[2]。在大红山矿业的汽车衡卸货验收系统中，使用的IC卡芯片类型为Philip Mifare1-S70（简称M1-S70），该项目采用的读写器为“明华奥汉HD-600”手持POS机，其中M1-S70卡片的块号范围为0-255，卡片有4 K的存储空间，即32个小扇区和8个大扇区[3]。

在具体的汽车衡计量业务逻辑中，使用了32个小扇区的前16个（0～15）单元。小扇区的结构为：每个小扇区有4块（块号顺序为0～3，其中含1个系统保留块和3用户自由块），每块16个字节，合计64字节；其中第3块为密钥和控制字节，它为系统控制区而不可写入，否则IC卡将会被损坏；大红山汽车衡计量应用程序的业务数据只使用了前3块（即第0，1，2块），因此前48字节对用户是完全开放的，用户可以自由的对这些区块进行读和写操作。汽车衡卸货验收系统所涉及的具体扇区、块号用途及详细的读写规则见表1。

昆钢大红山汽车衡卸货验收系统的程序开发环境为ARM Developer Suite v1.2，平台提供了类C语言和相应的示例代码，程序开发人员能够借助“明华奥汉HD-600”读写器厂商提供的SDK较为轻松地实现程序的编辑、编译与烧录。

表 1 大红山矿业公司集中计量IC卡区块划分规则

3.2 卸货信息查验步骤

（1）卸货员登录：卸货员刷个人身份卡以登录手持卸货终端机。堆场卸货人员必须在刷身份卡登录后才能够执行与卸货有关的操作，选择“卸货员登录”菜单，系统验证成功后即可看到卸货员姓名、卸货地点、卸货卡编号等信息，见图1、图2。

（2）查验卸货信息：在确认重车卸货后，通过手持卸货终端读计量IC卡（车证卡）以得到详细的物资信息，并与重车计量单据上的信息进行比较和核对。查验物资信息可通过选择开机画面上的菜单项“读车证卡”，并将车证卡靠近手持终端的感应区，在屏幕上即可显示该卡对应的卡号、车号、物料名等信息，这些信息的真实性需人工审核，若不属实则拒绝卸货。查验卸货信息的具体操作见图3、图4。

图 1 卸货员登录

图 2 卸货员身份信息

图 3 读计量IC卡

图 4 查看卸货信息

（3）卸货操作：堆场卸货人员在确认车证卡信息真实有效后，根据实际情况选择相应的卸货选项。若要执行卸货操作，应选择相应的卸货操作选项来完成（写入）对应的卸货类型。

图 5 卸货确认选项

若确认卸货，则在卸货终端的屏幕中给出“卸货确认成功”提示信息，见图5、图6。至此，表明卸货验收已经完成，驾驶员便可携带计量IC卡回到磅房进行空车计量。

4 关键业务逻辑代码

4.1 卸货操作子菜单列表的定义

针对大红山汽车衡卸货的业务类型和实际情况，将卸货验收分为四种类型，对应着手持卸货终端的四种卸货操作选项，如图5所示。

图 6 卸货操作成功

（1）卸货确认：正常卸货时使用该选项，绝大多数情况下应使用该选项。

（2）退货且过磅：若需要退货且承运单位（驾驶员）要求核查货物重量时使用该选项。

（3）退货不过磅：直接退货，承运单位（驾驶员）不要求核查货物重量时使用该选项。

（4）复磅：若对货物重量有疑问，或需要扣重的情况下使用该选项。

上述四种卸货类型在程序实现中对应的业务代码如下：

4.2 卸货操作子菜单核心实现代码

卸货操作的关键是要在IC卡区块划分规则指定的空间内写入当前的卸货信息：即卸货员姓名、卸货地点、卸货时间、卸货标识。其中卸货标识（1代表“卸货确认”；2代表“退货且过磅”；3代表“退货但不过磅”；4代表“复磅，重新过磅”）是由卸货人员键入的“卸货操作选项”来作为函数的输入，它是由单个字符表示的卸货标志值。

5 应用效果

在大红山矿区卸货操作过程中使用“明华奥汉HD-600”型手持读写器作为离线卸货终端，它采用高速32位ARM9 Risc微处理器架构，针对Philip Mifare1-S70非接触式卡片具有较高的读写速度。实际测试表明，实现对单张卡片64个扇区的全区块读写，耗时仅需2～3 s；在卸货验收的工序中，卸货信息的写入只需1 s。

在汽车衡计量作业的整体管控中，卸货验收系统为汽车衡远程计量系统提供卸货信息，以便与对应的重车过磅数据同步，从而形成一条有关汽车物资的装货信息、空车计量信息、重车计量信息、承运信息、卸货信息的完整记录，方便汽车物流信息的跟踪和追溯。昆钢大红山汽车衡卸货验收系统已经使用多年，它作为昆钢集中计量系统的一个子集，有效地克服了在缺少网络接入条件时采集卸货信息的缺陷，其有益的效果是实现了在离线情况下矿区物资信息的采集和同步，保证计量过程信息流的畅通和完整。同时扩展了“汽车衡远程计量系统”的适用范围，即便在频繁更换堆场、卸货地点不固定、甚至是井下计量等场合，利用离线手持终端也能实现正常的卸货操作。 同时，由于汽车衡的卸货及进出厂流程较为典型，对相关程序只需做较小的改动就可适用于其他类似场合，因此本系统具有一定的应用推广价值。