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远程I/O实时监测控制箱在柳钢轨道衡自动计量中的应用

2023-08-24 78 上传者：管理员

摘要：介绍了在传统钢铁行业从规模向质量转型发展的形势下，一种远程I/O实时监测控制箱在柳钢无人、自助、智慧计量系统轨道衡计量中的应用情况，分析了远程I/O实时监测控制箱使用的重要性和必要性，详细介绍了该控制箱的整体结构以及各模块在计量系统中发挥的作用和创造的效益。

关键词：
;自助计量
信息化
无人计量
智慧计量
远程I/O实时监测控制箱
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“中国制造2025”行动纲领的颁布与执行，标志着以智能制造为核心的新一代信息化技术与制造业加速融合，已成为全球先进制造业发展的突出趋势。钢铁工业发展到现阶段，正处于转型升级的关键时期，从传统的向规模要效益的扩大产能重复建设模式将逐渐转到绿色、智能为主题的高质量发展轨道上来[1]。到2025年，我国的钢铁工业将基本形成产业布局合理、技术装备先进、质量品牌突出、绿色智能化水平高、全球竞争力强的发展格局，实现向高质量发展的历史性跨越，引领世界钢铁工业发展。

1、柳钢检斤计量现状

在钢铁行业大规模转型成高质量行业的整体形势下，柳钢集团作为我国华南、西南地区乃至泛北部湾经济圈的特大型钢铁联合企业，目前拥有柳州本部、防城港钢铁基地和玉林中金不锈钢基地三大生产区域，随着柳钢产业规模的扩大，多元产业的快速发展，多基地物资转运模式的增加，行业转型的不断推进，各基地单独进出厂以及各基地之间互相转运的计量业务的需求越来越大，要求的精度越来越高。然而计量业务工作目前面临着管理模式、人力资源、过磅效率三方面的巨大压力。传统的司磅员现场作业的计量模式不仅耗费大量的人力资源，存在着较大的安全隐患，而且由于人工现场操作环节多，需要人工判断的节点也多。例如过磅限位靠人工从现场摄像头观察所得，存在人为操作失误以及人为作弊风险，痛点明显，该模式已经不再适应柳钢集团的高速发展形势，所以建立一套能够覆盖多基地、无人、高效、智能化、拥有多重防作弊机制、具有大数据分析功能的检斤计量信息系统势在必行。当无人化、智能化的检斤计量系统上线运行后，原有的司磅人员现场过磅模式不再采用，以机器视觉取代人工视觉的方式在提升准校验确率时，所涉及到的现场相关过磅辅助设备比如探照灯、服务器、摄像头、激光对射等设备的开关重启控制，也应由现场人员控制优化为远程集中操控，既提高计量工作效率，降低现场工作强度，也减少人为作弊风险。

2、远程I/O实时监测控制箱

本文主要介绍一种自行设计开发的能够提高无人值守岗位比例和自动化远程控制水平，减少手工操作和值守人员的远程I/O实时监测控制箱，能够辅助实现柳钢轨道衡远程无人值守过磅功能。由于冶金企业的轨道衡多为矿石、煤、焦炭等大宗原燃料进厂及产品出厂所使用，因此现场环境相对复杂，粉尘扬尘严重，对安装于现场的设备、设备线路提出了较高的防水、防尘要求，且根据现场定制化管理要求，该控制箱应外观整洁、结构坚固、性能安全可靠。经过多次修改与选型，最终设计出了如图1所示的I/O控制箱。

2.1 I/O控制箱外观与电源模块

该远程I/O实时监测控制箱（以下简称I/O控制箱），包括不锈钢箱体、电源模块（1、2）、I/O控制DI与DO模块（3～12）、继电器控制模块（13～18）、接线端子模块（19～34）。

图1 I/O控制箱结构示意图

I/O控制箱的不锈钢箱体为整个设备系统的外在保护箱体，箱体使用304不锈钢材料，设计尺寸为600 mm*500 mm*150 mm，左开门设计（带锁），下方配置3个防尘进线孔，内设安装背板，箱体背面四角开四个支架孔（配安装支架），箱体与箱门之间配置密封条，起到隔绝灰尘，保证内部清洁作用。

I/O控制箱的电源模块由空气断路器（1）和24 V开关电源（2）组成，提供24 V输入电压给I/O控制模块（3～12）以及与I/O控制模块连接的继电器线圈（13～18）的控制电源端子a、b。

2.2 I/O控制模块现场数据监测功能的实现

I/O控制箱的DI模块（3、4、5、6）设计连接接线端子（31、32、33、34）上端，接线端子下端与火车轨道衡现场的4组激光对射限位设备输出端相连，负责现场轨道衡配置的激光对射定位信号的实时接收，4组激光对射限位设备分别位于同一车箱的两组转向架的车轮两端空位以及该节车厢前后空位处，只有当4组激光对射限位装置经遮挡触发后又同时处于未遮挡状态时，收到限位信号的称重服务器逻辑上认为该节车厢已经停在正确的位置，此时方可解除过磅限位锁定，允许系统进行下一步自动过磅操作。

2.3 I/O控制模块断电重启功能的实现

I/O控制箱的DO控制模块主要负责远程重启现场各类设备，恢复其正常运行的功能。其中DO4通道（7）连接继电器（13）线圈控制电源端子b，作为继电器动作线圈24 V负极，配合24 V开关电源（2）提供的24 V正极接到继电器（13）动作线圈控制电源端子a，从而控制继电器（13）的线圈动作。而继电器（13）的c端子为触点常开输出端，d端子为触点常闭输出端，e端子为输入端。继电器（13）作用为控制称重采集服务器电源重启，故接触点常闭端子。d端子下端接至常闭OUT4接线端子（19),e端子下端接至IN4接线端子（25）。接线端子（25）接入220V电压电源火线（L）端，接线端子（19）接入称重采集服务器电源火线端。需要重启时，I/O控制模块DO4通道（7）给出电压控制继电器（13）线圈动作，常闭触点d断开，从而切断称重采集服务器的220 V电源火线，服务器关机。DO4通道（7）停止给电压，继电器（13）线圈复位，d触点闭合，220 V电源火线接通，称重采集服务器的供电恢复，成功开机，从而实现远程重启控制称重采集服务器，在采集服务器出现故障时不再需要人工到现场干预。

同理I/O控制箱的DO控制模块DO5通道（8）配合继电器（14），同样采用以上方法控制动态车号识别服务器电源通断路，实现远程重启控制。DO控制模块DO6通道（9）配合继电器（15），采用以上方法控制火车轨道衡摄像头电源通断路，实现远程重启控制。DO控制模块DO7通道（10）配合继电器（16），同以上方法控制火车轨道衡硬盘录像机电源通断路，实现远程重启控制。

在现场过磅设备采用了远程断电重启功能后，既节省了人工现场干预的人力成本，又极大降低了现场过磅设备故障恢复等待时间，为保证柳钢繁忙的进出厂过磅业务顺行提供了基础条件。

2.4 I/O控制模块的远程开关功能的实现

I/O控制箱的DO控制模块DO8通道（11）连接继电器（17）线圈控制电源端子g，作为继电器线圈24 V负极，配合24 V开关电源（2）提供的24 V正极接到线圈控制电源端子f，从而实现控制继电器（17）的线圈动作。

I/O控制箱中继电器（17）的h端子为触点常开输出端，i端子为触点常闭输出端，j端子为输入端。继电器（17）作用为控制现场过磅电铃，当静态轨道衡每一节车皮过磅完成时以打铃的方式通知现场调车员，故接触点为常开端子，日常不连通。h端子下端接至常开OUT8接线端子（23),j端子下端接至IN8接线端子（29）。IN8接线端子（29）接入220 V电压电源火线（L）端，OUT8接线端子（23）接入过磅电铃电源火线端。每节车皮过磅完成需要打铃通知现场人员时，I/O控制模块DO8通道（11）给出电压控制继电器（17）线圈动作，常开触点闭合，从而接通过磅电铃的220 V电源火线，电铃工作。DO8通道（11）停止给电压，继电器（17）线圈复位，h触点断开，220 V电源火线断开，过磅电铃停止工作，从而完成整个远程控制电铃流程，实现静态轨道衡的远程集中过磅。

同理I/O控制箱的DO控制模块DO9通道（12）配合继电器（18），采用以上同样方法控制火车轨道衡现场照明灯的开关，配合时控开关并联，实现自动/手动远程控制轨道衡照明，在正常天气环境下，到点自动打开/关闭照明，在某些非正常的天气环境下（如阴雨天等较暗环境）则可以远程手动开启照明，保证现场环境亮度满足轨道衡过磅需求。

另外，I/O控制箱的接线端子模块（19～34）起到保证箱体内走线整齐，接线安全作用。

3、远程I/O实时监测控制箱匹配监控软件

远程I/O实时监测控制箱完成现场设备安装、接线与调试后，柳钢技术人员独立开发了与之匹配的监控软件，如图2所示。根据I/O控制箱所监控反馈的现场设备状态以及提供的远程控制功能分别针对各个静态轨道衡、动态轨道衡及铁水秤开发制作了电铃与照明的远程控制功能，还开发制作了采集服务器、称重仪表、车号识别服务器、摄像头与硬盘录像机等现场运行设备的断电重启恢复功能，并在过磅软件中实时监控火车停车限位状态并由软件做好控制判断，出现停车异常时及时报警提示人工处理。

图2监控界面

4、在轨道衡自动计量中的应用

该远程I/O实时监测控制箱外观设计简洁明了、结构坚固、防尘防水、内部走线整齐利于维护使用、性能安全可靠，目前应用于柳钢本部16台静态、动态以及铁水秤等无人值守的轨道衡，并逐步推广到防城港钢铁基地和玉林中金不锈钢基地，现场使用效果显著。该远程I/O实时监测控制箱实现了自动判断火车车厢停车是否到位，若停车到位则自动解除软件过磅锁定，排除人为因素影响，极大地减少误差，保证了称重数据的可靠性；当现场轨道衡的称重采集服务器、动态车号识别服务器、摄像头与硬盘录像机出现蓝屏卡死等不可控意外故障时，可以从上层服务器端远程控制此类现场设备通断电重新启动，从而恢复现场设备正常运行，平均故障恢复等待时间不到10 s；同时，通过该远程I/O实时监测控制箱还能够远程控制现场过磅电铃，快速通知现场随车调车员当前车皮的过磅完成情况，提高集中端与现场端的沟通效率；还能够在阴雨白天能见度过低以及入夜时定时自动或远程手动控制开启轨道衡现场照明灯光进行补光，保证现场环境满足过磅的要求。

5、结束语

该远程I/O实时监测控制箱的推广应用，优化了柳钢轨道衡计量系统中人工去现场重启恢复设备或者开关照明设备的环节，不仅极大地降低了人力成本，提高了工作效率，还大大缩短了设备故障恢复等待时间。为柳钢繁忙的进出厂过磅业务顺行提供了基础条件，也为柳钢推行无人计量、自助计量、智慧计量实现多基地数据分析联动提供了必要条件，为建设AI智慧计量解决方案支撑钢铁主业，加快发展向海经济，实现三基地协同发展、扩展“一体两翼”钢铁发展版图和柳钢综合物流竞争力的全面提升打下坚实基础。

参考文献:

[1] 冶金建设国家队智能化､绿色化之路[EB/OL].

文章来源:吴俊熠.远程I/O实时监测控制箱在柳钢轨道衡自动计量中的应用[J].工业控制计算机,2023,36(08):52-53.