基于物联网的自主配料系统

[摘要]基于物联网的自主配料系统结合“无人工厂”这一概念，由门禁系统、配料系统、泊车指挥系统以及调度中心四部分组成。各个系统模块在独立完成检测、指挥以及监测的基础上协调控制各条配料输送生产线，完成自主配料功能，此系统的无人化、智能化使得整个配料系统的自动化水平提高，因此增加了配料系统的配料效率以及对配料比的准确性。从而解放了劳动力，为企业解决了因剩余劳动力过多而导致的剩余价值过渡浪费问题。

[摘要]：无人工厂 自主配料 剩余价值

一、 主要研究内容

伴随改革开放的号角，我国的工业生产模式已经逐步由手工、半自动向全自动、智能化甚至无人化方向发展。而自动配料系统是许多精细化工厂生产工艺过程中一道非常重要的工序，各个工厂都投入相当大的财力、物力以及人力去建设自己的配料系统。不容否认的是，只要我们的配料系统中存在活劳动力，就一定存在由这些活劳动力创造的剩余价值。结合“无人工厂”这一概念，小组成员产生“基于物联网的自主配料系统”这一想法。此系统由门禁系统、配料系统、泊车指挥系统以及调度中心四部分组成，各个系统模块在独立完成检测、指挥以及监测的基础上协调控制各条配料输送生产线，完成自主配料功能，从而解放了劳动力，为企业解决了因剩余劳动力过多而导致的剩余价值过渡浪费问题。此系统的无人化、智能化使得整个配料系统的自动化水平提高，因此增加了配料系统的配料效率以及对配料比的准确性。整个系统无论白天和夜里都是在无人看管情况下进行配料操作，一切工作都是由微处理器、可编程控制器以及计算机按程序控制的，值班人员在调度中心可以看到进入配料中心的车辆ID，配料种类，并可通过组态网查看物料剩余情况，还可以通过网略摄像头调看配料现场实时画面，并可对其强行控制。

二、 研究方案

基于物联网的自主配料系统采用支持ISO14443A标准协议的射频卡读取车辆及配料信息，由STM32F103单片机以及西门子PLC S7-300作为核心控制器，使用visual basic语言及组态编程编制上位机，通过zigbee实现各系统之间通信。该系统可以分解成四个基本系统模块：门禁系统、配料系统、调度中心、泊车指挥系统以及通信装置。图 1为该系统的示意图。

当配货车到达配料中心时，货车司机只需把卡片靠近该门禁系统的刷卡机，刷卡机便会读取卡车ID以及需配料信息，并对卡车ID信息进行判断，校验无误后便打开栏杆并把配料编码发送给调度中心，待车辆从出口处此时该配料通道关闭直至该配料车配料完毕从出口再次刷卡后，下一配料车才可以在此通道进行配料作业，此举是为维持配料厂内秩序。该系统共设立两项此通道。配料中心接收到门禁系统传来的车辆信息及配料编码时，对此编码进行解码后发送至PLC进行配料作业，此时调度中心值班人员可在屏幕上调取到到车辆进出口以及各配料端口的视频画面，该视频画面是通过无线路由组成的局域网变送到调度中心的。调度中心值班人员还可以通过组态查看到实时的物料信息包括物料的剩余量及输出量来决定是否购进或生产该物料。当PLC接收到配料中心发送的指令后，做好准备迎接配料车辆到来的工作，当距离传感器检测到配料车量靠近到该配料通道一定距离时，红色指示灯亮起，语音系统发出“请停车”的提醒指令，距离传感器继续检测车连位置恰当与否，并用语音以及灯光提醒其前进或者后退，以此来使配料车辆对准配料带减少配料损失。此配料通道配料完毕后，配料车辆开往下一配料通道，开始下一轮配料，配料作业完毕后，再次刷卡打开出门门禁系统离开配料中心。此配料过程全部实行无人化、自主化以及全程可控化。

三、 具体实施计划

3.1门禁系统

门禁系统采用支持ISO14443A标准协议的射频卡读取车辆及配料信息，配料人员可根据需求再是用卡片之前修改卡内信息，当射频卡读取卡内信息并校验无误后门禁系统打开，并把配料信息传送到调配中心，由调配中心来进行下一步操作。门禁系统还可以控制进入配料中心车辆数量，进而维持配料中心内秩序，此系统我们初步设计为两通道。

3.2 配料系统

配料系统接收调度中心的指令并上电后，皮带驱动电机开始旋转，微处理机根据当前操作控制电机转速。料斗中的物料落在落料区，经皮带运送到达称重区，由电子皮带秤对皮带上的物料进行称重。称重传感器根据所受力的大小输出一个电压信号，经变送器放大，输出一个正比于物料重量的计量电平信号。在上位机上显示当前流量值。同时将此流量信号送至PLC接口，与上位机设定的各种配料给定值进行比较，然后进行调节运算，其控制量送至变频器，以此来改变频器的输出值，从而改变驱动电动机的转速。调整给定量，使之与设定值相等，完成自动配料过程。

3.3 调度中心

调度中心接收门禁系统发来的车辆及配料信息，通过解码后发送给各个配料线路指令，并实时显示在上位机上。调度中心值班人员可以使用VB编制的上位机及组态软件实时查看进入配料中心的车辆以及物料信息，并可对配料的任一环节进行强行控制。

3.4 泊车指挥系统

泊车指挥系统。当驾驶员通过门禁系统到达配料位置时，红灯亮起，并用语音提醒驾驶员刹车。泊车位置采用超声波判断车辆位置合适与否并用语音和指示灯为驾驶员指定移动方向。配料结束后红灯变绿灯，语音播报提醒驾驶员配料完毕。车辆驾驶人员行往下一配料口。

四、基于物联网的自主配料系统的特点及创新之处

“基于物联网的自主配料系统”的主要特点及创新之处是：1.配料工厂无人化，防止剩余价值过渡浪费。系统采用支持ISO14443A标准协议的射频卡读取车辆及配料信息，配料人员可根据需求修改卡内信息，当射频卡读取卡内信息并校验无误后门禁系统打开，并把配料信息传送到调配中心，由调配中心来进行下一步操作，门禁系统还可以控制进入配料中心车辆数量，进而维持秩序。2.调度中心视觉全局化。调度中心值班人员可以实时查看进入配料中心的车辆以及物料信息，并可对配料的任一环节进行强行控制。 3.配料自动化，配料比准确化。配料系统采用西门子PLC S7-300作为控制器，采用工业控制中应用最为广泛的PID调节，根据流量偏差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。4.人性化的泊车指挥系统，最大化的防止物料浪费。当驾驶员快要到达指定泊车位置时，红灯亮起，并用语音提醒驾驶员刹车。泊车位置采用超声波判断车辆位置合适与否并用语音和指示灯为驾驶员指定移动方向。配料结束后红灯变绿灯，语音播报提醒驾驶员配料完毕。

三、 主要观点及应用前景

基于物联网的自主配料系统能把人从配料流程中完全解放出来，在保障配料质量的情况下能使配料效率提高一二十倍，无疑是未来配料工厂的一种发展方向。