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

0.引言

在煤炭生產領域中，如何有效保護煤炭資源，隨時監(jiān)測煤礦公司 煤炭產量，減少煤礦公司偷稅漏稅違法事件，增加煤礦公司合伙人隨 時了解公司煤炭產量的透明度，在稱重過程中如何有效識別煤矸石等 技術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品很多，其中 比較有代表的是重慶大唐測控有限公司研究的電子軌道稱，這種軌道 稱采用動態(tài)稱重技術，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轉換(一般要求采樣速度為 200sps)，高速采集數據重量數據，通過相應的算法，就可以獲得串車重 量數據，即可以監(jiān)測到數據，即可計算出該單車的重量。這種軌道電子 稱，最大的優(yōu)點是數據采集速度快，采用動態(tài)稱重技術，不需要串車停 下來，既然不影響稱重的精度也不影響生產工作，價格低廉,具有方向 識別功能，使用方便，因此得到廣泛應用。

雖然該軌道稱具有以上優(yōu)點，但是隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，四川 安監(jiān)局及相關稅務部門提出了一些新要求如何做到單車可識別，單車 重量可以詳細記錄，煤矸石可識別，在稱重過程中自動減除煤矸石重 量，各個煤礦產量數據實時聯(lián)網等。目前，大多數煤礦產量監(jiān)測僅限于 各個孤立的煤礦點，未能有效地形成一個產量檢測網絡，因此，如何將 煤礦的產量監(jiān)測起來,并將產量數據實時聯(lián)網，數據實時傳到各個縣 監(jiān)控中心，市監(jiān)控中心，省監(jiān)控中心，方便稅務部門隨時監(jiān)測產量數 據，減少偷稅漏稅違法事件,是本項目的根本目的。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)了這套具有單車識別功能的SR300軌道電子稱。

1.電子軌道稱的基本構成

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

2.技術問題的關鍵

RFID目前主要分兩種，一種是有源RFID，另一種是無源RFID， 有源RF1D信號傳輸較遠，一般采用射頻模塊以一定的時間間隔發(fā)送 ID號，如普遍采用nRF24L01射頻模塊，一般在無障礙物遮擋的情況 下可以達到80米左右;無源RFID —般通過外部天線激勵供電，因此 距離很近，一般能達到4cm左右。在本項目中，顯然只能采用有源 RFID0在系統(tǒng)開發(fā)設計過程中，面臨著幾個技術難題。有源RFID技術 實際上是通過無線通信模塊如nRF24L01發(fā)送識別ID數據，這種數 據需要nRF24L01在一定的時間間隔內發(fā)送數據包，接收方收到該識 別包，就可以判斷對應的標簽從而達到識別物體的目的。這種技術最 大的優(yōu)點就是信號感應距離較遠，距離問題即是優(yōu)點也是技術難點。 有兩點難度:一、有源RFID最大的優(yōu)點就是信號傳輸距離較遠，但是 這項技術用在1.8米左右的車廂上，反而成了缺點，如何解決將RFID 識別卡識別距離有效控制在1.8米左右，串車在行進過程中，是否能 做到識別卡卡號順序與串車單車順序一致，這就是技術難題,如何能 解決單車一對一識別。二、電池供電問題，有源RFID識別卡最大的問 題是這種識別卡需要外部供電，因此，使用壽命非常有限，一般能達到 1年左右就不錯了。

如何解決以上兩個技術難點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。這兩個技術難題如果能得到解 決，項目就很好解決了。

在解決上述問題，我們通過在軌道稱實驗平臺上做了大量的 實驗發(fā)現，可以通過調整識別卡天線的長度控制RF1D識別卡信號感 應的距離，通過反復實驗，可以控制在1.8米到3米左右，但是如何解 決識別卡信號順序問題，這就成了難題。在實際工程實施中，我們將讀 卡器安裝在軌道中央，蓋上一個塑料封罩予以保護。當串車過讀卡器 時，串車一個個通過識別卡讀卡器，依次讀出識別卡數據，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，由于大唐在設計上做得非常科學，在軌道壓力傳感器上 做了兩個壓力傳感器，一個用于稱重，一個用于檢測方向，所以很好配 合我們解決這項技術難題。當檢測到軌道稱是出井方向時，讀卡器將 讀到的數據傳給軌道稱重控制器，軌道稱重控制器，將讀到的重量數 據和對應的識別卡打包,最后傳給上位機，解析就得到了，該車的重量 數據。減去每個串車自身的重量，就得到煤炭的重量數據?，F在的問題 是，在很多時候，煤炭出井并不是全是煤炭，可能還有煤矸石，如何識 別煤炭和煤矸石，這就是個技術難題。目前有很多技術來解決這個難 題，如通過灰度識別技術解決，但是處理起來很麻煩，有待于進一步研 究解決。

3.系統(tǒng)設計方案

3.1系統(tǒng)特點

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)的基礎上設計的，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)能夠對串車車廂進行一一識別，通 過我公司研發(fā)的配套上位機軟件，能準確地計算出每一輛串車車廂整 體重量和車皮重量，并準確計算出該車廂承載的煤炭凈重量,系統(tǒng)能 準確統(tǒng)計煤炭產煤量，完成煤炭產量監(jiān)控功能，減少偷稅漏稅違法事 件以及增加煤礦公司各個股東之間相互監(jiān)督作用;如煤礦公司對本公 司產量有異議，也可以通過系統(tǒng)詳細查詢該公司產煤清單，系統(tǒng)將準 確無誤地列出詳細的數據清單。

3.2系統(tǒng)工作原理

本系統(tǒng)由識別卡、識別卡讀卡器、稱重控制器、稱重傳感器等設備 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具有 唯一編號(ID號)的識別卡，當串車從井下運送煤炭以<20KM/h速度 到達地面時，經過軌道稱重系統(tǒng)在1?2米范圍內,首先被識別卡讀卡 器檢測到車廂ID號，識別卡讀卡器將收刻的車廂ID號按照一定的協(xié) 議格式發(fā)送給稱重控制器，當串車單車車輪壓在稱重傳感器上時，稱 重控制器通過高速A/D轉換，迅速獲取整個車軸的重量數據，每一輛 單車由兩個軸構成，當連續(xù)獲取到兩個車軸重量數據時，表示該單車 稱重完畢;識別卡具有檢測串車是否在電子稱附近的功能,在一定時 間范圍內，稱重控制器讀取識別卡緩沖數據，當發(fā)現識別卡讀卡器緩 沖為空時,表示整列串車已經稱重完畢，然后將數據按照一定的協(xié)議 格式封包，上傳給上位機處理.

3.3異常處理

當本系統(tǒng)在稱重過程中出現車軸數目與對應的識別卡個數不一 致的情況,稱重系統(tǒng)會自動查詢稱重識別卡讀卡器，識別卡讀卡 器會自動按照一定的數據幀格式將收到的識別卡以收卡的順序為隊 列的方式發(fā)送給稱重控制器，稱重控制器會自動校正稱重串 車的序號，重新封包，確認無誤后上傳給上位機。

當出現工作異常的時候，如有人員定位識別卡干擾時，系統(tǒng)會在 一定的時間范圍內檢測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,會自動丟棄該ID數據。

當出現串車停在稱重軌道稱上時，識別卡讀卡器將保留收到的車 廂ID號，稱重控制器將不會結束本次稱重。

當出現串車有一節(jié)或者多節(jié)留在電子秤后面等異常情況時，系統(tǒng) 會自動先將稱重完畢的車廂稱重數據封包發(fā)送給上位機，如果后面的 車廂接著依次壓在稱重傳感器上，仍然能夠準確將稱重數據獨立封包 上傳。

3.4工作狀態(tài)及報警信息處理

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

3.5上位機稱重數據處理

上位機程序采用G/S工作模式，支持監(jiān)控、維護、查詢等操作，當 收到稱重數據后及時解析處理，并顯示對應的車號,對應的重量數據， 產量統(tǒng)計數據等；當收到報警異常數據時，顯示報警信息，報警解除后 正常顯示狀態(tài)信息。

4.實驗結果

本稱重通過栗子坪煤礦基地安裝H&D SR300型遠程單車識別軌 道式稱重系統(tǒng)實地測試。經過現場仔細勘察后，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，整個現場只安裝 了一個軌道稱重系統(tǒng)，為測試方便，采用3輛礦車作為測試對象，每一 輛礦車佩戴一個識別卡，為了方便讀卡器讀卡，現場采取電弧焊接的方式將識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 保護的方式，然后加水泥澆注加固底座。

現場采用一臺PC機作為稱重監(jiān)控測試平臺，該平臺距稱重控制 器僅20米左右，非常方便調試工作。經過現場大量的調試、測試工作， 目前基本能完成單車稱重、除皮、單車識別、產量統(tǒng)計、詳細清單査詢 等功能，從測試結果來看，基本符合預期要求，但遠程數據監(jiān)控等功能 需要外加網絡設備配合做進一步測試，整個系統(tǒng)安裝調試基本順利， 項目最終結果等待驗收。串車單車識別卡佩戴機讀卡器安裝示意閣 (參見圖1)。

5.結論

SR300軌道電子稱是重慶物聯(lián)恒安公司聯(lián)合開發(fā)的 具有單車可識別軌道電子稱。是物聯(lián)網技術與傳統(tǒng)電子軌道稱相結合 的產物。該軌道電子稱，目前在四川敝江基地調試通過，可實現遠程監(jiān) 控產量，稅收等。