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0引言
鐵礦石主要為大宗散狀物料，港口長距離輸送鐵礦石主要以皮帶作為載體[1-3]。目前山東港口集團日照港股份二公司擁有6臺堆取料機、4臺裝車機和27條帶
式輸送機，皮帶總長約16.8km，在實際港口礦石的卸船和裝車作業(yè)中，司機室一般由單人作業(yè)，要兼顧較多的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，很難達到面面俱到，如果出現(xiàn)疏忽，將造成堆取料機、裝車機等大機故障等重大損失。為了解決這個問題，最好將大機作業(yè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_中控室，并通過邏輯分析，智能提供報警信號，這樣可以實現(xiàn)由單獨的前端顯示，變成前端顯示、后臺報警的作業(yè)模式，由人工觀察變?yōu)橄到y(tǒng)自動報警，更好地杜絕安全隱患。為了及時掌握和控制各類帶式輸送機上物料流量狀況，保證安全生產(chǎn)，需要通過皮帶秤對皮帶上物料的流量信息及時采集記錄。隨著智能電子皮帶秤的快速發(fā)展，流量監(jiān)控成為可能[4]，然而，據(jù)現(xiàn)場考察和皮帶秤生產(chǎn)廠家了解，6臺堆取料機皮帶流量秤積算器沒有配備通訊接口板，4臺裝車機和2條帶式輸送機無通訊連接，相關(guān)線纜接口都需重新配置，因此設(shè)計通用接口實現(xiàn)遠程的監(jiān)控管理尤其重要。
1皮帶秤系統(tǒng)設(shè)計原則
1）穩(wěn)定可靠性
監(jiān)測系統(tǒng)在港口環(huán)境中使用，應(yīng)該適應(yīng)港口生產(chǎn)環(huán)境，能夠提供7×24h的穩(wěn)定可靠運行，保證生產(chǎn)的連續(xù)性和安全性，因此系統(tǒng)新增硬件設(shè)備需為工業(yè)級設(shè)備，且滿足-20℃～70℃的工作條件。
2）操作便捷性
系統(tǒng)操作界面應(yīng)該符合人機界面設(shè)計原則，操作簡單便捷，現(xiàn)場設(shè)備應(yīng)該模塊化設(shè)計，易于故障檢修維護或是設(shè)備更換。
3）開放易拓展性

皮帶流量監(jiān)測系統(tǒng)后續(xù)將被皮帶智能監(jiān)控項目集成，故需要開放數(shù)據(jù)相關(guān)接口以及通信協(xié)議，支持OPC和RestfulAPI接口。
2皮帶秤系統(tǒng)設(shè)計方案
2.1設(shè)備通信接口
6臺堆取料機安裝的是MT2101流量計量儀表，而該型號的皮帶秤流量積算器沒有配備通訊接口板，只能單機司機室監(jiān)測當前流量，無法實現(xiàn)遠程輸出通訊功能，且6塊通訊板工作不穩(wěn)定，4臺裝車機和2條帶式輸送機無通訊連接，無法監(jiān)控流量。需要新增12臺數(shù)據(jù)采集和通訊模塊（串口服務(wù)器），實現(xiàn)6條堆取料機皮帶，4臺裝車機皮帶，2條輸送皮帶的皮帶秤積算器的數(shù)據(jù)讀取如圖1所示。

圖1設(shè)備通信接口

本系統(tǒng)中要讀取的數(shù)據(jù)包括：帶式輸送機運行狀態(tài)、皮帶實時流量、皮帶累計流量三組參數(shù)。
2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成如下圖2所示，系統(tǒng)主要分現(xiàn)場設(shè)備層、過程監(jiān)控層、信息管理層。其中設(shè)備層的大機上面含有如圖1所示的積算器，積算器通過通訊板卡或者特定接口與串口服務(wù)器連接后，通過架設(shè)的無線網(wǎng)絡(luò)接入局域網(wǎng)中，監(jiān)控終端采集數(shù)據(jù)后，直接顯示在終端屏幕上，實現(xiàn)過程實時監(jiān)控，并同步保存在關(guān)系數(shù)型據(jù)庫中，系統(tǒng)將單獨開發(fā)OPC服務(wù)器數(shù)據(jù)接口，供外部WEB終端和移動終端進行數(shù)據(jù)訪問。

圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

2.3傳輸網(wǎng)絡(luò)搭建
由于港口現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，監(jiān)控中心與堆取料機、裝車機和皮帶的距離遠，并且大機沿軌道長距離移動作業(yè)，采用有線傳輸則非常困難，因此設(shè)計采用無線方式進行計量數(shù)據(jù)的傳輸，系統(tǒng)分為上位機、下位機（計量分站）組成的分散結(jié)構(gòu)。由1臺上位機通過無線局域網(wǎng)絡(luò)連接分散在計量現(xiàn)場的下位機（計量分站）。皮帶秤流

量計量儀表增加通訊接口板，儀表采集的皮帶秤流量數(shù)據(jù)通過接口板將數(shù)據(jù)發(fā)送到無線以太網(wǎng)上，上位機配置OPC，公司內(nèi)部其它管理計算機也可以通過網(wǎng)絡(luò)查詢上位機上的實時或歷史產(chǎn)量數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。
圖3中SR、ZC、BH/BJ分別代表堆取料機、裝車機和皮帶線，屬于港口現(xiàn)場設(shè)備層，串口服務(wù)器和基站屬于過程監(jiān)控層，服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和訪問端屬于信息管理層。

圖3傳輸網(wǎng)絡(luò)搭建

2.4軟件架構(gòu)與監(jiān)控端
圖4為系統(tǒng)的軟件模式架構(gòu)，其中目前使用的組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)由易控軟件開發(fā)，易控（INSPEC）是一套通用的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）軟件，亦稱人機界面
（HMI/MMI）軟件，俗稱組態(tài)軟件，易控組態(tài)軟件本身為專門工廠級自動化應(yīng)用量身定制，在穩(wěn)定性、可靠性、采集速度等方面都有壓倒性的優(yōu)勢，因此本系統(tǒng)繼續(xù)采用易控組態(tài)軟件進行監(jiān)控部署。
3皮帶秤系統(tǒng)系統(tǒng)功能
3.1流量監(jiān)控
圖5為流量監(jiān)控畫面，其中SR1-SR6分別顯示6臺堆取料，ZC1-ZC4分別顯示4臺裝車機，BH1和BJ1分別為兩個流程的皮帶線，從示意圖中可以看出主要數(shù)

據(jù)有：主積累、瞬時流量、載荷、速度等。系統(tǒng)可以有效地對設(shè)備物料輸送流量的參數(shù)進行監(jiān)控。

圖4軟件架構(gòu)

3.2實時曲線

圖5流量監(jiān)控

3.4警報記錄

圖7歷史曲線

圖6為皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)對堆取料機、裝車機、皮帶實時流量的監(jiān)測畫面，根據(jù)實時曲線可以顯示大機負載隨時間的變化趨勢和大機運行工況下系統(tǒng)變化的趨勢，有利于卸船流程和裝車流程中物料流量的控制，減少由于超負荷運轉(zhuǎn)導(dǎo)致設(shè)備壽命的損傷。

圖8為皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)的警報記錄，由于運輸?shù)呢浳锓N類（礦球、粉末、水濕貨等）和皮帶寬度不同（卸船流程1.8m、裝車流程1.4m），因此需要根據(jù)流程設(shè)置報警的閥值，當皮帶上的運載貨物瞬間流量超過設(shè)定值，報警系統(tǒng)就會及時的顯示和發(fā)出預(yù)警信號提醒司機調(diào)整流量。
3.3歷史曲線

圖6實時曲線

圖8警報記錄

圖7為皮帶秤監(jiān)測系統(tǒng)對堆取料機、裝車機、皮帶歷史流量的監(jiān)測畫面，在大機皮帶秤數(shù)據(jù)傳輸過程中，帶式輸送機工作狀態(tài)及工作參數(shù)以預(yù)設(shè)定的時間間隔進行自動記錄，橫坐標表示時間t/s，縱坐標表示物料質(zhì)量m/t，記錄內(nèi)容為當前時間、大機工作狀態(tài)、負載參數(shù)，通過歷史曲線，可以和工藝圖結(jié)合對應(yīng)分析大機設(shè)備工作情況，及時查找出大機設(shè)備的故障原因。例如3#堆取料機在2019年11月12日05:43~09:43時間段內(nèi)最
大流量為7438.12t/h，最小流量0t/h。歷史流量曲線更能監(jiān)測出卸船/裝車流程工藝，這對評價卸船作業(yè)和裝車作業(yè)的質(zhì)量具有重要的意義。
4結(jié)束語
皮帶秤流量監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了物料流量的實時遠程監(jiān)控管理，研究了皮帶秤系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及其中的關(guān)鍵技術(shù)，但該系統(tǒng)基站信號無線傳輸主要通過4G信號，在數(shù)據(jù)傳輸速度和傳輸能力上存在一定的不足，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，基于5G信號的數(shù)據(jù)傳輸是下一步的主要研究方向。

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