0 引 言

　　水泥是進行現代化建設的主要建筑材料，水泥工業作為我國的基礎工業之一，其發展水平與國民經濟建設息息相關[1]。隨著新型干法水泥生產工藝在我國水泥行業應用，水泥行業的整體生產能力得到了迅速發展，目前，大部分水泥企業在車輛流通管理上制度復雜、設備落后[2]。

　　物聯網[3] 是新一代信息技術的重要組成部分。它是指通過各種信息傳感設備，將任何需要監控、互動的物體和產生的信息，與互聯網結合形成一個巨大的網絡。其目的是實現物與物、物與人，所有的物品與網絡的連接，方便識別和管理。

　　我國是水泥生產和消耗大國，年產量達到17.8 億噸，接近世界水泥產量的50%，國產水泥裝備在國際水泥貿易中的比重已經達到1/3 以上，加大水泥行業管理尤其重要，目前水泥廠主要存在以下問題：

　　(1)水泥銷售及原材料的運輸方式主要以陸路汽車運輸為主，車流量大;

　　(2)由于管理制度復雜、設備落后，同時缺乏有效的調度機制，導致大部分水泥企業廠內車輛亂行無序，故經常堵車，甚至因車輛搶道引發沖突;

　　(3)手續繁瑣，操作人員忙碌不堪，誤操作時常發生，經常會出現因為工作人員疏忽或舞弊，導致某些司機趁機偷料、換料或裝錯品種，造成水泥廠損失[4]。

　　針對以上情況，本文設計了基于物聯網技術的智能水泥發運系統，可實時依據廠內車輛信息和供貨信息有序安排車輛進廠、檢斤稱重，對廠內車輛進行全程監控管理，防止車輛擁堵、作弊、裝錯料和偷料現象的發生，提高了水泥生產企業的效益。

　　1 系統的整體框架設計

　　本水泥發運系統分為數據服務器、調度服務器、門衛、汽車衡檢斤、水泥站臺、下料口六部分。圖1 為水泥發運系統的結構框圖。水泥車輛進廠前在門衛對車輛信息進行登記，并且與IC 卡實現綁定，同時利用RFID 射頻讀卡器給首次進廠車輛發放射頻標簽，司機現場刷卡成功后，數據通過通信模塊上傳到數據服務器，數據服務器經過分析處理、統計存儲做出判斷，通過控制道閘控制系統，車輛引導系統，以及IC 卡[5] 和RFID[6-7] 電子標簽雙重認證實時準確控制車輛的進門、上衡，檢斤計算機與稱重防作弊系統[8] 完成水泥車輛自動稱重，并將數據保存到數據服務器，實現了無人職守汽車衡[9]，通過IC 卡和RFID 電子標簽雙重認證智能控制下料口下料，同時工作人員依靠調度計算機實現對廠內水泥車輛進行全程監控和實時調度。

　　2 系統硬件設計

　　智能水泥發運系統硬件設計主要包括道閘控制系統設計、下料口電氣設計、引導系統設計。道閘控制系統由IC 讀卡器、道閘控制器、地感控制器組成，能夠嚴格控制車輛進出，達到一車一桿，成功解決車輛亂序等問題。下料口電氣主要由IC 讀卡器與RFID 讀卡器組成的雙重認證系統等電氣設備設計而成，保證了車輛只有在正確的下料口才能裝料，避免了偷料、錯裝料等問題。引導系統主要由LED 控制卡與LED 顯示屏、語音聲浪廣播組成，對車輛起到指引作用。

　　2.1 道閘控制系統的設計

　　水泥發運系統通過IC 讀卡器來控制道閘的打開，車輛通過時，地感線圈自動控制道閘落下。因此，必須建立道閘控制器與IC 讀卡器的連接和道閘控制器與地感控制器的連接，道閘控制設計原理如圖2 所示。用IC 讀卡器的繼電器的常開端ON 和公共端COM連接道閘控制器的上UP 和公共端GND，IC 讀卡器的0 V 連接道閘上的關限位繼電器的常閉端，道閘關限位公共端連接道閘控制器的限位公共端V+ 和IC 讀卡器的0 V端口，道閘關限位常開端ON 連接道閘控制器的關限位CL 端，道閘關限位常閉端OFF 連接IC 讀卡器的門磁檢測端口M_C。

　　當IC 讀卡器繼電器吸合時驅動道閘控制器去打開道閘，道閘打開的同時道閘關限位的常閉端OFF 吸合，IC 讀卡器的門磁檢測端口M_C 檢測收到道閘開信號，并將該信號上傳給服務器，完成道閘打開動作。當車輛經過地感時，地感控制器5、6 端吸合，將信號傳遞給道閘控制器關閉道閘，當道閘觸發關限位時，關限位常閉端OFF 斷開，IC 讀卡器門磁檢測端口M_C 檢測到收到道閘關信號，并將該信號上傳給服務器，完成道閘關閉動作[10]。

　　2.2 下料口的電氣設計

　　下料口的電氣設計原理圖如圖3 所示。通過鑰匙開關可以切換手動模式和自動模式，自動模式下，首先進行RFID 射頻認證，然后通過RFID 電子標簽和IC 卡進行比對，認證和比對成功后IC 讀卡器繼電器端吸合及ON 端和COM 端導通，此時繼電器K 動作，9 端與5 端導通，12 端與8 端導通，允許下料指示燈H 亮，控制電路可以控制下料口裝料。當開始下料時擋板關限位斷開，繼電器K1 斷開，IC 讀卡器門磁檢測端口檢測到擋板開信號。當裝料完成時控制電路關擋板，觸發關限位時，K1 繼電器吸合，IC 讀卡器門磁檢測端口M_C檢測到擋板關信號。實現了下料口的自動化和智能化管理，省去了監裝員人工比對的環節。

　　2.3 引導系統設計

　　水泥發運系統采用LED 技術和分區廣播技術為廠內車輛進行作業引導，其中LED 技術采用集群控制LED 顯示屏網絡控制系統，各個LED 顯示屏在局域網內通過TCP/IP 協議與服務器建立連接。系統可以自動合成導航語音，分區加載為車輛全程導航。每個區域都可以播放不同背景音樂節目，系統可隨時終止自動播放狀態，切換到手動控制，進行通知、找人、尋物等事務性廣播。

　　3 系統軟件設計

　　本文設計的基于互聯網技術的智能發運系統軟件主要采用C# 開發語言，以Microsoft Visual Studio 2010 以及Oracle數據庫平臺搭建。基于當前水泥廠發運過程中所存在的問題，所設計的系統流程圖如圖4 所示。

　　根據圖4 所示的流程圖，該水泥發運系統可分為發運服務器軟件、調度管理軟件、門衛管理軟件、RFID 射頻卡管理軟件、檢斤管理軟件、袋裝水泥管理軟件六部分。圖5 是智能水泥發運系統的功能圖。

　　發運服務器軟件是系統的核心部分，包括調度管理、IC射頻管理、引導系統、用戶管理和現場設備管理五部分功能，用于對廠內所有車輛進行全局調度和智能化控制管理。調度管理軟件包括現場管理、人工調度、信息確認和記錄查詢四部分功能，是對自動調度的輔助，當自動調度出現不合理或異常情況時，可以通過人為干預使系統達到最優調度。門衛管理軟件包括進廠管理、出廠管理和補卡三部分功能，完成IC 卡與車輛信息的綁定和IC 卡回收工作。RFID 射頻卡管理軟件包括RFID 電子標簽發送、RFID 電子標簽管理和補卡三部分功能，完成散裝水泥車輛的RFID 電子標簽的發放和管理工作。檢斤管理包括防作弊、稱重和手動控制三部分功能，自動完成車輛稱重操作。袋裝水泥管理軟件包括信息顯示、記錄裝車信息和產量統計三部分功能，完成袋裝水泥車輛的管理工作。

　　4 現場應用系統

　　智能水泥發運系統在鞍山、沈陽等水泥廠使用，各項功能正常，解決了車輛秩序混亂、汽車衡檢斤作弊、下料口偷料裝錯料等問題。日發運量由以前6 000 t 增長到現在8 000 t。圖6 所示的(a)、(b)、(c)分別為現場門口處、汽車衡處、下料口處，(e)、(f)為服務器主界面以及調度主界面的部分軟件界面。

　　5 結 語

　　目前智能水泥發運系統已經完成了所有工作，成功應用于鞍山冀東等水泥廠，系統的設計成功解決了水泥車輛混亂、廠內效率低下、偷料、錯裝料等作弊情況的發生，經運行一年多收到良好的反響，日出廠水泥較以往大幅提升，給水泥廠帶來了巨大效益。目前正打算全面推廣此智能發運系統。