賽區：華中賽區

組別：創新產品設計類

項目方案構想及目的：

目前的灰庫管理系統在計費計量信息管理上沒有系統性，操作環節繁瑣，存在眾多安全問題，經濟效益低下，在對貨物計費計量信息化管理方面存在不合理的現狀，如在用戶管理、監控管理、現場管理等方面存在弊端，信息不能達到統一管理。本系統對這些方面進行了完善，開發了基于互聯網計費計量自動化信息管理系統，以實現信息化統一管理、貨物自動化計量計費的目標。這一系統的使用和推廣科學化了工廠信息管理模式，節約了人工成本，增強了作業的安全性、便利性，減少了灰車裝灰流程的時間，提高生產效率，同時，運用互聯網技術清算數據，使數據能夠得到統一管理，方便查閱、追查、統計分析。成功的避免了人為的違規操作等問題。

基于互聯網計費計量自動化信息管理系統實現了信息的管理和控制，整個系統聯網處理，采用計算機統一管理使得貨物計費計量高度自動化，大大提高了系統的精準性。系統通過PLC控制，使得系統整體化，可靠性高、安全性好。軟硬件設計方案可適用于大多運輸行業。數據庫系統實現了用戶基本信息、計費信息等數據的信息化管理，使得廠家可以對貨物計量計費進行科學化管理。采用手機APP技術，實現了用戶信息查詢、自助繳費等，應用十分方便。系統的使用和推廣科學化了工廠信息管理模式，節約了人工成本，增強了作業的安全性、便利性，減少了灰車裝灰流程的時間，極大的提高工作效率，規避不規范操作的出現。

創新描述：

標準化：設計及其實施按照國家和地方的有關標準進行。選用的系統設備、產品和軟件盡可能符合工業標準或主流；

先進性：工程的整體方案將保證具有明顯的先進特征。考慮到電子、信息技術的迅速發展，本設計在技術上將適度超前，所采用的設備，產品和軟件不僅成熟而且能代表當今世界的技術水平。

合理性和經濟性：在保證先進性，滿足用戶需求的同時，以提高工作效率，節省人力和各種資源為目標進行工程設計，充分考慮系統的實用、適用和效益，爭取獲得最大的投資回報率；

結構化和可擴充性：系統的總體結構將是結構化和模塊化的，具有很好的兼容性和可擴充性，既可使不同廠商的設備產品綜合在一個系統中，又可使系統能在日后得以方便地擴充，并擴展電廠未來可能投入量產的其他副產品（例如灰渣，石膏，飄珠等）；

安全可靠：本系統在單獨局域網絡中運行，與電廠其他系統物理隔離。

管理簡單：全面綜合優化、優選，強調以人為本，系統易學易用，實現現代化管理。

項目方案設計及模型設計：

1、系統設計的總體思想是：

通過RFID卡唯一標識每一輛車，同時RFID卡與客戶進行綁定，實現一車一卡，一戶多卡的對應，RFID卡可以實現用戶的手機APP自助充值與信息查詢和自動扣費。粉煤灰的整個銷售流程就是：讀卡——識別——判斷——讀卡。只有系統中登記的有效的RFID卡才能一步一步走銷售流程，直到刷卡結算出廠；若是無效或失效的卡，系統彈出錯誤提示。所有刷卡、識別、判斷過程由程序自動進行，整個裝灰的流程與現在的流程無任何區別，其裝灰流程如圖1。

圖1  車輛裝灰流程圖

首先對用戶進行信息統計，發ID卡，繳費充值，進廠時刷RFID卡、讀取RFID卡信息，確認用戶身份及裝灰等級，秤皮重，根據灰的等級對其進行排隊；等到排隊位置時，語音叫號通知相應車輛到指定的裝車位裝車；車輛到指定裝車位RFID卡讀卡器讀取用戶RFID卡信息，RFID卡信息傳回到后臺服務器，系統核對卡內信息、入廠登記信息、裝灰點灰級設置信息，當各個節點信息核對相符時，系統向門禁PLC發送升起道閘指令，允許車輛進入灰庫，系統根據車輛信息自動裝灰；同時除塵系統開啟，開始除塵，裝車完畢后，除塵系統關閉，刷RFID卡出門禁，車輛到達磅房，讀取稱重信息，自動結算扣費，完成整個流程，出廠。

2、系統的實現技術

A：系統技術平臺選擇

本系統是基于.Net平臺開發，應用SQL Server2005企業數據庫，功能強大，穩定性好。

B：軟件環境：

  服務器操作系統：Windows 2000 Server/XP/2003

  終端操作系統：Windows 2000 Professional/XP/2003

C：“數據庫：  SQL Server 2005（或2000）企業版

D：開發工具：VisualStudio.Net（C#）

E：系統架構：B/S  B/S架構可以實現系統所有功能代碼在服務器上運行，系統數據可統一存儲。

F：通過手機APP來實現信息查詢、充值繳費。

3、系統軟件設計

3.1軟件功能

灰庫監管系統軟件功能分五大塊：客戶管理、監控管理、現場管理、查詢統計、系統設置。功能結構如圖2所示。

圖2  軟件功能模塊

其中客戶管理包括：客戶登記、充值、RFID卡管理、車輛登記；磅房管理：自動稱重、稱重異常報警、結算、打印表單；監控管理：現場抓拍、實時錄像、監控查詢；現場管理：調度管理、門禁管理、LED屏管理、語音播報、異常管理；查詢統計：條件查詢、報表生產、打印；系統設置：用戶管理、日志管理、權限配置。

3.2客戶管理模塊

客戶管理模塊主要是對客戶及車輛進行統一集中管理，利用RFID無線射頻識別系統對車輛進行唯一標識，RFID卡號與車牌號形成一對一關聯。

客戶登記：（包括客戶名稱、RFID卡號、法人代表、客戶類型、聯系方式、聯系地址、備注等信息）添加錄入、修改、刪除、查詢（可按RFID卡號、客戶類型、時間進行查詢，可按客戶名稱進行模糊查詢）和導出表格。

充值：客戶提供車牌號或RFID卡，可以對相應的賬戶進行充值，并打印憑據。

RFID卡管理：查詢RFID卡，管理RFID卡的注銷、鎖定、解鎖。

車輛登記（包括車號、車主姓名、身份證號、RFID卡號、車型、聯系方式、運輸單位、備注等信息）添加錄入、修改、刪除、查詢（可按車號、RFID卡號、時間進行查詢）和導出表格。

3.3控管理模塊

監控模塊管理主要是對地磅稱重流程及現場裝灰流程實時監控，實現抓拍和實時錄像的功能。

現場抓拍

實時錄像

監控查詢

3.4場管理模塊

現場管理模塊主要是要確保只有授權車輛才可以進行裝灰作業，是本系統實現確定客戶、確定車輛、確定時間、確定地點、確定業務行為、可量化確定結果的核心保障，是實現電廠粉煤灰運銷信息自動化管控的核心關鍵。實現粉煤灰出庫業務全面計算機處理，提高公司工作效率和工作質量。及時提供粉煤灰統計信息，提高管理水平，杜絕管理漏洞。為決策者提供更加有效地信息，輔助其做出正確的決策，從而提高公司運營狀況，提升利潤空間。

調度管理：調度管理根據車輛信息、運輸種類、運輸數量、車輛流量、車輛實時排隊情況和灰倉存灰量了，以及調度操作管理員設定的調度策略，對車輛進行統一調度，合理安排，確保車輛快速裝灰，同時，由于自動調度有一定的隨機性，降低了裝灰車輛與特定裝卸人員暗中操作的可能性，為業務運行帶來了節約時間和提升管理效益的好處。調度系統與各控制節點實時聯網，并可以通過現場LED大屏幕實施監控調度。

門禁管理：當車輛進入灰庫，地感線圈檢測到車輛，同時，RFID識別系統將識別到車輛身份信息，控制系統通過網絡通信將這些信息傳輸到服務器管理系統進行鑒證，如果相關信息一致，且裝灰流程狀態正常，則安裝在倉庫門口的道閘會自動升起，地感線圈檢測到車輛通過后，道閘自動下降。車輛駛入灰倉通道，光電感應器感應到車輛到達相應位置后，系統即可正常對灰車進行裝粉煤灰。裝灰完畢后，車輛再次通過門禁，系統更新車輛狀態。

LED屏管理：顯示通知、調度信息。

語音播報：語音播報調度信息。

異常管理：查詢現場裝灰異常情況、裝灰異常情況。

3.5詢統計模塊

統計結算模塊主要是針對粉煤灰的銷售情況以及客戶往來款結算情況進行統計查詢。

條件查詢：對銷售情況統計查詢部分，可按時間統計生成銷售日報、月報、年銷量比較等多種圖表結構；可按粉煤灰和時間統計生成不同粉煤灰生產銷售情況的各種圖表結構；可按客戶統計生成各客戶銷售情況圖表結構等。

報表：生產可根據客戶具體需求制定并生成各種結算報表，諸如各種異常告警和違規操作記錄清單查詢、針對車輛和客戶的各種統計和排序操作等

打印：打印報表。

3.6 系統設置

系統設置模塊主要是對系統初始數據進行設置，包括結算單價、用戶管理、用戶權限配置等。

系統配置：設置粉煤灰結算單價。

用戶管理：系統用戶的添加、修改、刪除、查詢等。

日志管理：記錄系統登錄、異常操作等。

權限配置：配置用戶權限，包括權限的添加、修改、刪除等。

4、系統通信設計

4.1系統拓撲圖

灰庫監管系統的主要硬件包括：數據庫服務器、監控系統服務器、備份服、防火墻、交換機、打印機、RFID讀卡器、攝像頭、LED顯示屏、PLC控制的有網絡通信的道閘。主要設備網絡拓撲圖如圖3所示。

圖3  拓撲圖

4.2系統通信原理

系統的通信采用TCP/IP協議，上位機與PLC的通信采用socket接口技術實現，通過工業以太網進行通信，讀卡器選擇帶以太網接口模塊的，通信原理圖如圖所示：

通信的過程具體如下：

1、車輛進入讀卡區讀取RFID卡，讀卡器讀取卡內信息并將信息發送給PLC控制系統；

2、PLC控制系統按照固定的格式打包信息發給上位機；

3、上位機收到數據包后，解析，并將現場的信息和數據庫中的信息進行比對，將比對結果打包發給PLC控制系統；

4、PLC控制系統根據審核結果控制相應給料機是否進行工作，并將當前的車輛信息、料位計的料位高低、給料機的工作狀態，以及異常情況顯示在PLC控制系統的顯示屏上。

4.3 RFID通信設置

RFID讀卡器設置統一采用定時讀取模式，150ms讀取一次，啟用ID相鄰判別，ID相鄰判別時間為30s，即同一個RFID標簽在一個讀卡器讀取范圍內，第一次讀取和第二次讀取間隔30s，這個設計主要是為了減輕服務器的壓力。

RFID標簽被讀取后傳輸到上位機的通信格式如下：

例：00 00 E3 00 60 19 D2 6D 1C E9 AA BB CC DD 01 51 FF

一個RFID標簽共十七個字節的十六進制數據。

第一個00：開始標志

第二個00：設備號

E3 00 60 19 D2 6D 1C E9 AA BB CC DD：RFID卡唯一ID號

01：天線編號，本次識別來自哪個天線

51：校驗和，計算：從首個字節至倒數第三個字節，共15字節

FF：結束標志

工藝過程流程圖：