管新地，黃德晟

(江西離子型稀土工程技術(shù)研究有限公司，國家離子型稀土資源高效開發(fā)利用工程技術(shù)研究中心，江西 贛州 341000)

20世紀(jì)末，伴隨稀土功能材料、鋼鐵和有色金屬合金材料等領(lǐng)域的快速發(fā)展，稀土金屬的需求量迅速增加。稀土金屬的制備由實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模生產(chǎn)快步走向工業(yè)化生產(chǎn)模式，工藝和設(shè)備不斷進(jìn)步，為稀土新材料的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[1]。稀土金屬的制備方法主要有熔鹽電解法和金屬熱還原法，而其中95%以上的稀土金屬都是采用熔鹽電解法制備。這種方法分為氯化物熔鹽體系稀土氯化物電解工藝和氟化物熔鹽體系稀土氧化物電解工藝[2]。雖然稀土金屬電解生產(chǎn)工藝日益成熟，但稀土金屬生產(chǎn)企業(yè)還應(yīng)繼續(xù)提升自身技術(shù)、提高生產(chǎn)效率、減少污染，特別是響應(yīng)工信部“中國制造2025”計(jì)劃，加強(qiáng)智能化、信息化方面的研究。

稀土金屬打碼目前的工作模式是人工記錄數(shù)據(jù)和手工敲擊打碼，勞動強(qiáng)度大、工作效率低，且可能出現(xiàn)打碼錯(cuò)誤，重新打碼成本高。人工記錄數(shù)據(jù)的方式，手工計(jì)算量大，統(tǒng)計(jì)分析復(fù)雜；且數(shù)據(jù)記錄零散，易出錯(cuò)或丟失，難以復(fù)檢，影響后續(xù)工作。為解決生產(chǎn)實(shí)際問題，本文設(shè)計(jì)了稀土金屬自動打碼系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動打碼、數(shù)據(jù)采集及報(bào)表自動生成等功能，為稀土金屬生產(chǎn)過程智能化、信息化研究提供參考。

1 稀土金屬后處理工藝流程

稀土金屬電解出爐后，經(jīng)一系列工序處理后形成最終的金屬產(chǎn)品。稀土金屬后處理工藝流程如圖1所示。

圖1 稀土金屬后處理工藝流程

稀土金屬脫模出爐冷卻后，手工敲擊剝離其表面的熔鹽，將其放置在旁邊的電子稱進(jìn)行稱重，記錄其重量和生產(chǎn)時(shí)間后在金屬塊表面打碼。整個(gè)流程還是以人工操作為主，特別是手工敲擊打碼過程效率低下、耗時(shí)耗力，急需引入自動化技術(shù)，改變落后的現(xiàn)狀。因此本文設(shè)計(jì)稀土金屬自動打碼系統(tǒng)，可自動打碼及生成報(bào)表，提高打碼準(zhǔn)確率、形成專業(yè)的數(shù)據(jù)報(bào)表，減少人工成本，提高生產(chǎn)效率。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能要求

本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)稀土金屬后處理生產(chǎn)過程中的稱重記錄和打碼的自動化。主要功能有 ：①自動打碼 ：系統(tǒng)自動采集稀土金屬塊重量數(shù)據(jù)，處理后在其表面自動打印產(chǎn)品重量、工位代碼、生產(chǎn)時(shí)間等產(chǎn)品信息標(biāo)簽。②數(shù)據(jù)采集及報(bào)表自動生成 ：自動生成產(chǎn)品信息報(bào)表，包含品重量、工位代碼、生產(chǎn)時(shí)間等信息 ；自動生成生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表，包含爐臺號、領(lǐng)料量、加料時(shí)間、出爐時(shí)間等信息；自動生成實(shí)時(shí)參數(shù)報(bào)表。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)包括電子秤、打碼機(jī)、智能電表和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等設(shè)備，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。綜合考慮現(xiàn)場環(huán)境，采用總線形式和長距離傳輸，而RS232通信方式傳輸距離短，故本項(xiàng)目采用RS485通信方式，電子秤、打碼機(jī)、智能電表皆選配支持RS485串口通訊的型號。電子稱、打碼機(jī)與智能電表以總線形式接入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)安裝定制開發(fā)的軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)稀土金屬產(chǎn)品表面自動打碼、數(shù)據(jù)采集及報(bào)表自動生成。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)開發(fā)

稀土金屬自動打碼系統(tǒng)包含Visual Studio開發(fā)和組態(tài)開發(fā)兩部分，采用Visual Studio開發(fā)實(shí)現(xiàn)稱重?cái)?shù)據(jù)采集與自動打碼功能，利用組態(tài)開發(fā)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及報(bào)表自動生成功能。

3.1 Visual Studio開發(fā)

本系統(tǒng)采用SerialPort類實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)通信。在編程之前，先通過串口調(diào)試助手測試計(jì)算機(jī)串口的數(shù)據(jù)收發(fā)功能是否正常，再按以下步驟進(jìn)行代碼編寫：編寫comm類、注冊串口、打開串口、發(fā)送指令、收到指令并解析數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)并輸出。在數(shù)據(jù)處理過程中要注意字符之間的轉(zhuǎn)換，采用Convert.ToInt32(String,Int32)方法將字符串轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的16進(jìn)制數(shù)據(jù)；采用Convert.ToByte(Int32)方法將16進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。使用自定義截取字節(jié)數(shù)組函數(shù)SubByte(byte[]srcBytes,int startIndex,int length)截取稀土金屬的重量數(shù)據(jù)，與對應(yīng)的生產(chǎn)時(shí)間和工位代碼一起轉(zhuǎn)換成“生產(chǎn)時(shí)間-重量-工位代碼”的格式并返回到系統(tǒng)。根據(jù)打碼機(jī)廠家提供的通訊指令手冊，編寫打碼指令代碼。系統(tǒng)收到返回的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)后自動發(fā)送打碼指令，打碼機(jī)接收指令后根據(jù)指令所規(guī)定的內(nèi)容和格式在金屬塊表面進(jìn)行打碼。

3.2 組態(tài)開發(fā)

出于方便和靈活性考慮，本系統(tǒng)選用“組態(tài)王6.55”作為開發(fā)平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及報(bào)表自動生成功能。根據(jù)系統(tǒng)功能要求進(jìn)行界面開發(fā)，界面直觀友好、操作簡便、功能齊全。主要畫面有：①產(chǎn)品信息報(bào)表畫面：包含產(chǎn)品信息報(bào)表顯示、查詢、保存及打印功能。稀土金屬塊在稱重的同時(shí)，重量數(shù)據(jù)同步傳輸至計(jì)算機(jī)，系統(tǒng)按時(shí)間順序逐行記錄稀土金屬塊產(chǎn)品重量、工位代碼、生產(chǎn)時(shí)間等信息，自動生成產(chǎn)品信息報(bào)表。②生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表畫面：包含生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表輸入、顯示、查詢、保存及打印功能。操作人員在此畫面輸入爐臺號、領(lǐng)料量、加料時(shí)間、出爐時(shí)間等數(shù)據(jù)；系統(tǒng)結(jié)合產(chǎn)品信息報(bào)表，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，可自動計(jì)算每臺電解爐產(chǎn)量、總產(chǎn)量及電解料比等數(shù)據(jù)，形成專業(yè)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)報(bào)表，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可為生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供可靠的依據(jù)。③實(shí)時(shí)參數(shù)畫面：包含實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)表和報(bào)警窗口。通過智能電表采集數(shù)據(jù)，自動生成實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)表，可實(shí)時(shí)顯示每臺電解爐的電流參數(shù)和電壓參數(shù)。報(bào)警窗口設(shè)置限值，當(dāng)電壓或者電流超過設(shè)定范圍會自動報(bào)警。通過本畫面可實(shí)時(shí)觀察現(xiàn)場的生產(chǎn)運(yùn)行情況，一旦出現(xiàn)問題可及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

4 總結(jié)

本文針對稀土金屬后處理生產(chǎn)工藝流程，設(shè)計(jì)了稀土金屬自動打碼系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動打碼、數(shù)據(jù)采集及報(bào)表自動生成等功能。應(yīng)用本系統(tǒng)，可擯棄人工記錄報(bào)表和手動打碼的方式，提高打碼準(zhǔn)確率、降低勞動強(qiáng)度、節(jié)約生產(chǎn)成本、提高工作質(zhì)量與生產(chǎn)效率，有效的推動了稀土金屬生產(chǎn)過程自動化發(fā)展。