摘要：运用自动检测、自动计量、自动灌装、网络传输等设备和物联网、工业互联网、软件开发等信息技术，实现硫酸运输线上预约、车辆识别、自动计量、自动装车、自动结算等功能，提高硫酸装车运输效率，减少安全隐患，降低企业运营成本。通过系统方案、设备选型、系统功能等方面对自动装酸系统设计与应用进行探讨。

　　关键词：硫酸；自动灌装；自动计量；物联网；信息技术

　　硫酸是重要的化工原料，被广泛应用于化肥、冶金、石油、医药等工业生产，主要通过硫磺、硫铁矿和金属冶炼烟气三大途径制取。根据中国硫酸工业协会公布数据，2023年冶炼制酸产量达4500万吨，同比上升7.8%，占全国硫酸总产量的41.2%，历史首次超过硫黄制酸产量，成为我国硫酸产量最大来源，具有硫酸行业里程碑意义。

　　金属冶炼烟气制酸以铜冶炼烟气制取为主，通过烟气净化、吸收、转化等工序得到硫酸，属于铜冶炼的副产品。由于硫酸是危险化学品，储存成本较高，且硫酸生产过程与铜冶炼工艺密切相关，硫酸能否及时储存转运直接关系到铜冶炼能否正常生产，因此如何安全高效的转运硫酸成为铜冶炼厂关注的重点问题之一。

　　针对以上问题，本文提出了一种自动装酸系统。该系统可以实现铜冶炼厂硫酸运输自动预约、自动灌装、自动计量、自动结算等功能，从而提高铜冶炼厂硫酸转运效率。

　　1系统设计

       1.1系统架构

　　自动装酸系统架构可分为基础执行层、现场控制层、系统集成层、分析决策层4个层面。

　　基础执行层主要包含撬装、自动鹤管、电动阀、摄像机、显示屏、道闸、地磅等设备，是系统运行的基础设施条件，为系统完成基本功能提供支撑。

　　现场控制层包含定量控制器、防溢流控制器、电子流量计、工业网络、供配电系统、地磅控制站、监控操作站等设备，通过控制层实现系统数据处理、控制信号生成与传输、系统监控与诊断以及安全性与可靠性保障。

　　系统集成层主要包含网络设备、服务器、数据库、操作系统、监控系统、门禁系统、预约系统、地磅系统、销售系统以及其他ERP系统等软硬件模块，将不同来源、不同功能的信息系统通过网络有机地集成到一个统一的信息管理平台，实现资源共享、数据互通和集中管理。

　　分析决策层是将数据收集，应用大数据、云计算、人工智能等信息技术结合企业生产经营现状进行处理、分析、加工，通过报表、图形等方式将系统运行规律展示出来，为决策管理人员提供总结性依据和预测性研判。

　　1.2设计内容

　　本系统应用模块化设计，主要包含自动装酸系统的线上预约管理功能、车辆身份识别功能、自动计量管理、自动定量装车功能、自动结算功能。

　　系统运行效果为，运酸司机通过手机APP或微信小程序完成装酸预约，系统自动回复预约结果，预约成功后司机根据预约信息按时携带手机及身份证到运酸区门外排队等候，进门时门禁系统录入车辆和司机信息，进门后自动过磅称重，司机刷身份证通过，根据系统提示及路标指示，司机到指定装酸位置刷身份证完成定量装酸，装酸完成后再次进行过磅称重，运酸车辆再次在门禁系统录入司机、车辆信息后离场，系统将相关数据存储并推送至ERP系统完成结算。

　　1.2.1预约管理系统

　　预约管理系统包含合同订单管理、提货单管理、客户管理等模块，企业可根据本公司信息化现状选用软件模块。系统应接入企业ERP系统，以便通过ERP系统获取销售订单信息，预约管理系统根据订单信息和提货车辆信息生成提货单。提货单是司机入场运酸流程的起点，提货单包含司机姓名、联系电话、身份证号码、车牌号、挂车号、行驶证号、装车数量、货品名称、订单编号等信息。可设计使用微信小程序实现预约功能，同时保留web端预约途径，微信小程序具有普及率高，使用便捷，无需单独安装APP等优点，也是当前较为流行的一种客商对接途径。

　　1.2.2门禁管理系统

　　门禁系统一般包含车辆识别模块、前端控制设备、控制系统、执行机构和辅助设施。车辆识别可采用车牌号识别方式、射频识别方式或条形码二维码等标识识别方式实现，考虑便捷性、识别效率以及信息可靠性，可采用最常见的车牌识别方式。前端控制设备主要有读卡器、摄像头、地感线圈探测器、显示屏幕等。控制系统则包含服务器、数据库、控制软件，控制系统须与预约管理系统对接集成，以实现车辆预约信息验证。执行机构主要有道闸、交通灯等设备。为了丰富管理功能，可建设工作站，配备语音呼叫及通讯设备。考虑到冶炼厂生产环境复杂，厂区较大，门禁管理系统使用地点可由企业根据自身情况决定以便更好地管理和提高运酸效率。

　　1.2.3地磅系统

　　地磅系统用于测量车辆的重量，主要有秤体、操作面板、监控设备、管理软件等组成。地磅系统发展已较为成熟，现今大多采用无人值守地磅系统。无人值守地磅系统具有方便、简捷、高效的特点，但由于现场无人值守，应具备防作弊功能，可考虑采用视频防作弊、红外限位防作弊、自动对比防作弊、皮重超差报警防作弊和智能设备防作弊等方式。同时地磅系统管理软件还须与门禁管理系统、企业ERP系统对接集成，以便将称重数据匹配至被测车辆并共享至ERP系统。

　　为确保系统正常运行，避免作弊对系统运行产生影响，对企业造成损失，地磅系统应采用严格的防作弊措施，可采用以下多重防作弊方案。

　　（1）视频防作弊。配置多台高清网络摄像机，24小时不间断监控车辆装车、过磅情况并录像、截图存档，在系统自动称重的过程中，瞬间抓拍前后车牌的两组图片和称重记录同时保存，并把重量数据以及车牌号、时间等都叠加在记录图片上，便于日后调用记录查询的同时也可以调阅当时称重的毛重图片和皮重。所有视频资料全部保存并备份，记录至少保存3个月以上，以供随时查阅。

　　（2）红外限位防作弊。在地磅两端安装一套红外车辆分离器，当称重车辆上地磅时，光栅检测到称重车辆，光栅会通过屏蔽线缆传输信号给系统，系统首先控制信号灯，使信号灯由原来的绿灯变为红灯，提醒其他等候车辆不能上磅，当称重车辆没有完全上磅时，光栅不断发出未完成检测的信号给系统，系统不允许称重，同时通过语音功能提示驾驶员将车开到中间位置，防止称重通过此种途径作弊。

　　（3）自动对比防作弊。自动定量控制系统装车完毕后，会把当前装车计量数据更新到数据库，地磅进行复磅获得净重时自动对比，当差值达到预警线时，会提示无法自动过磅，需由地磅工作人员查看后协助过磅。

　　（4）皮重超差报警。对于车辆不完全上磅或称重增加配重等作弊情况，系统通过自动记忆皮重功能防作弊。即当车辆在本系统中称重过一次后，系统会自动记忆本车牌号的上次皮重，当再次称重时若皮重和上次皮重对比超出偏差值，语音系统会自动通知司机，实现皮重超差自动报警功能。用户可以设置允许的偏差值，如100kg，当皮重上下浮动超出100kg时，系统立即报警，不允许该车称重。

　　（5）智能设备防作弊。系统安装计量防遥控监测仪进行无线遥控防作弊侦测。实时捕捉作弊信号，并记录作弊信号的频率，发射时间等信息，并发出声光报警，配合防作弊管理软件实时显示作弊吨位，并保存作弊报警信息。

　　1.2.4定量装车系统

　　自动定量装车系统由操作员站、定量装车控制器、流量计、控制阀、防溢流、撬装以及相关软件组成。定量装车控制器具有自动化程度高、安全性强、可精确控制、可联网、友好的人机交互界面等特点。撬装一般包含电机、泵体、阀门、管道、鹤管、底座等，可实现快速便捷安装，集多功能于一体。通过撬装及定量控制器，配合防溢流等辅助设备，可实现硫酸自动定量装车。

　　1.2.5自动结算系统

　　自动装酸系统应与企业财务系统或结算系统对接集成，可通过API接口或企业服务总线等方式集成，将相关数据进行传输共享，数据传输应做到稳定、实时、准确、安全。

　　1.3设备选型

　　自动装酸系统是一种特殊的化工行业自动化系统，硫酸的高腐蚀性使得系统在选材方面与石油、天然气等行业相比有所不同，但系统设备种类大同小异，尤其是重点设备都能用到定量控制器和撬装等，辅助设备则基本都是常见的通用设备。自动化系统的核心设备选型直接决定着系统功能能否实现及其运行效果，因此，本文重点讨论定量控制器和撬装选型。

　　1.3.1定量控制器

　　定量控制器是一种用于自动控制流体（如液体或气体）流量的设备，可以根据预设的量或外部信号自动调节流体的流量，确保输送的流体精确达到所需的量。定量控制器可分为容积式、电子式、质量式、体积式、智能式及其他类型，各类控制器各有特色，本文建议采用智能式定量控制器。智能式定量控制器是利用单片机芯片或PLC实现自动化控制，多适用于脉冲输出/电磁流量计、控制阀（包括电磁阀、多段控制阀或电动阀）以及溢流保护装置组成的批量控制系统。智能定量控制器应满足以下功能特点。

　　具有高频CPU，以保证系统快速运行能力；较高分辨率的显示设备及友好的用户界面；拥有足够数量的USB接口、串行通信接口、开关量和模拟量输入输出口；可连接以太网；具有强大的组态软件功能并支持脚本程序；可记录历史数据并支持随时查询，具备数据掉电保护，来电后能继续原工作点的功能；符合电气及网络相关的安全标准，如操作人员密码、系统管理员密码等密码验证功能；具有远程、本地两种操作方式；具有自诊断测试功能；具备防溢流保护连锁控制功能和紧急停止功能；应有较大且精确的量程，以满足装车速度与计量精度，市场现有定量控制器量程可达到近10万m3/h，企业可根据自身硫酸转运能力进行选择；应能适应较大范围的环境温度，考虑到北方气候寒冷，应在-30℃~60℃区间内。

　　1.3.2撬装

　　撬装是一种将多个设备或组件集成在一块平台上的装置，广泛应用于石油、化工、天然气等行业。撬装的设计目的是为了提高设备的安装效率、简化现场施工，并且便于运输和维护。撬装按用途可分为计量撬装、加药撬装、调压撬装、压缩机撬装、加热撬装、分离撬装、发电撬装、消防撬装等，自动装酸系统采用计量撬装。与其他应用场景不同的是，自动装酸系统撬装管道须采用带内衬不锈钢管道，以保证具有耐腐蚀强度，且自动装酸系统撬装应配备自动鹤管。

　　撬装主要包含撬装本体、踏步梯、管道、自动鹤管、防滴漏装置。撬装本体是鹤管、管道等系统的安装基础，应有装车栈桥、斜梯、雨棚、护栏、高空防坠、照明与监控、防雷、防撞杆等设施，设计应稳定坚固，须做防腐处理。由于硫酸具有强腐蚀性，同时考虑成本，管道材料可选304不锈钢无缝管内衬四氟乙烯，部分易腐蚀区域可考虑使用316不锈钢带内衬无缝管，密封圈可采用PTFE增强聚四氟乙烯材料。自动鹤管可采用关节式全自动装车鹤管，应具备全自动、半自动与单轴运行模式，在自动状态出现故障时，可满足手动装车条件。鹤管可采用视觉+激光多传感器组合的方式实现自动对位，自启动至对位完成的时间应在30秒内，垂管与酸罐口中心的定位偏差不应超过±20mm，鹤管口径采用DN100即可，与硫酸接触部分材质尽量采用耐腐蚀强度不低于316不锈钢的材料，运行期间不应有异常噪音且无异常振动。为保证安全及卫生，鹤管水平运动过程中硫酸不应滴到槽车或地面，应在垂管出口的下方安装防滴漏装置，跟随垂管移动，在鹤管垂管离开罐口之后，垂管末端应处于接液托盘的范围内，防止硫酸滴漏。

　　2系统功能

　　2.1预约管理功能

　　预约管理系统可实现运酸订单对接和审批，司机可随时通过微信小程序或电脑端进行过磅预约，系统自动生成提货单并审批。提货单应支持录入或Excel导入，并具有校验车号、身份证号、手机号等数据正确性的功能。数据校验核实后系统可短信或微信通知司机是否预约成功，同时将预约信息一同反馈至司机。

　　2.2门禁系统功能

　　门禁的主要功能是检查和审核车辆，确认进场车辆是否为已预约车辆，同时自动记录车辆的出入时间。当预约车辆到酸库运酸时，地感线圈检测车辆经过，通过道闸摄像头识别车辆牌号，门禁系统将数据传输至预约管理系统进行核验，判断车辆是否已预约，同时对车辆牌号及入场时间自动进行记录。然后应用身份验证对司机身份进行核实，出于安全考虑，一般要求司机刷身份证进行验证登记。登记完成后道闸打开，运酸车辆正常通过。

　　2.3地磅系统功能

　　采用无人值守地磅系统可实现称重数据自动采集、自动判别、自动记录、自动存储、自动传输。通过红外对射传感器检测车辆停车位置满足要求后，启动称重操作，系统至少每间隔5s自动记录一次磅值的数据，具备根据实际需要查询过磅记录的功能，可根据时间查询，防止过磅数据丢失。过磅管理软件集中处理前端设备采集到的信息，完成过磅业务，实现车辆管理、查询统计、生成报表等功能。

　　2.4定量装车功能

　　定量装车系统应具有自检功能，对阀门状态、流量计运行状态，通讯状态有监控功能。可连接电磁流量计，采集电磁流量计的数据，连接电动阀，对阀门进行操作和控制，根据预设量自动控制阀门完成高精度装车。实现各类联锁控制，与溢流报警器、电控钥匙盒、鹤管归位器、道闸等安全设备联锁，当安全设备报警时立即关闭阀门停止装车，避免事故发生，消除整个装车过程的安全隐患。可实时上传下载装酸信息，实时记录报警数据，实现与企业ERP系统对接集成。可根据用户需求定制报表，具备操作记录、设定量、已装量查询功能。

　　2.5自动结算功能

　　自动装酸系统与企业ERP系统对接集成，将硫酸装车数据传输至企业ERP系统，通过ERP系统实现硫酸销售订单与装酸数据匹配，根据售价自动计算预收款，生成应收款项并预制发票，最终计入企业经营财务管理。

　　3总结

　　综上所述，铜冶炼厂通过自动装酸系统可实现硫酸安全高效转运，从而保障铜冶炼正常生产。同时，自动装酸系统的应用可有效推动有色金属企业自动化、信息化建设，提高行业自动化、信息化乃至智能化水平，具有很好的推广意义。