姜海罡 魏金輝 王松軍

摘 要：本文介紹了動(dòng)態(tài)軌道衡計(jì)量方法：分別從硬件判別和軟件判別兩種方式分別對(duì)程序算法進(jìn)行闡述。硬件判別方式下介紹了接近開(kāi)關(guān)的開(kāi)孔位置計(jì)算，接近開(kāi)關(guān)判別方式、軟件判別方式下邏輯判別方法。并介紹了兩種判別方式的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：軌道衡;計(jì)量方法;平臺(tái)識(shí)別;跳變

中圖分類(lèi)號(hào)：TH715.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0084-02

0 引言

動(dòng)態(tài)軌道衡用于稱量行駛中火車(chē)驅(qū)動(dòng)的車(chē)廂或載重車(chē)體的軌道衡。動(dòng)態(tài)衡計(jì)量方式有整車(chē)計(jì)量、轉(zhuǎn)向架計(jì)量等。承重臺(tái)有單臺(tái)面和雙臺(tái)面等多種。動(dòng)態(tài)軌道衡由承重秤臺(tái)、稱重傳感器、計(jì)算機(jī)等硬件組成。計(jì)量操作時(shí)，列車(chē)以小于15km/h的速度勻速或勻減速通過(guò)秤臺(tái)，軌道衡軟件自動(dòng)判別車(chē)頭和貨車(chē)，動(dòng)態(tài)軌道衡軟件處理后可顯示出稱重車(chē)體的重量、速度等數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)軌道衡具有功能完備、操作方便、效率高、可靠性高的特點(diǎn)。

1 動(dòng)態(tài)軌道衡秤體簡(jiǎn)單介紹

編制動(dòng)態(tài)軌道衡軟件計(jì)量部份前需要了解如下內(nèi)容：

1.1 秤體基本結(jié)構(gòu)

動(dòng)態(tài)軌道衡秤體基本結(jié)構(gòu)由秤體、過(guò)渡器、接近開(kāi)關(guān)、重量傳感器、傳感器基礎(chǔ)等部分組成。稱重秤臺(tái)的作用為均勻承受載重車(chē)體，并通過(guò)傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出給計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)采集裝置，其中過(guò)渡器的作用為使機(jī)車(chē)車(chē)輪可以平穩(wěn)的過(guò)渡到秤體臺(tái)面上，減少對(duì)秤體沖擊，一方面降低沖擊對(duì)機(jī)械秤體的沖擊，頻繁的沖擊會(huì)造成傳感器位置、角度位移造成輸出信號(hào)不穩(wěn)定，避免過(guò)度的沖擊造成機(jī)械秤體和重量傳感器的損壞，兩一方面可以使傳感器輸出穩(wěn)定隨重量變化而變化，不至于出現(xiàn)離散的高沖擊信號(hào)的出現(xiàn)，為程序處理做好數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1.2 秤體主要數(shù)據(jù)

秤重車(chē)體需要了解的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)包括：L2-稱重車(chē)體長(zhǎng)度，l1-車(chē)輪組車(chē)輪間距，l2-車(chē)輪組間距，l3-相鄰車(chē)輪組距離，l4-車(chē)體間聯(lián)掛長(zhǎng)度，R1-車(chē)輪直徑。在沒(méi)有物理秤體或秤體未安裝完成時(shí)，無(wú)法采集實(shí)際過(guò)車(chē)的重量變化數(shù)據(jù)用以繪制曲線，為便于找出重量變化規(guī)律，可以根據(jù)上述測(cè)量的長(zhǎng)度數(shù)據(jù)模擬繪制出重量變化曲線。

1.3 接近開(kāi)關(guān)安裝位置的確定

秤體接近開(kāi)關(guān)的安裝位置需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算得出。接近開(kāi)關(guān)的作用是車(chē)輪經(jīng)過(guò)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，輸出閉合開(kāi)關(guān)量給計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)采集裝置，用于判斷車(chē)輪經(jīng)過(guò)數(shù)量。在程序中將用于判斷載重車(chē)體、機(jī)車(chē)的相關(guān)邏輯判斷，目前動(dòng)態(tài)單臺(tái)面計(jì)量邏輯基本上不需要接近開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)量輔助判斷，但是在多臺(tái)面或特殊秤重車(chē)體的邏輯判斷時(shí)，還需要用接近開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)量輸入作為邏輯的輔助判斷。安裝位置計(jì)算方法如圖1所示。其中l(wèi)為接近開(kāi)關(guān)的最大反應(yīng)距離，r為車(chē)輪直徑，可以輕易的計(jì)算出lx進(jìn)而確定接近開(kāi)關(guān)位置。秤體實(shí)際安裝調(diào)試接近開(kāi)關(guān)時(shí)注意，接近開(kāi)關(guān)應(yīng)距離上軌面5-10mm，以防止車(chē)輪夾帶氧化鐵皮、石子或其他異物損毀接近開(kāi)關(guān)。

1.4 動(dòng)力機(jī)車(chē)的形式

確定驅(qū)動(dòng)計(jì)量車(chē)體的動(dòng)力機(jī)車(chē)形式，不同機(jī)車(chē)廠家生產(chǎn)的機(jī)車(chē)尺寸存在差異，這將影響程序中濾除車(chē)頭具體的邏輯算法。在不同現(xiàn)場(chǎng)濾除車(chē)頭的邏輯算法應(yīng)稍有變化，以適應(yīng)實(shí)際情況下應(yīng)用驅(qū)動(dòng)車(chē)型的濾除。在特殊的工況下，例如工礦企業(yè)自制的驅(qū)動(dòng)機(jī)車(chē)，那么邏輯中就應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的機(jī)車(chē)過(guò)衡曲線定制編制濾除車(chē)頭邏輯。

2 計(jì)量方式確定

下面以單秤面轉(zhuǎn)向架計(jì)量方式為例簡(jiǎn)要介紹計(jì)量方式的確定方法。應(yīng)用轉(zhuǎn)向架計(jì)量方式秤體長(zhǎng)度必須滿足以下基本條件見(jiàn)圖2所示。

3 稱重車(chē)體重量的邏輯判斷方法

（1）采樣時(shí)間：一般程序、硬件采集時(shí)間間隔設(shè)置為5ms，需要特殊說(shuō)明的是一般采樣硬件板卡或具備暫存的硬件采集裝置能夠做到，但是由于系統(tǒng)軟件平臺(tái)和程序機(jī)制等原因，軟件處理可能做不到處理這樣小的采樣間隔，計(jì)算秤臺(tái)長(zhǎng)度一般按20ms采樣時(shí)間間隔計(jì)算。軟件處理采集數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，或多或少將會(huì)對(duì)重量計(jì)算精度造成影響，目前已經(jīng)有具備暫存功能的硬件采集裝置的模擬量一邊等待軟件處理的模擬量采集板卡，對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)算處理精度的提高具有很大作用。

滿足上述開(kāi)關(guān)變化量的重量值進(jìn)行累計(jì)平均排差等計(jì)算得出來(lái)被秤重車(chē)體重量。來(lái)車(chē)方向不同時(shí)均可以按照此公式計(jì)算秤重車(chē)體位置。

（3）數(shù)據(jù)的有效采樣數(shù)：當(dāng)稱重車(chē)體依照小于一定的速度勻速或者勻減速通過(guò)秤體時(shí)，剛接觸到秤臺(tái)的瞬間，雖然有過(guò)渡器的作用不會(huì)對(duì)秤臺(tái)造成劇烈的沖擊，但是也會(huì)造成秤臺(tái)重量數(shù)據(jù)輸出有很大的變化。重量的變化形成一個(gè)類(lèi)似正弦震蕩波形，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在數(shù)據(jù)累加、計(jì)數(shù)的過(guò)程中應(yīng)該采用正波數(shù)據(jù)，但是如果采用整波采集累計(jì)的方式將會(huì)產(chǎn)生計(jì)量累計(jì)誤差，如果使用半波累計(jì)方式可以解決上述問(wèn)題，即有效采樣數(shù)據(jù)。半波累計(jì)方式即：只累計(jì)下降波形部分，排除無(wú)法控制的進(jìn)入段、離開(kāi)段誤差較大且無(wú)法判別的排除的數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備與平滑。接收并采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（data_new）并保存在存儲(chǔ)單元中，確定數(shù)據(jù)分析的平均次數(shù)（N），建議取值為5-10，這樣既不影響數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，也可以保證分析得到的數(shù)據(jù)結(jié)果的穩(wěn)定性。首先建立上述的平均次數(shù)（N）的數(shù)據(jù)組（data_1[]），用于處理實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)初始化過(guò)程，當(dāng)開(kāi)始數(shù)據(jù)分析過(guò)程時(shí)，數(shù)據(jù)組（data_1[]）內(nèi)全部放置第一次得到的數(shù)據(jù)（data_new）。循環(huán)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（data_new），將數(shù)據(jù)組（data_1[]內(nèi)數(shù)據(jù)依次前移，并將最新得到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)放置在數(shù)據(jù)組最后一位（data_1[N] ）中，總之?dāng)?shù)據(jù)組（data_1[]）中始終保存實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)最新的N個(gè)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)平均過(guò)程，對(duì)于得到的實(shí)時(shí)數(shù)組（data_1[]）進(jìn)行平均計(jì)算得到平均后數(shù)據(jù)（data1）。并記錄數(shù)據(jù)的采集時(shí)間t1。重復(fù)上述步驟并連續(xù)獲得連續(xù)的三個(gè)平均后數(shù)據(jù)（data1，data2，data3）和三個(gè)時(shí)間參數(shù)（t1，t2，t3）。平均后數(shù)據(jù)結(jié)果用于以后的數(shù)據(jù)分析過(guò)程，這樣就可以將一些離散的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠交?，利于以后的?shù)據(jù)邏輯計(jì)算。

（5）機(jī)車(chē)的濾除與K的取值：如果現(xiàn)場(chǎng)來(lái)車(chē)情況固定，即固定方向來(lái)固定車(chē)頭，則k值即為該車(chē)頭軸數(shù)。如果來(lái)車(chē)方向不固定，且車(chē)頭前后上秤不固定，車(chē)頭種類(lèi)不固定，k值的取值采取下列方式實(shí)現(xiàn)：要判斷車(chē)頭在前、后和車(chē)頭類(lèi)別。只要對(duì)車(chē)頭先上秤的情況分清，對(duì)于后上秤的車(chē)頭，由于不滿足取數(shù)的公式判別條件，而不會(huì)對(duì)稱重車(chē)體取數(shù)工作帶來(lái)影響。首先確定車(chē)頭種類(lèi)：常用的包括：蒸汽機(jī)車(chē)、內(nèi)燃機(jī)車(chē)、工礦機(jī)車(chē)。根據(jù)機(jī)車(chē)輪距與秤臺(tái)長(zhǎng)度、接近開(kāi)關(guān)的位置關(guān)系，找出對(duì)應(yīng)每種機(jī)車(chē)的圖形關(guān)系。

（6）軟件判斷重量作用平臺(tái)方法：在轉(zhuǎn)向架計(jì)量方式下，兩節(jié)稱重車(chē)體勻速通過(guò)秤臺(tái)理論重量波形如圖3所示。在實(shí)際中，重量模擬信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成為電數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，通過(guò)對(duì)連續(xù)變化的重量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以邏輯判斷的方式自動(dòng)濾除車(chē)頭等動(dòng)力裝置，將通過(guò)秤體的稱重車(chē)體重量分析計(jì)算并輸出的過(guò)程。此圖只表示稱重車(chē)體的重量理論取值判斷，沒(méi)有考慮機(jī)車(chē)頭重量波形。

（7）重量數(shù)據(jù)的跳變與數(shù)據(jù)作用平臺(tái)的判斷。數(shù)據(jù)跳變：指的是連續(xù)變化的數(shù)據(jù)在短時(shí)間內(nèi)數(shù)值變化比較大稱為數(shù)據(jù)的跳變，在轉(zhuǎn)向架計(jì)量方式中，取得在前轉(zhuǎn)向架作用段，將存儲(chǔ)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行順序翻轉(zhuǎn)，并順序分析，如果發(fā)現(xiàn)該后一個(gè)數(shù)據(jù)比前一個(gè)數(shù)據(jù)?。ɑ蛘呖梢赃B續(xù)判斷多次，每次數(shù)據(jù)均比上次數(shù)值小），則說(shuō)明時(shí)到達(dá)了第一個(gè)平臺(tái)A1處，將較大的數(shù)據(jù)E1保存在內(nèi)存中，作為識(shí)別平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)值，如果重量數(shù)據(jù)Dn滿足在一定公式計(jì)算的范圍之內(nèi)：|Dn-E1|<=E1*n;【Dn-當(dāng)前采集重量值（重量瞬時(shí)值）;E1-標(biāo)志值（取值見(jiàn)上面說(shuō)明）;n-參數(shù)變量（變化取值）】則說(shuō)明重量還在平臺(tái)A1的范圍內(nèi)變化，否則說(shuō)明數(shù)據(jù)已經(jīng)脫離了平臺(tái)A1;再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行順序的比較，如果再次發(fā)現(xiàn)后一個(gè)數(shù)據(jù)比前一個(gè)數(shù)據(jù)小，則說(shuō)明時(shí)到達(dá)了第一個(gè)平臺(tái)A2處，將較大的數(shù)據(jù)E2保存在一個(gè)變量中，作為識(shí)別平臺(tái)A2的標(biāo)準(zhǔn)值，如果重量數(shù)據(jù)滿足在一定的范圍之內(nèi)，|當(dāng)前值-E2|

實(shí)時(shí)處理后轉(zhuǎn)向架，按照上述的方法可以得到后轉(zhuǎn)向架的重量平均值M2，M=M1+M2即可得到整個(gè)貨車(chē)的重量。同理整車(chē)計(jì)量方式也可以通過(guò)相同的邏輯判斷方法求得整車(chē)質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

上文中以單臺(tái)面轉(zhuǎn)向架計(jì)量方式為例簡(jiǎn)單介紹了動(dòng)態(tài)軌道衡的結(jié)構(gòu)及基本的邏輯判斷方法，其他的計(jì)量方式，例如整車(chē)計(jì)量方式，多秤面計(jì)量方式等邏輯判斷方法均可以按照上述基本方法進(jìn)行調(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)不同計(jì)量方式的邏輯判斷。對(duì)于接近開(kāi)關(guān)（硬件）邏輯判斷方式由于位置信息準(zhǔn)確，重量數(shù)據(jù)更加精確，但是由于接近開(kāi)關(guān)易受周邊環(huán)境影響或者損壞而造成程序誤判，穩(wěn)定性比較差;軟件邏輯判斷方式避免了接近開(kāi)關(guān)的不穩(wěn)定因素，但是由于數(shù)據(jù)判斷沒(méi)有接近開(kāi)關(guān)位置判斷精確，進(jìn)而在測(cè)量精度上相比稍遜。在設(shè)計(jì)編程過(guò)程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際的具體情況決定選用何種判斷方式，對(duì)于超長(zhǎng)稱體或多秤面等稍復(fù)雜的邏輯判斷，建議選用硬件、軟件相結(jié)合的邏輯判斷方式，進(jìn)一步保證計(jì)量精度。