【正文】 ....... 28 系統(tǒng)特點 .............................................. 28 系統(tǒng)構成 .............................................. 28 車號識別系統(tǒng)的功能應用 ...................................... 29 車輛判別方法 ................................................ 30 波形判別法 ............................................ 30 動態(tài)軌道衡的車型判別 .................................. 35 開關判別法 ............................................ 35 本章小結 .................................................... 36 結論 ............................................................... 37 參考文獻 ........................................................... 38 附錄 A 軌道衡電器安裝示意圖： ...................................... 40 致謝 ............................................................... 41 北華大學畢業(yè)設計（論文） 5 引言 在稱重領域，動態(tài)軌道衡得到了廣泛的應用 ,主要應用于稱量液態(tài)罐車和較貴重的固態(tài)物料。隨著世界科學水平的不斷發(fā)展，衡器也隨之發(fā)展著，電子衡器現(xiàn)已成為主流產(chǎn)品，但電子衡器的快速性和準確性是兩個難以兼顧的技術指標。因此，全動態(tài)電子軌道衡和生產(chǎn)就成為時代的需求。 現(xiàn)在我國各部門正在使用的陸地交通稱重系統(tǒng)大部分還是老式的機械衡器，只有少部分使用了靜態(tài)電子衡器。它們雖然能做到測量的準確性但是快速性是無法做到的，這樣嚴重影響了生產(chǎn)效率，而且衡器的操縱者的勞動強度很高容易出錯。 為了實現(xiàn)全動態(tài)電子軌道衡計量系統(tǒng)與技術化水平臺的完美結合形成無人值守的計量站。動態(tài)軌道衡系統(tǒng)的設計能夠提高測量的準確性、快速性以及應用企業(yè)信息化平臺實現(xiàn)無人值守動態(tài)軌道衡。本設計 系統(tǒng)采用了可靠性高、靈活性好、安裝簡單易于維護的可編程邏輯控制器（ PLC）作為下位機，下位機實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集和車輛判別信號的功能以及實現(xiàn)了報表、打印。下位機通過串口與上位機進行數(shù)據(jù)通信。上位機采用組態(tài)軟件 Wincc，實現(xiàn)了 Wincc 與 PLC 的通訊。該系統(tǒng)在設計過程中充分采用了硬件和軟件方面的抗干擾措施，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 6 1 緒論 衡器的發(fā)展史 稱量鐵路貨車載重的 衡器 。分靜態(tài)軌道衡、動態(tài)軌道衡和輕型軌道衡 3種。廣泛用于工廠、礦山、冶金、外貿(mào)和鐵路部門對貨車散裝貨物的稱量。蘇州儀表元件廠最早研發(fā)制造，當年高速通道硬件和控制軟件處于國內(nèi)領先水平，新世紀多名機械設計人員經(jīng)過多年改進，機械秤體技術也處于領先水平，精度高、穩(wěn)定性能好、免維護周期長等優(yōu)點。 衡器的分類 靜態(tài)型 電子衡器的最初結構設想是因為傳感器的出現(xiàn)而產(chǎn)生的。最早的電子衡器就是靜態(tài)型，這種電子衡器也是現(xiàn)在使用范圍最廣泛的類型。靜態(tài)電子衡器是被稱重物體穩(wěn)定的放置于電子衡器上進行測量的。因為被測量物體處于穩(wěn)定狀態(tài)，所以傳感器的輸出值為真值。因此靜態(tài)電子衡器的數(shù)學運算模型為代數(shù)方程。 動態(tài)型 動態(tài)電子衡器是在靜態(tài)電子衡器的基礎上發(fā)展起來的一種新型電子衡器。它可以直接測量運動物體的質(zhì)量。動態(tài)電子衡器所利用的基本原理是動態(tài)測試技術。動態(tài)測試技術是一門新興的邊緣性前沿科學。它與許多學科如測試技術、誤差理論、概率統(tǒng) 計、隨機過程理論、信號處理、時間序列分析、系統(tǒng)辨識等，相互聯(lián)系相互滲透。動態(tài)電子衡器所測量的量是隨機時間變化的變量。因此它的數(shù)學運算模型為微分方程和差分方程。 課題的國內(nèi)外現(xiàn)狀 課題的國內(nèi)現(xiàn)狀 對于動態(tài)電子衡器的研究，近幾年國內(nèi)也有一定的發(fā)展。比較具有代表性的產(chǎn)品是由北京鐵道學院研制成功的用于鐵路系統(tǒng)的動態(tài)電子衡。但是，用于動態(tài)稱重的動態(tài)電子軌道衡無人值守計量站還處于初級階段。目前國內(nèi)生產(chǎn)動態(tài)電子衡的主要廠家有：北京 YAMATO 公司；廣東順德華普電子衡器有限公司；河北唐山匯中威頓儀表有限公司；湖南湘潭五菱電子衡器公司；浙江杭州東方電子衡器有限公司等。這些企業(yè)通過與國外公司合作，生產(chǎn)主要用于工業(yè)生產(chǎn)的各種動態(tài)電子衡。本課題來源于大型鋼鐵企業(yè)物資計量和貿(mào)易結算工作的實際需要。首鋼集團總公司現(xiàn)有產(chǎn)品品種 200 余個，成品規(guī)格 3800 項。首鋼堅持以質(zhì)量求生存，求發(fā)展，依靠技術進步，加強基礎管理，不斷完善計量管理和計量技術，強 北華大學畢業(yè)設計（論文） 7 化量傳余溯源體系的控制，確保測量設備準確可靠，充分發(fā)揮了測量設備在企業(yè)中的作用。隨著首鋼生產(chǎn)能力的不斷提升，利用軌道衡 進行鋼鐵冶煉的原燃料、出廠物資計量呈大幅度增長趨勢。在市場經(jīng)濟條件下，首鋼與供應商及內(nèi)外部顧客依靠軌道衡進行貿(mào)易結算，而貿(mào)易結算是軌道衡技術不斷發(fā)展的主要推動力。 課題的國外現(xiàn)狀 動態(tài)電子衡器是八十年代中期德國西門子公司首先提出并開始研究和開發(fā)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)有很多公司有能力生產(chǎn)動態(tài)電子衡，產(chǎn)品種類繁多，涉及各行各業(yè)的稱重問題。動態(tài)電子衡器系統(tǒng)的硬件核心部分是稱重傳感器和數(shù)據(jù)采集模版?，F(xiàn)今世界上已有許多公司能夠生產(chǎn)，如美國 QUTECH 公司、美國 HP公司、美國 UEI 公司、美國 DATAQ 公司、美國 PCB 公司、日本 HMB 公司、瑞典ABB 公司、德國西門子公司、德國 PHILIPS 公司、加拿大 GAGE 公司等等。這些公司不僅生產(chǎn)稱重傳感器和數(shù)據(jù)采集模版，而且有些公司還在開發(fā)成套電子衡器系統(tǒng)。它們所開發(fā)的電子衡器系統(tǒng)涉及到整個工程領域的各個角落，并且，在精度以及其他參數(shù)方面都非常高。 對于應用動態(tài)軌道稱重系統(tǒng)來說，從綜合指數(shù)考慮，瑞典 ABB 公司處于世界領先地位。 ABB 公司的力測量產(chǎn)品及系統(tǒng)能進行精確可靠的測量與控制，從鋼鐵制造到紙張加工，應用范圍十分廣泛。由于動態(tài)電子軌道衡采用的是 PLC 控 制，無法處理較為復雜的數(shù)學模型。因此當他們用于列車稱重系統(tǒng)時，對工作環(huán)境的要求很高，有很多限制，而且輸出穩(wěn)定性極差。 課題的研究目的和意義 課題的研究目的 衡器作為稱重物體的重要工具已經(jīng)存在幾千年了，隨著世界科學水平的不斷發(fā)展，衡器也隨之發(fā)展著。發(fā)展到現(xiàn)在電子衡器已經(jīng)為主流產(chǎn)品，變成工業(yè)生產(chǎn)和民用生活中不可缺少的產(chǎn)品。而即使是電子衡器，快速性和準確性也是兩個難以統(tǒng)一兼顧的相互矛盾的技術指標。因此，全動態(tài)電子衡器的開發(fā)和生產(chǎn)就成為時代的需求。這就是本課題研究的目的。全動態(tài)電子軌道衡計量系統(tǒng)與技術化平臺的完美結合形成無人值守的計量站，成為目前國內(nèi)這一領域的領跑者。 課題的意義 (1) 動態(tài)電子衡器是當今衡器發(fā)展的前沿產(chǎn)品，它能有效的解決快速性和準確性 — 衡器的兩個重要的性能指標難以統(tǒng)一的問題，這對于解決工程中稱重系統(tǒng)的實時稱重問題顯得尤為重要，特別是用于陸地交通稱重系統(tǒng)中。 (2) 現(xiàn)在我國各部門正在使用的陸地交通稱重系統(tǒng)大部分還是老式機械衡 北華大學畢業(yè)設計（論文） 8 器，只有少部分是八十年代末和九十年代初安裝的靜態(tài)電子衡器。它們雖然在一定程度上可保證稱量精度，但快速性是絕對無法做到的。這對于在礦山和大型貨場等需要大量交通運輸?shù)牡胤?，將嚴重影響生產(chǎn)效率，而且衡器操縱者的勞動強度很高，容易產(chǎn)生差錯。 (3) 如果能把這些衡器換為動態(tài)電子衡器并結合企業(yè)的信息化平臺改造 成無人值守計 量站，將能很大程度地提高生產(chǎn)效率，對經(jīng)濟的發(fā)展起到推進作用。 本章小結 本章通過對國內(nèi)外有關資料的整理和分析，介紹動態(tài)稱重技術的歷史起源、發(fā)展趨勢、衡器的分類以及對本課題進行深入研究的意義。最后明確本課題所要完成的主要研究任務 。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 9 2 系統(tǒng)工作原理和系統(tǒng)方案 系統(tǒng)工作原理介紹 動態(tài)軌道衡組成及稱重原理 動態(tài)軌道衡是稱重運動中鐵路貨車重量的一種軌道衡，也叫做自動軌道衡。這種軌道衡的稱重臺面有足夠的工作長度，以保證列車經(jīng)過時有足夠的時間進行有效的采樣，在稱重臺面上，設置的不影響稱量準確度的水平約束限位器在臺面與引軌銜接處還裝有過濾器，以使列車能平穩(wěn)的進入和退出臺面。這種軌道衡按其稱量方式可分為軸稱量軌道衡、轉(zhuǎn)向架稱量軌道衡以及整車稱量軌道衡三種，圖 所示一節(jié) 4軸貨車，它在軸稱量中稱 4次，在轉(zhuǎn)向架稱量中稱 2 次，然后自動相加、指示或打印出整節(jié)貨車的重量；而在整車計量中只稱一次，相比之下其準確度最高，常用于稱量 液態(tài)罐車和較貴重的固態(tài)物料。動態(tài)軌道衡稱量方式如圖 所示： 圖 動態(tài)軌道衡稱量方式 動態(tài)電子軌道衡是由稱重臺面、稱重傳感器、稱重通道、計算機及接口以及軟件等部分組成，其中稱重臺面稱重傳感器、稱重通道、計算機及接口是軌道衡的硬件組成部分。動態(tài)軌道衡硬件組成如圖 所示： 北華大學畢業(yè)設計（論文） 10 圖 動態(tài)軌道衡的硬件構成示意圖 軌道衡的稱重臺面上鋪有鐵路鋼軌（即稱量軌）與鐵路線相通，包括稱重梁、稱重杠桿及若干橫梁，稱重杠桿以及若干衡量，其作用是用來承受被稱量車輛及所承載貨物的重量；體面還裝有橫向限位系統(tǒng)、縱向限位系統(tǒng)、鎖定和調(diào)整構建、抗扭裝置和引線軌、計量軌、錨固花梁等附件系統(tǒng)，這些附件起到固定秤體，減少火車震動撞擊對稱量的影響，同時將承受到重力均衡的傳遞到各個傳感器上的作用。在理想狀態(tài)下傳感器的輸出信號只是由重力作用產(chǎn)生的，那么在沒有車輛通過稱重臺面時，稱重臺面輸出的重力值應該是稱重臺面自身的重量，稱重臺面的輸出值對時間函數(shù)應該 是一個恒定的值。當車輪壓上稱重臺面的一剎那，稱重臺面的輸出值會出現(xiàn)一個跳躍。跳躍的輸出表示車廂的第一根軸重，隨著時間的推移，車廂的第二根軸也移至稱重臺面上稱重，稱重臺面的輸出值會產(chǎn)生另一個跳躍，這個跳躍和第一個跳躍的幅值之和代表了這個轉(zhuǎn)向架的重量，在第一根軸走下稱重臺面之前，稱重臺面輸出應保持不變，隨著兩根軸相繼離開稱重臺面稱重，稱重臺面的輸出會出現(xiàn)兩次方向相反地跳躍，見圖 中波形所示：輸出幅度最大的部分（即為轉(zhuǎn)向架的兩根軸都在稱重臺面上時的輸出）代表了整個轉(zhuǎn)向架的重量。兩個轉(zhuǎn)向架分別計算重量，然后相加 ，就可以得到整車的重量（ W總）為： W總 =W前 +W 后 （ ） 在計算車廂過衡速度時，動態(tài)電子軌道衡的稱重臺面長度是一個已知確定的量，根據(jù)系統(tǒng)的采樣頻率和整節(jié)車廂通過稱重臺面時的采樣總數(shù)可以計算出該節(jié)車 北華大學畢業(yè)設計（論文） 11 廂通過動態(tài)電子軌道衡時所用的時間，由此就可以計算出每節(jié)車廂的過衡速： 圖 稱重原理示意圖 動態(tài)電子軌道衡稱重的主要技術指標是稱重精度和稱重時允許列車通過的速度，這主要取決于過度軌和秤臺的水平度 、傳感器的靈敏度、供橋電源的穩(wěn)定度、模擬變送器、速度和動態(tài)稱重算法的優(yōu)劣勢等。為了保證動態(tài)電子軌道衡對測量速度和精度的要求，必須從硬件和軟件兩個房間著手解決問題，消除誤差干擾，準確無誤的計算出重量和速度。 稱重臺面的尺寸設計 軌道衡稱重臺面設計主要研究臺面尺寸的確定工作，軌道衡的臺面設計取決于軌道衡的稱量方式和被稱量的貨車車型。如前所述，軌道衡根據(jù)不同的分類方法而具有較多種類型，但總體來說可分為靜態(tài)軌道衡和動態(tài)軌道衡。靜態(tài)軌道衡計量精度高，全部采用整車計量方式，稱重臺面設計較為簡單，而動態(tài)軌道衡根據(jù) 秤臺的結構可分為單臺面、雙臺面軌道衡，單臺面的動態(tài)軌道衡用于軸計量和轉(zhuǎn)向架計量，而雙臺面的動態(tài)軌道衡可以實現(xiàn)整車計量，可根據(jù)計量物資的狀態(tài)和貴重程度進行動靜態(tài)稱重選擇，目前，鐵路上的貨車車型基本分為敞車 (C)和平車 (N)，使用的車型型號為 c50、 c6 C6 N1 N60 等車型，這幾種車型都是采用自動車鉤的四軸車，車軸允許載荷為 。貨車的基本尺寸如圖 所示 : 北華大學畢業(yè)設計（論文） 12 圖 貨車的基本尺寸 常用鐵路車輛的軸間距離見表 表 ： 車型 固定軸距LD 心盤踞 LC 全軸距 LB 鉤舌距 LA 2LS LA+2LS C50 1720 9900 11620 14024 2404 16428 C55 1720 9800 11520 14008 2488 16496