動態軌道衡結構與邏輯判斷方法

姜海罡 魏金輝 王松軍

摘 要：本文介紹了動態軌道衡計量方法：分別從硬件判別和軟件判別兩種方式分別對程序算法進行闡述。硬件判別方式下介紹了接近開關的開孔位置計算，接近開關判別方式、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缺點。

關鍵詞：軌道衡;計量方法;平臺識別;跳變

中圖分類號：TH715.13 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0084-02

0 引言

動態軌道衡用于稱量行駛中火車驅動的車廂或載重車體的軌道衡。動態衡計量方式有整車計量、轉向架計量等。承重臺有單臺面和雙臺面等多種。動態軌道衡由承重秤臺、稱重傳感器、計算機等硬件組成。計量操作時，列車以小于15km/h的速度勻速或勻減速通過秤臺，軌道衡軟件自動判別車頭和貨車，動態軌道衡軟件處理后可顯示出稱重車體的重量、速度等數據。動態軌道衡具有功能完備、操作方便、效率高、可靠性高的特點。

1 動態軌道衡秤體簡單介紹

編制動態軌道衡軟件計量部份前需要了解如下內容：

1.1 秤體基本結構

動態軌道衡秤體基本結構由秤體、過渡器、接近開關、重量傳感器、傳感器基礎等部分組成。稱重秤臺的作用為均勻承受載重車體，并通過傳感器將重量信號轉換成電信號輸出給計算機或數據采集裝置，其中過渡器的作用為使機車車輪可以平穩的過渡到秤體臺面上，減少對秤體沖擊，一方面降低沖擊對機械秤體的沖擊，頻繁的沖擊會造成傳感器位置、角度位移造成輸出信號不穩定，避免過度的沖擊造成機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定隨重量變化而變化，不至于出現離散的高沖擊信號的出現，為程序處理做好數據基礎。

1.2 秤體主要數據

秤重車體需要了解的長度數據包括：L2-稱重車體長度，l1-車輪組車輪間距，l2-車輪組間距，l3-相鄰車輪組距離，l4-車體間聯掛長度，R1-車輪直徑。在沒有物理秤體或秤體未安裝完成時，無法采集實際過車的重量變化數據用以繪制曲線，為便于找出重量變化規律，可以根據上述測量的長度數據模擬繪制出重量變化曲線。

1.3 接近開關安裝位置的確定

秤體接近開關的安裝位置需要根據實際情況進行計算得出。接近開關的作用是車輪經過接近開關時，輸出閉合開關量給計算機或數據采集裝置，用于判斷車輪經過數量。在程序中將用于判斷載重車體、機車的相關邏輯判斷，目前動態單臺面計量邏輯基本上不需要接近開關的開關量輔助判斷，但是在多臺面或特殊秤重車體的邏輯判斷時，還需要用接近開關開關量輸入作為邏輯的輔助判斷。安裝位置計算方法如圖1所示。其中l為接近開關的最大反應距離，r為車輪直徑，可以輕易的計算出lx進而確定接近開關位置。秤體實際安裝調試接近開關時注意，接近開關應距離上軌面5-10mm，以防止車輪夾帶氧化鐵皮、石子或其他異物損毀接近開關。

1.4 動力機車的形式

確定驅動計量車體的動力機車形式，不同機車廠家生產的機車尺寸存在差異，這將影響程序中濾除車頭具體的邏輯算法。在不同現場濾除車頭的邏輯算法應稍有變化，以適應實際情況下應用驅動車型的濾除。在特殊的工況下，例如工礦企業自制的驅動機車，那么邏輯中就應該根據實際的機車過衡曲線定制編制濾除車頭邏輯。

2 計量方式確定

下面以單秤面轉向架計量方式為例簡要介紹計量方式的確定方法。應用轉向架計量方式秤體長度必須滿足以下基本條件見圖2所示。

3 稱重車體重量的邏輯判斷方法

（1）采樣時間：一般程序、硬件采集時間間隔設置為5ms，需要特殊說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，但是由于系統軟件平臺和程序機制等原因，軟件處理可能做不到處理這樣小的采樣間隔，計算秤臺長度一般按20ms采樣時間間隔計算。軟件處理采集數據時會造成數據丟失的現象，或多或少將會對重量計算精度造成影響，目前已經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，對數據計算處理精度的提高具有很大作用。

滿足上述開關變化量的重量值進行累計平均排差等計算得出來被秤重車體重量。來車方向不同時均可以按照此公式計算秤重車體位置。

（3）數據的有效采樣數：當稱重車體依照小于一定的速度勻速或者勻減速通過秤體時，剛接觸到秤臺的瞬間，雖然有過渡器的作用不會對秤臺造成劇烈的沖擊，但是也會造成秤臺重量數據輸出有很大的變化。重量的變化形成一個類似正弦震蕩波形，為保證數據的準確性，在數據累加、計數的過程中應該采用正波數據，但是如果采用整波采集累計的方式將會產生計量累計誤差，如果使用半波累計方式可以解決上述問題，即有效采樣數據。半波累計方式即：只累計下降波形部分，排除無法控制的進入段、離開段誤差較大且無法判別的排除的數據。

（4）數據的準備與平滑。接收并采集實時數據（data_new）并保存在存儲單元中，確定數據分析的平均次數（N），建議取值為5-10，這樣既不影響數據采集的實時性，也可以保證分析得到的數據結果的穩定性。首先建立上述的平均次數（N）的數據組（data_1[]），用于處理實時數據。數據初始化過程，當開始數據分析過程時，數據組（data_1[]）內全部放置第一次得到的數據（data_new）。循環采集實時數據（data_new），將數據組（data_1[]內數據依次前移，并將最新得到的實時數據放置在數據組最后一位（data_1[N] ）中，總之數據組（data_1[]）中始終保存實時數據最新的N個數據。數據平均過程，對于得到的實時數組（data_1[]）進行平均計算得到平均后數據（data1）。并記錄數據的采集時間t1。重復上述步驟并連續獲得連續的三個平均后數據（data1，data2，data3）和三個時間參數（t1，t2，t3）。平均后數據結果用于以后的數據分析過程，這樣就可以將一些離散的數據進行適當的平滑，利于以后的數據邏輯計算。

（5）機車的濾除與K的取值：如果現場來車情況固定，即固定方向來固定車頭，則k值即為該車頭軸數。如果來車方向不固定，且車頭前后上秤不固定，車頭種類不固定，k值的取值采取下列方式實現：要判斷車頭在前、后和車頭類別。只要對車頭先上秤的情況分清，對于后上秤的車頭，由于不滿足取數的公式判別條件，而不會對稱重車體取數工作帶來影響。首先確定車頭種類：常用的包括：蒸汽機車、內燃機車、工礦機車。根據機車輪距與秤臺長度、接近開關的位置關系，找出對應每種機車的圖形關系。

（6）軟件判斷重量作用平臺方法：在轉向架計量方式下，兩節稱重車體勻速通過秤臺理論重量波形如圖3所示。在實際中，重量模擬信號通過數據轉換裝置轉換成為電數字信號輸入計算機，通過對連續變化的重量數據進行分析，以邏輯判斷的方式自動濾除車頭等動力裝置，將通過秤體的稱重車體重量分析計算并輸出的過程。此圖只表示稱重車體的重量理論取值判斷，沒有考慮機車頭重量波形。

（7）重量數據的跳變與數據作用平臺的判斷。數據跳變：指的是連續變化的數據在短時間內數值變化比較大稱為數據的跳變，在轉向架計量方式中，取得在前轉向架作用段，將存儲在內存中的數據進行順序翻轉，并順序分析，如果發現該后一個數據比前一個數據小（或者可以連續判斷多次，每次數據均比上次數值小），則說明時到達了第一個平臺A1處，將較大的數據E1保存在內存中，作為識別平臺的標準值，如果重量數據Dn滿足在一定公式計算的范圍之內：|Dn-E1|<=E1*n;【Dn-當前采集重量值（重量瞬時值）;E1-標志值（取值見上面說明）;n-參數變量（變化取值）】則說明重量還在平臺A1的范圍內變化，否則說明數據已經脫離了平臺A1;再對數據進行順序的比較，如果再次發現后一個數據比前一個數據小，則說明時到達了第一個平臺A2處，將較大的數據E2保存在一個變量中，作為識別平臺A2的標準值，如果重量數據滿足在一定的范圍之內，|當前值-E2|

實時處理后轉向架，按照上述的方法可以得到后轉向架的重量平均值M2，M=M1+M2即可得到整個貨車的重量。同理整車計量方式也可以通過相同的邏輯判斷方法求得整車質量。

4 結語

上文中以單臺面轉向架計量方式為例簡單介紹了動態軌道衡的結構及基本的邏輯判斷方法，其他的計量方式，例如整車計量方式，多秤面計量方式等邏輯判斷方法均可以按照上述基本方法進行調整，就可以實現不同計量方式的邏輯判斷。對于接近開關（硬件）邏輯判斷方式由于位置信息準確，重量數據更加精確，但是由于接近開關易受周邊環境影響或者損壞而造成程序誤判，穩定性比較差;軟件邏輯判斷方式避免了接近開關的不穩定因素，但是由于數據判斷沒有接近開關位置判斷精確，進而在測量精度上相比稍遜。在設計編程過程中應根據實際的具體情況決定選用何種判斷方式，對于超長稱體或多秤面等稍復雜的邏輯判斷，建議選用硬件、軟件相結合的邏輯判斷方式，進一步保證計量精度。