基于PLC的動態(tài)電子軌道衡設計

摘要當今社會，隨著生產(chǎn)、貿(mào)易、科技的快速開展，衡器技術由簡單的計重向信息化、一體化開展。然而，衡器技術在向這個趨勢開展的時候，計量的準確化、快速化的矛盾一直是困擾衡器技術開展的瓶頸。直到上世紀70年代，技術上逐步成熟的動態(tài)電子衡器的開展，它有效的解決了快速性、準確性一衡器技術的兩個最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.問題尤為重要。動態(tài)電子軌道衡是動態(tài)稱重技術中最常見的一種，本文介紹了動態(tài)稱重的特色:動態(tài)電子軌道衡系統(tǒng)采用了WINDOWS操作系統(tǒng)作為平臺，其強大的軟件功能是有效的解決快速性和準確性統(tǒng)一問題的根底;用軟件方法判別火車車型克服了硬件判別法故障率高的弱點。采用自動車號識別(AEI)技術，有效地解決了計量過程中人工抄號的弊端，杜絕了人工篡改計量數(shù)據(jù)的時機。提高了計量數(shù)據(jù)的真實有效性。動態(tài)軌道衡稱重系統(tǒng)做到了數(shù)據(jù)自動上傳、統(tǒng)計報表、存儲、打印。本設計分別闡述了計量器具的開展，稱重傳感器的原理，動態(tài)電子衡器的設計原理與構成局部，PLC與組態(tài)王Wincc的通信，信號處理的方法，車型判別邏輯控制系統(tǒng)，自動車號識別系統(tǒng)的設計。關鍵詞:傳感器;動態(tài)電子軌道衡;PLC;WinccAbstractIntoday'ssociety,withproduction,trade,andtherapiddevelopmentoftechnology,weighingapparatustechnologybysimpleaccountheavyinformation,tointegrationdevelopment.However,weighingapparatusintothedevelopmenttrendoftechnology,theaccuratemeasurementofthecontradictionofthefund,hasbeenamajorinstrumentsofthedevelopmentofthetechnologybottleneck.Untilthe1970s,thetechnologyisgraduallymaturedynamicelectronweighingapparatusofdevelopment,itiseffectivetosolvethefasterandmoreaccurateaweighingapparatustechnologytwoofthemostimportantperformancetotheproblemofunity.Thistoengineeringoftheweighingsystemrealtimeweighing.Theproblemisespeciallyimportant.DynamicelectronicGuiDaoHengdynamicweighingtechnologyisthemostcommonkind,thispaperintroducesthecharacteristicsofdynamicweighting:dynamicelectronicGuiDaoHengsystemUSEStheWINDOWSoperatingsystemasaplatform,itspowerfulsoftwarefunctionistoeffectivelysolvetheproblemofefficiencyandaccuracyunitybased;Withthesoftwaremethodjudgingthetraincarovercomethehardwarediscriminantmethodofhighfailureweakness.Adopttheautomaticcarnumberidentification(AEI)technology,whichcaneffectivelysolvethemeasurementprocess,artificialcopythedisadvantages,andputanendtothemeasurementdataoftheartificialtamperwiththeopportunity.Improvethemeasurementdataoftherealeffectiveness.DynamicGuiDaoHengweighingsystemdodatatoupload,statistics,storageandprint.Thisdesignrespectivelyexpoundsthedevelopmentofmeasuringinstruments,weighingtransducer,thetheoryofdynamicelectronweighingapparatusdesignprincipleandstructureparts,PLCandconfigurationkingWincccommunications.signalprocessingmethods,modelsdiscriminantlogiccontrolsystem,automaticcarnumberrecognitionsystemdesign.Keywords:sensors,DynamicelectronicGuidaoheng,PLC,Wincc目錄摘要1Abstract2引言51緒論61.1衡器的開展史61.2衡器的分類6靜態(tài)型6動態(tài)型61.2課題的國內(nèi)外現(xiàn)狀61.2.1課題的國內(nèi)現(xiàn)狀6課題的國外現(xiàn)狀71.3課題的研究目的和意義71.3.1課題的研究目的71.3.2課題的意義71.4本章小結82系統(tǒng)工作原理和系統(tǒng)方案92.1系統(tǒng)工作原理介紹92.1.1動態(tài)軌道衡組成及稱重原理92.2稱重臺面的尺寸設計112.3課題采用的技術方案122.3.1動態(tài)軌道衡系統(tǒng)的結構12稱重通道的設計13濾波電路132.4本章小結143稱重系統(tǒng)的硬件設計153.1硬件系統(tǒng)的組成153.1.1關于PLC的綜述153.1.2PLC的特點153.1.3PLC的工作原理163.1.4PLC的主要功能和應用173.1.5PLC的選型及其模塊配置173.1.6PLCSM331內(nèi)部選型表如圖3.1183.1.7PLC的I/O接線圖183.1.8S7-300編程簡介193.2上位機硬件配置選擇203.3稱重傳感器203.3.1稱重傳感器的選用203.3.2傳感器精度的選擇203.3.3傳感器量程的選擇20本設計所選用的傳感器型號21傳感器具體參數(shù)214稱重系統(tǒng)的軟件設計思想224.1本系統(tǒng)的軟件選擇22組態(tài)軟件Wincc在系統(tǒng)中的具體應用224.1.2Wincc與PLC建立通信224.1.3MPI的概述234.3實時稱重界面的設計23主頁說明234.3.2動態(tài)稱重254.4統(tǒng)計報表274.5本章小結275車號識別系統(tǒng)的應用285.1系統(tǒng)的構成28系統(tǒng)特點28系統(tǒng)構成285.2車號識別系統(tǒng)的功能應用295.3車輛判別方法30波形判別法305.3.2動態(tài)軌道衡的車型判別35開關判別法355.4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開展，衡器也隨之開展著，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?，F(xiàn)在我國各部門正在使用的陸地交通稱重系統(tǒng)大局部還是老式的機械衡器，只有少局部使用了靜態(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。1緒論1.1衡器的開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)過多年改良，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。1.2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)電子衡器的根底上開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量。動態(tài)電子衡器所利用的根本原理是動態(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。1.2課題的國內(nèi)外現(xiàn)狀1.2.1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)也有一定的開展。比擬具有代表性的產(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；河北唐山匯中威頓儀表；湖南湘潭五菱電子衡器公司；浙江杭州東方電子衡器等。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。首鋼堅持以質量求生存，求開展，依靠技術進步，加強根底管理，不斷完善計量管理和計量技術，強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，首鋼與供給商及內(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開展的主要推動力。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)過十幾年的開展，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)的硬件核心局部是稱重傳感器和數(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。1.3課題的研究目的和意義1.3.1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開展，衡器也隨之開展著。開展到現(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。1.3.2課題的意義(1)動態(tài)電子衡器是當今衡器開展的前沿產(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)大局部還是老式機械衡器，只有少局部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)生過失。(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)濟的開展起到推進作用。1.4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、開展趨勢、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。2系統(tǒng)工作原理和系統(tǒng)方案2.1系統(tǒng)工作原理介紹2.1.1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、轉向架稱量軌道衡以及整車稱量軌道衡三種，圖2.1所示一節(jié)4軸貨車，它在軸稱量中稱4次，在轉向架稱量中稱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2.1所示：圖2.1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局部組成，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局部。動態(tài)軌道衡硬件組成如圖2.2所示：圖2.2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、稱重杠桿及假設干橫梁，稱重杠桿以及假設干衡量，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2.3中波形所示：輸出幅度最大的局部〔即為轉向架的兩根軸都在稱重臺面上時的輸出〕代表了整個轉向架的重量。兩個轉向架分別計算重量，然后相加，就可以得到整車的重量〔W總〕為：W總=W前+W后〔2.1〕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2.3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。2.2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確實定工作，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，鐵路上的貨車車型根本分為敞車(C)和平車(N)，使用的車型型號為c50、c62、C65、N16、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20.5t。貨車的根本尺寸如圖2.4所示:圖2.4貨車的根本尺寸常用鐵路車輛的軸間距離見表2.1表2.1常見鐵路車輛軸間距離：車型固定軸距LD心盤踞LC全軸距LB鉤舌距LA2LSLA+2LSC50172099001162014024240416428C55172098001152014008248816496C62175087001045013442299216434C65175092001095013942299216943N16175093001105013942289216834N60175093001105013908285816766轉向架計量秤臺長度應滿足:(2.2)為了得到盡可能長的動態(tài)稱重時間，可以依照下式來選定秤臺長度:(2.3)我國轉向架計量通常選秤臺為3.6米。2.3課題采用的技術方案2.3.1動態(tài)軌道衡系統(tǒng)的結構系統(tǒng)控制與操作單元由PLC系統(tǒng)完成，各稱重傳感器輸出信號作為獨立信號直接送入信號采集單元—接線盒。在接線盒內(nèi)合并為一路模擬信號進入A/D轉換單元。該單元將這路模擬信號上傳入PLC系統(tǒng)處理，PLC一方面實時采集稱重傳感器和車輛的判別信號，配合工業(yè)控制計算機〔IPC〕進行監(jiān)視和控制,PLC為此系統(tǒng)硬件的核心，信號的處理和根本操作上由它完成。車號識別單元將收集到的信息通過接口傳給PLC。PLC通過總線將信息上傳工控機，IPC將所有信號處理后通過CRT顯示，并自動打印該列車的重量、牽引方式、列車節(jié)數(shù)、總重量等信息。打印節(jié)、結束后自動將文件上傳上位機。由plc將數(shù)據(jù)遠傳給ERP系統(tǒng)，形成報表。如圖2.5系統(tǒng)硬件結構示意圖：圖2.5系統(tǒng)硬件結構示意圖一套動態(tài)電子衡器系統(tǒng)包括硬件局部和軟件局部。硬件局部包括：1〕壓力—電信號轉換單元2〕模擬量變送單元3〕plc與操作單元4〕車號識別單元5〕系統(tǒng)監(jiān)控單元信息顯示6〕打印與上傳單元稱重通道的設計軌道衡稱重系統(tǒng)一般沒有專門化的專用儀表，通常采用稱重通道或模數(shù)轉換的專用插板來完成放大、模數(shù)轉換、提供供橋電源等功能，再通過接口電路由計算機進行數(shù)據(jù)處理。稱重通道的采樣速度快慢、模擬量轉換精度上下、供橋電源穩(wěn)定性、抗干擾性能的好壞，都影響動態(tài)軌道衡的計量性能、計量速度等。本系統(tǒng)采用北京YAMATO公司生產(chǎn)的HDC-100型稱重通道。該通道是集信號放大，濾波，模擬量轉換和數(shù)字采集為一體的稱重通道。濾波電路動態(tài)電子軌道衡的應用環(huán)境一般比擬惡劣，存在多種干擾源，因此必須進行信號濾波，為提高抗干擾性，削弱現(xiàn)場高次諧波或高頻干擾和噪聲，在硬件方面我們選用二階有源低通濾波器使二級放大兼有放大和對20Hz以上干擾信號的濾波作用。此濾波電路由集成運放和RC網(wǎng)絡組成，其優(yōu)點是輸入阻抗高、輸出阻抗低，輸入與輸出間有很好的隔離。濾波電路組成如圖2.6所示:圖2.6濾波電路構成示意圖2.4本章小結本章著重介紹了系統(tǒng)的工作原理，系統(tǒng)硬件局部總體結構，動態(tài)軌道衡稱重系統(tǒng)稱重臺面尺寸的設計，濾波的應用，最終實現(xiàn)貨車重量的根本算法。3稱重系統(tǒng)的硬件設計3.1硬件系統(tǒng)的組成動態(tài)軌道衡稱重系統(tǒng)硬件主要由PLC系統(tǒng)、工控機、稱重傳感器及低壓電器。下面將對每局部加以詳細的說明。3.1.1關于PLC的綜述可編程序控制器是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊绦蚩刂破骷捌溆嘘P的外圍設備都應該按照易于與控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原那么而設計。總之，可編程控制器也是一臺計算機，它是專為工業(yè)環(huán)境應用而設計制造的計算機。它具有豐富的輸入/輸出接口，并且具有較強的驅動能力。但可編程控制器產(chǎn)品并不針對某一具體工業(yè)應用，在實際應用時，其硬件需根據(jù)實際需要進行選用配置，其軟件需根據(jù)控制要求進行設計編制。隨著微電子技術、大規(guī)模集成電路技術、計算機技術和通信技術等的開展，PLC在技術和功能上發(fā)生了飛躍。在初期邏輯運算的根底上，增加了模擬量和PID調(diào)節(jié)等功能模塊，形成了數(shù)值運算、閉環(huán)調(diào)節(jié)。尤其是PLC把專用的數(shù)據(jù)高速公路(HIGHWAY)改成通用的網(wǎng)絡，并逐步將PLC之間的通信規(guī)約靠攏，使得PLC有條件和其它各種計算機系統(tǒng)和設備實現(xiàn)集成，以組成大型的控制系統(tǒng)，這使得PLC系統(tǒng)具備了DCS的形態(tài)，使得PLC的應用拓展到連續(xù)過程控制領域，基于PLC的DCS系統(tǒng)目前在國內(nèi)外都得到了廣泛的應用。3.1.2PLC的特點①.高可靠性(1)所有的I/0接口電路均采用光電隔離，使工業(yè)現(xiàn)場的外電路與PLC內(nèi)部電路之間電氣上隔離。(2)各輸入端均采用R-C濾波器，其濾波時間常數(shù)一般為10-20ms.(3)各模塊均采用屏蔽措施，以防止輻射干擾。(4)采用性能優(yōu)良的開關電源。(5)對采用的器件進行嚴格的篩選。(6)良好的自診斷功能，一旦電源或其他軟，硬件發(fā)生異常情況，CPU立即采取有效措施，以防止故障擴大。(7)大型PLC還可以采用由雙CPU構成冗余系統(tǒng)或有三CPU構成表決系統(tǒng)，使可靠性更進一步提高。②.豐富的1/0接口模塊PLC針對不同的工業(yè)現(xiàn)場信號，如:交流或直流:開關量或模擬量;電壓或電流;脈沖或電位;強電或弱電等。有相應的1/0模塊與工業(yè)現(xiàn)場的器件或設備，如:按鈕;行程開關;接近開關;傳感器及變送器;電磁線圈:控制閥等直接連接。另外，為了提高操作性能，它還有多種人機對話的接口模塊;為了組成工業(yè)局部網(wǎng)絡，它還有多種通訊聯(lián)網(wǎng)的接口模塊等。③.采用模塊化結構為了適應各種工業(yè)控制需要，除了單元式的小型PLC以外，絕大多數(shù)PLC均采用模塊化結構。PLC的各個部件，包括CPU，電源，1/0等均采用模塊化設計，由機架及電纜將各模塊連接起來，系統(tǒng)的規(guī)模和功能可根據(jù)用戶的需要自行組合。④.編程簡單易學PLC的編程大多采用類似于繼電器控制線路的梯形圖形式，對使用者來說，不需要具備計算機的專門知識，因此很容易被一般工程技術人員所理解和掌握。⑤.安裝簡單，維修方便PLC不需要專門的機房，可以在各種工業(yè)環(huán)境下直接運行。使用時只需將現(xiàn)場的各種設備與PLC相應的I/0端相連接，即可投入運行。各種模塊上均有運行和故障指示裝置，便于用戶了解運行情況和查找故障。由于采用模塊化結構，因此一旦某模塊發(fā)生故障，用戶可以通過更換模塊的方法，使系統(tǒng)迅速恢復運行。3.1.3PLC的工作原理當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段:1.輸入采樣。即檢查各輸入的開關狀態(tài)，將這些狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲起來為下一階段使用。2.執(zhí)行程序。然后PLC按用戶程序中的指令逐條執(zhí)行，但是把執(zhí)行結果暫時存儲起來。3.刷新輸出。按第1階段的輸入狀態(tài)在第2階段執(zhí)行程序中確定的結果，在本階段中對輸出予以刷新。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。PLC對信號的輸入、數(shù)據(jù)的處理和控制信號的輸出分別在一個掃描周期的不同時間進行的方式有助于排除系統(tǒng)中受到的干擾。3.1.4PLC的主要功能和應用可編程控制器的設計思想是盡可能地利用當前先進的計算機技術去滿足用戶的需要，PLC與繼電器接觸器控制電路的一個本質區(qū)別就是除了必要的與外部物理世界的接口(即1/0點)外，其它的邏輯功能均在其內(nèi)部實現(xiàn)。這些邏輯功能不僅可以取代，而且遠遠超過諸如中間繼電器、時間繼電器等硬件邏輯所能到達的功能，從而為PLC在可靠性和便利性上形成特色奠定了根底。PLC的功能可分類如下:①邏輯控制②定時控制③計數(shù)控制④步進(順序)控制⑤PID控制⑥數(shù)據(jù)控制:PLC具有數(shù)據(jù)處理能力。⑦通信和聯(lián)網(wǎng)⑧其它:PLC還有許多特殊功能模塊，適用于各種特殊控制的要求，如:定位控制模塊，CRT模塊。3.1.5PLC的選型及其模塊配置在進行這項工作之前，需要對控制對象和控制任務進行統(tǒng)計和分析。本系統(tǒng)需要配置如下的不同性質的I/0點:一15個模擬量輸入;一145個開關量輸入;一103個開關量的輸出。根據(jù)對上述控制任務的分析，本系統(tǒng)選擇了西門子的模塊化中小型PLC系統(tǒng)S7-300，它能滿足中等性能要求的應用，應用領域相當廣泛。其模塊化、無排風扇結構、和易于實現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點使得S7-300成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務的方便又經(jīng)濟的方案。S7-300系列所具有的多種性能遞增的CPU和豐富的且?guī)в性S多方便功能的I/0擴展模塊，使用戶可以完全根據(jù)實際應用選擇適宜的模塊。當任務規(guī)模擴大并且愈加復雜時，可隨時使用附加的模塊對PLC進行擴展。SiemensS7-300所具備的高電磁兼容性和強抗振動，抗沖擊性，更使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應性。3.1.6PLCSM331內(nèi)部選型表如圖3.1表3.1PLC內(nèi)部選型表3.1.7PLC的I/O接線圖①FC105接線圖圖3.1FC105接線圖②FC106接線圖圖3.2FC106接線圖3.1.8S7-300編程簡介S7-300系列

系列PLC的編程語言是的編程語言是STEP-7。用文件塊的形式管理系列的編程語言是。用戶編寫的程序及程序運行所需的數(shù)據(jù)，組成結構化的用戶程序。用戶編寫的程序及程序運行所需的數(shù)據(jù)，組成結構化的用戶程序。這樣的程序組織明確，這樣PLC的程序組織明確，結構清晰，易于修改。程序組織明確結構清晰，易于修改。為支持結構化程序設計，用戶程序通常由組織塊(OB)、為支持結構化程序設計，STEP-7用戶程序通常由組織塊用戶程序通常由組織塊、功能塊(FB)或功能塊或功能塊(FC)等三種類型的邏輯塊和數(shù)據(jù)塊等三種類型的邏輯塊和數(shù)據(jù)塊(DB)組成。S7-300模塊化微型PLC

系統(tǒng)，滿足中、小規(guī)模的性能要求，各種性能的模塊可以非常好地滿足和適應自動化控制任務，簡單實用的分布式結構和多界面網(wǎng)絡能力，使得應用十分靈活，方便用戶和簡易的無風扇設計，當控制任務增加時，可自由擴展，大量的集成功能使它功能非常強勁，SIPLUS

S7-300用于惡劣環(huán)境條件下的PLC擴展溫度范圍從-25°C

到+70°C

適用于特殊的環(huán)境允許短時冷凝以及短時機械負載的增加。S7-300采用經(jīng)過認證的PLC技術，易于操作、編程、維護和效勞，特別適用于汽車工業(yè)、環(huán)境技術、采礦、化工廠、生產(chǎn)技術以及食品加工等領域，低本錢的解決方案。3.2上位機硬件配置選擇本系統(tǒng)上位機選用西門子工控機427C，它是一款功能強大的,無風扇嵌入式工業(yè)PC，可進行導軌安裝、墻面安裝或立式安裝。當環(huán)境溫度低于55°C時，它可以24小時連續(xù)運行，無需維護且具有高性能，其配備了：Intel?處理器，最高為Core?2DuoDDR3內(nèi)存，最大為4GB集成IntelGMAX4500圖形介質加速器高性能串行ATA固態(tài)驅動SSD“最大32GB〞并且CF比硬盤更加可靠，耐用，采用了三個PCI-104擴展槽和眾多接口，因此小型箱式IPC427C通用型很強，兩個千兆以太網(wǎng)接口可用于與控制級和現(xiàn)場級進行靈活通訊。四個USB2.0接口和一個PROFIBUS連接〔可選〕或者一個帶3端口的PROFINET接口具有很強的適應性和靈活性，可用于完成測量及開環(huán)和閉環(huán)控制任務。3.3稱重傳感器被測負荷作用在彈性體上，使彈性體產(chǎn)生相應的彈性變形；通過粘貼在彈性體上的電阻應變計，被彈性體的彈性變形轉換為電阻應變計電阻的變化〔電阻增大或減少〕，再通過測量電路將電阻應變計電阻的變化，轉換為電信號〔電壓或電流〕輸出。3.3.1稱重傳感器的選用稱重傳感器的選用首光要考慮使用場合的實際需要，在測力精度和主要技術性能方面也必須滿足實際需要。稱重傳感器由于它的不同彈性體結構和采用的應變計性能不同，而在測量精度和其他性能方面會有所不同。所以，要綜合考慮應用的實際需要來選用適宜的傳感器。3.3.2傳感器精度的選擇傳感器的精度包括額定載荷、靈敏度、非線性、重復性、滯后性等主要技術參數(shù)。目前，稱重傳感器的普通級精為千分之五，中級精度為千分之二至萬分之五，高精度為萬分之三至萬分之一。由于本系統(tǒng)為用于列車稱重的動態(tài)電子系統(tǒng)，不需要太高的精度，因此，選擇普通級精度的稱重傳感器即可滿足需要。選擇普通級精度的稱重傳感器即可滿足需求。3.3.3傳感器量程的選擇動態(tài)電子稱重傳感器的實際應用場合往往是多個傳感器聯(lián)合使用，因此傳感器選擇必須要考慮一下因素：被稱量物體的最大重量、秤臺裝置的自重、傳感器設置數(shù)量、正常操作下可能產(chǎn)生的最大偏載、稱重狀態(tài)下的沖擊負荷、其他附近干擾力?？紤]以上因素，用于動態(tài)稱重系統(tǒng)時，一般設計選用傳感器工作在額定負荷55%-60%左右，這樣即留有保險余量，又確保其使用精度。本設計所選用的傳感器型號在具體的傳感器的選擇上，為保證傳感器具有高可靠性、綜合精度高、線性好、蠕變小、穩(wěn)定性好等特點，系統(tǒng)采用四只TEDEA公司的電阻應變式傳感器TEDEA-30t，該傳感器的測量方式為柱式應變式稱重傳感器，其性能特點是高過載、靈敏度高，線性好，安裝方便、輸入阻抗、輸出阻抗一致性好，以保證良好的互換性。有較寬的溫度工作范圍，尤其非常適合動態(tài)電子軌道衡的應用，稱重傳感器的連接方式如圖3.1所示：圖3.1稱重傳感器的并聯(lián)連接方式傳感器具體參數(shù)名稱：電阻應變式傳感器量程：5-150Ton結構：不銹鋼結構OIMLR60和NTEP認證IP68防護等級應用：動態(tài)軌道衡，油箱及筒倉稱重。4稱重系統(tǒng)的軟件設計思想4.1本系統(tǒng)的軟件選擇組態(tài)軟件Wincc在系統(tǒng)中的具體應用動態(tài)軌道衡稱重系統(tǒng)是一個需要實施上位機監(jiān)控的系統(tǒng)。在上位機上運行的監(jiān)控軟件需要針對具體的對象設計和編程。目前工業(yè)監(jiān)控軟件的設計已進入采用圖形組態(tài)軟件進行開發(fā)的階段。本系統(tǒng)監(jiān)控軟件采用了Wincc，其原因之一是因為WINCC是目前所有組態(tài)軟件中功能比擬強大的一種，二是考慮到下位機選用的是S7-300PLC及其編程工具STEP7，與Wincc同為德國SIEMENS公司的產(chǎn)品，Wincc本身提供S7-300PLC的驅動軟件，因此使PLC與上位計算機的聯(lián)接可以變得非常容易。工控組態(tài)軟件是在生產(chǎn)和過程自動化中解決可視化和控制任務的工業(yè)技術支撐系統(tǒng)，它提供了適用于工業(yè)控制的多種功能模板。Wincc提供的開放界面用于用戶解決方案，人而使得將WINCC集成入復雜廣泛的自動控制解決方案成為可能。可以集成通過UI)BC和SQL方式的歸檔數(shù)據(jù)訪問，以及通過OLE2.0和ActiveX控件的對.象和文檔的鏈接。在該工程中，才良據(jù)現(xiàn)場情況和實際需要設計了以下幾個界面:實時稱重界面，實況模擬界面，記錄查詢界面，報警記錄界面，網(wǎng)絡組態(tài)界面。注意在用圖形編輯器設計各界面之前，先要在控制中心的“變量管理〞中定義所需變量的名稱和數(shù)據(jù)類型。Wincc與PLC建立通信Wincc支持多種硬件設備，包括可編程控制器(PLC)、智能模塊、板卡、智能儀表和變頻器等。對于不同的硬件設施，工程人員只需為Wincc配置相應的通信驅動程序即可。這種方式即保證了運行系統(tǒng)的高效率，也使系統(tǒng)能夠到達很大的規(guī)模。Wincc支持五種通訊方式：串口通訊、數(shù)據(jù)采集板、DDE通訊、人機界面卡、網(wǎng)絡模塊。本系統(tǒng)采用串口通訊的方式與西門子PLC建立聯(lián)系。首先在上位機中安裝西門子PLC的通訊協(xié)議，在工程瀏覽器中選擇串口COMl，并進行有關參數(shù)的設置，如地址、波特率、奇偶檢驗、數(shù)據(jù)位、停止位設定等，注意此設定值必需與PLC內(nèi)部設定值一致，否那么通訊將不會成功。然后在組態(tài)王的設備庫中選擇西門子的PLC設備，并為該設備命名一個邏輯地址“SimensPLC〞，然后按照“設備配置向導〞的提示一步步完成安裝，這樣即可在上位機和PLC之間建立了通訊，由此可見WINCC與硬件設備建立通訊聯(lián)系十分方便。西門子公司S7-300CN系列PLC內(nèi)部集成的PPI接口為PLC提供了強大的通訊功能。PPI的物理特性為RS485，可以在PPI、MPI和自由通訊接口三種方式下工作。根據(jù)封閉式驗糧系統(tǒng)的工藝要求，結合以上三種通訊方式的特點，最終選擇了MPI通訊方式。MPI通訊方式的特點如下：MPI通訊協(xié)議是西門子專為S7-300CN系列PLC開發(fā)的通訊協(xié)議?？赏ㄟ^普通的兩芯屏蔽雙絞電纜進行聯(lián)網(wǎng)。波特率為9.6kbit/s、19.2kbit/s和187.5kbit/s。S7-300CN系列CPU上集成的編程口同時就是PPI通訊聯(lián)網(wǎng)接口。利用PPI通訊協(xié)議進行通訊非常簡單方便，只用NETR和NETW兩條語句即可進行數(shù)號的傳遞，不需額外再配置模塊或軟件。MPI通訊網(wǎng)絡是一個令牌傳遞網(wǎng)，在不加中繼器的情況下，最多可以由31個S7-300CN系列PLC，TD200，OP/TP面板或上位機〔插MPI卡〕為站點，構成MPI網(wǎng)。MPI通訊方式如圖4.1所示：MPI的概述MPI(MultiPointInterface)是多點接口的簡稱，是當通信速率要求不高，通信數(shù)據(jù)量不大時可以采用的一種簡單經(jīng)濟的通信方式。通過它可組成小型PLC通訊網(wǎng)絡，實現(xiàn)PLC之間的少量數(shù)據(jù)交換，它不需要額外的硬件和軟件就可網(wǎng)絡化。S7-200CPU224xp和226CPU、每個S7-300/400CPU都集成了MPI通信協(xié)議,MPI的物理層是RS-485。通過MPI，PLC可以同時與多個設備建立通信連接，這些設備包括編程器PG或運行STEP7的計算機PC、人機界面〔HMI〕及其它SIMATICS7，M7和C7。同時連接的通信對象的個數(shù)與CPU的型號有關。4.3實時稱重界面的設計主頁說明動態(tài)軌道衡主頁如圖4.2所示：1)但凡能出現(xiàn)手形的鼠標均可點擊，假設享有該權限那么可執(zhí)行相應的功能;2)左下角的“鎖〞用于修改權限和結算月;3)動態(tài)稱重:是通常的系統(tǒng)運行方式，除非在確認無列車稱f的情況下，可以進行其它的工作如輸入?yún)?shù)等;4)靜態(tài)稱重:允許系統(tǒng)逐轉向架進行稱重，但一般用于檢定或調(diào)試時使用;5)波形分析:分析稱重過程，以便查找可能的漏車等錯誤的原因和了解臺面的狀態(tài);6)恢復動態(tài)數(shù)據(jù):恢復再現(xiàn)動態(tài)的稱重過程和結果;7)恢復靜態(tài)數(shù)據(jù):恢復再現(xiàn)靜態(tài)的稱重過程和結果;8)輸入?yún)?shù):輸入品名、收發(fā)單位等計量參數(shù);9)數(shù)據(jù)查詢:分類查詢己輸入?yún)?shù)的v錄;10)分類統(tǒng)計:按品名、收發(fā)單位分類統(tǒng)計;11)發(fā)送數(shù)據(jù):按照定義的網(wǎng)絡路徑發(fā)送數(shù)據(jù);12)用戶程序:調(diào)用用戶的管理應用程序;13)品名查詢:僅能查詢品名而不能編輯(編輯在應用組態(tài)中);14單位查詢:僅能查詢單位名稱而不能編輯；15)統(tǒng)計報表:形成各種統(tǒng)計報表及計量憑證和原始記錄的打印;圖4.2動態(tài)軌道衡主頁4.3.2動態(tài)稱重在主頁上點擊“動態(tài)稱重〞按鈕后進入動態(tài)稱重方式如圖4.3所示:圖4.3動態(tài)稱重界面1控制按鈕1)零點Z置秤臺零點，應該在空秤時使用。假設零點碼值超出設定的范圍，那么提示“零點故障〞。2)強制結束T在稱重未結束時，可以通過這個按鈕強制結束稱重過程，只有在列車通過后但未判到結束標志，或設定的預稱車節(jié)已稱完，不需要繼續(xù)稱重的情況下使用。在“單車溜放〞(翻車機)的稱重方式時，列車全部稱重完，須點擊此按鈕結束。3)打印當未設置自動打印時，稱重結束后，可通過這個按鈕手動打印記錄區(qū)中的稱重記錄4)清屏C稱重結束后，可手動去除記錄區(qū)中的稱重記錄，假設未去除，在下次稱重前由系統(tǒng)自動去除。5)暫停僅用于“單車溜放〞(翻車機)的稱重方式，這時系統(tǒng)不處理任何秤臺上的信號。比方車沒溜過去又退回來的情況。6)射頻控制用于給車號識別系統(tǒng)發(fā)送開始識別信號。7)重發(fā)數(shù)據(jù)將當前過磅的數(shù)據(jù)重新發(fā)送到數(shù)據(jù)效勞器中。8)選擇發(fā)送將歷史過衡數(shù)據(jù)選擇發(fā)送的數(shù)據(jù)效勞器中。10)退出AIT+X退出動態(tài)稱重方式回到主頁。如果預稱車數(shù)有效，那么可在右上顯示框的的右側有一個窗口可以輸入預稱車數(shù)，這個車數(shù)僅能使用一次。2顯示記錄區(qū)顯示稱重記錄的重量、速度及可能的超速標記、狀態(tài)標記。1)顯示區(qū):顯示瞬時重量、零點、原碼、日期、時間、車節(jié)總數(shù)、車節(jié)總重、牽引方式、文件號、數(shù)據(jù)指針(讀取的A/D碼值在存儲區(qū)的位置)等2)紅綠燈紅燈:零點不正常、正在稱重或雖已空秤但稱重過程并未結束綠燈:準備稱重3)狀態(tài)顯示AID通道可能出現(xiàn)的故障，如零點超常、斷線、尖峰、停采、紋波過大等。4)車次表(右下方):當日稱重車次的列表，含日期、時間·車數(shù)。4.4統(tǒng)計報表圖4.4為統(tǒng)計報表主界面：圖4.4統(tǒng)計報表主界面1)通用報表統(tǒng)計含進廠、出廠、廠內(nèi)物資統(tǒng)計報表。在統(tǒng)計報表之前，其統(tǒng)計的時間周期內(nèi)必須保證每天都經(jīng)過當日數(shù)據(jù)結算。4.5本章小結本章主要介紹了系統(tǒng)的軟件方面內(nèi)容，組態(tài)王WINCC在系統(tǒng)中的應用與PLC的通信以及動態(tài)軌道衡稱重界面設計，對S7-300編程軟件STEP7-V5.4編程作了簡單介紹。5車號識別系統(tǒng)的應用5.1系統(tǒng)的構成系統(tǒng)特點車號自動識別系統(tǒng)是自動識別設備〔AEI〕在鐵路方面的具體應用。XC型自動設備識別系統(tǒng)采用了微波反射技術及計算機技術，克服了采用攝像、聲外表波、條形碼等技術抗干擾能力差、識別精度低、環(huán)境適應能力差等缺點，代替人工抄寫車號實現(xiàn)了設備身份編碼的自動、準確識別，為鐵路運輸貨車跟蹤系統(tǒng)提供準確的車次、車號等實時根底信息。系統(tǒng)構成XC-2A型鐵路車號自動識別系統(tǒng)由電子標簽、地面讀出裝置、電子標簽編程器、車站控制與車號處理系統(tǒng)、運輸部調(diào)度中心(車號查詢中心))5局部組成，如圖5.1所示:圖5.1鐵路車號自動識別系統(tǒng)框圖1)電子標簽現(xiàn)在已作為鐵路車輛的主要配件，內(nèi)部存有車號及車輛的技術參數(shù)信息。標簽安裝在被識別車輛的底部中梁上，每輛車安裝1個。2)地面讀出裝置(讀/寫器)主要由室外的車輪傳感器、地面天線和室內(nèi)的RF射頻裝置、讀出主機、電源防雷、通信及信號防雷等局部構成。安裝在鐵路車輛貨物計量站旁邊，實時準確地完成對列車及車輛標簽信息的采集，并將采集的信息進行處理，通過光纖網(wǎng)絡傳至車站控制與車號處理系統(tǒng)。3)車站控制與車號處理設備車站控制與車號處理設備安裝在有關車站，完成AEI采集數(shù)據(jù)的處理，并向運輸部鐵路車輛貨物實時跟蹤管理系統(tǒng)和運輸部調(diào)度中心(車號查詢中心)等處轉發(fā)數(shù)據(jù)。4〕列檢復示系統(tǒng)復示車站控制與車號處理系統(tǒng)轉發(fā)的車號數(shù)據(jù)信息，為車輛管理和設備維護提供可靠信息。5)電子標簽編程器對于國內(nèi)標準車型，在標簽安裝前，鐵道部在車輛出廠前已向標簽中寫入數(shù)據(jù)信息。6)運輸部調(diào)度中心(車號查詢中心)對首鋼廠內(nèi)鐵路車輛進行查詢監(jiān)控，及時掌握鐵路車輛使用及裝卸情況，壓縮廠內(nèi)鐵路局車輛保有量和停留時間，提高車輛周轉率，降低運輸本錢。5.2車號識別系統(tǒng)的功能應用1)自動識別鐵路貨車標簽內(nèi)的車號等車輛信息通過RFID技術自動識別貨車車型，車號，車次，總輛數(shù)，車輛到達時間等信息。2)多樣化的皮重解決方案當皮重需要計量的時候，系統(tǒng)以24小時(或根據(jù)實際情況設定時間)為依據(jù)自動除皮，系統(tǒng)對于超過24小時的車輛定義為“老牌車〞，系統(tǒng)自動提醒計量員老牌車進行關注。經(jīng)確認需要回皮的那么對其重新進行皮重計量。對不回皮的車輛自動采集貨車的自重，系統(tǒng)分為領定自重庫模式和實際自重庫模式，一半講，貨車通過維修實際自重與額定自重不同。如:C62的額定自重為21.7噸，大修后重的有22.3噸，輕的有21.3噸。企業(yè)可以根據(jù)需要來選用。首鋼選用的是實際自重庫模式，即系統(tǒng)建立自重動態(tài)跟新庫，可以根據(jù)前期的車號對應的更新自重建立了自重更新庫，當再次識別到該車皮時系統(tǒng)自動調(diào)用更新的自重數(shù)據(jù)。一般來講，首鋼的鐵路貨源相對固定，車輛均由車輛段安排調(diào)配車皮方案，雖然從短期看車輛是變動的，但從長期看車輛是現(xiàn)對固定的。因此，建立實際動態(tài)自重更新庫有利于提高精確計量。3)數(shù)據(jù)自動提取車號自動識別系統(tǒng)與軌道衡相結合，可實現(xiàn)貨車車輛的不停車稱重時自動抄錄車號和計量報表的全自動生成。自動車號識別系統(tǒng)自動提取動態(tài)軌道衡的計量數(shù)據(jù)，即軌道衡的計量數(shù)據(jù)與車號自動對位，自動生成生產(chǎn)要求的報表，可以進行匯總、查詢、打印、統(tǒng)計等。表5.1為標準計量單:表5.1軌道衡計量單車型車號毛重〔噸〕皮重〔噸〕凈重〔噸〕速度〔km/h〕C62462418484.7722.0062.7712C62461352284.2022.0062.2011C62453175082.7021.7061.0011C62457601782.8521.8061.0510C62461758083.7622.4063.3610C62459175084.6521.9062.75104)遠程無人值守作業(yè)本稱重系統(tǒng)真正實現(xiàn)了無人值守計量，操作人員可在后端實施稱重作業(yè)，無需在現(xiàn)場進行倒班作業(yè)，大大提高工作效率，是得有限的人力資源得到充分的發(fā)揮利用。管理部門通過網(wǎng)絡遠程對現(xiàn)場進行即時監(jiān)控，也可以對過去以特定時間的稱重情況進行查詢或打印，對數(shù)據(jù)進行分析。5)完善貨車車輛電子稱重系統(tǒng)的自動化，實現(xiàn)信息化管理。6)應用車號自動識別系統(tǒng)提高了計量管理水平，縮短了車輛因計量而產(chǎn)生的車輛鐵路延時。5.3車輛判別方法車輛判別方法分為波形判別法、開關判別法。波形判別法稱重方式中稱重傳感器輸出的信號電壓波形如圖5.2所示:圖5.2稱重傳感器輸出信號電壓波形因為稱重傳感器輸出的重量信號與作用在秤臺七的車輪秤臺的壓力成正比。當車輪進入或離開秤臺時，稱重信號產(chǎn)生一個正的或負的增量。列車通過自動軌道衡時，一對對車輪不斷進入，離開秤臺時，重量信號也隨著連續(xù)發(fā)生變化。將重量信號隨時變化的情況繪成曲線就成了圖5.2所示的貨車重量波形圖，這種波形是實現(xiàn)波形判別車型的法不可缺少的依據(jù)。在此波形判別車型法中計算機需要進行如下操作:1)軸距測定為了判定通過自動軌道衡的車輛各個軸距是否與貨車的特征軸相吻合，必須對這些軸進行測量。測定軸距即判定波形圖上各段時間。2)設“門檻〞為了把這種車輪上下秤臺引起的重量信號予以區(qū)別，可以設定一個參數(shù)“C〞稱為重量信號的“門檻〞相鄰采樣點之差大于C時說明有車輪進入或離開秤臺，否那么視為信號波動。C值通常按最輕空車一個軸重對應重量信號的80%來確定。3)軸距判定每節(jié)車輛通過秤臺所得到的三個軸距與預先存儲在計算機內(nèi)的貨車特征軸距相比擬，能滿足者為貨車，不能滿足者為非貨車。4〕軸數(shù)統(tǒng)計假設自動軌道衡為轉向架稱重方式，那么只有一個貨車轉向架的兩對車輪同時在稱重臺時計算機才能夠進行稱量。這一過程需在計算機內(nèi)存中開辟一個計數(shù)單元，并將重量信號分段整理，然后進行是否是同一貨車轉向架兩對輪的判別等。圖5.3為轉向架判別流程圖，當有輪對經(jīng)過稱重臺面是系統(tǒng)采集到重量信號，稱重程序通過讀取重量信號，把它和程序設定的“門檻〞值相比擬，如果重量大于“門檻〞值那么程序認為有車量進入或離開衡器臺面，否那么程序認為是信號波動。如果yes那么程序記錄脈沖沿(即軸數(shù))，利用車速與每個軸通過臺面的時間計算出相應的軸距，每節(jié)車輛通過秤臺所得到的三個軸距與預先存儲在計算機內(nèi)的貨車轉向架特征軸距相比擬，能滿足者為貨車轉向架，不能滿足者為非貨車。如果yes那么記錄該轉向架的重量，并返回。圖5.3轉向架判別流程圖圖5.4為動態(tài)稱重系統(tǒng)軟件流程圖，當系統(tǒng)處于待機狀態(tài)時，系統(tǒng)進行零點的檢測，如果有重量信號進入，程序首先根據(jù)波形進行判別它是否是車頭即是否滿足貨車車型的條件。是車頭要進行除去車頭重量的計算，不是那么進行圖5.2中轉向架的判別，符合特征那么計算重量，速度。不符合轉向架特征的，進行符合結束特征判別，滿足了結束稱量特征那么進行數(shù)據(jù)的上傳打印，不滿足結束特征的繼續(xù)返回進行車頭的判別。這里定義稱量結束特征有以下幾條:1)一段時間內(nèi)不再有重量信號出現(xiàn)，系統(tǒng)默認10秒。2)系統(tǒng)長時間接收同一個重量信號，可能原因是機車停在臺面不動造成。3)非標車輛通過臺面，造成系統(tǒng)不能識別。圖5.4動態(tài)稱重系統(tǒng)軟件流程圖圖5.5讀取車號程序流程圖圖5.5為稱重系統(tǒng)讀取AEI捕獲的車號程序流程圖，車號作為程序的輸入局部，動態(tài)稱重系統(tǒng)可以通過讀取RS232接口的數(shù)據(jù)來獲取射頻天線所接收到的數(shù)據(jù)。平時車號識別裝置不動作，處于關機狀態(tài)。當安裝在稱重區(qū)域外的開機磁鋼接收到有車輛通過時，開機磁鋼向地面讀數(shù)裝置發(fā)出信號啟動電源，地面讀數(shù)裝置工作。同時稱重系統(tǒng)開始檢測232口是否有數(shù)據(jù)，如果RS232口有數(shù)據(jù)出現(xiàn)那么將車號錄入存儲。動態(tài)軌道衡軟件編程是以WINDOWS為系統(tǒng)運行平臺，采用計算機C語言以及數(shù)據(jù)庫ODBC接口實現(xiàn)的。軌道衡稱重系統(tǒng)的軟件是動態(tài)稱量軌道衡的核心，并配置了相關模塊，實現(xiàn)了以下功能見圖5.6。圖5.6動態(tài)稱重系統(tǒng)程序架構圖5.3.2動態(tài)軌道衡的車型判別動態(tài)電子軌道衡的核心是車型判別，即一對列車在經(jīng)過計量站時動態(tài)稱重系統(tǒng)怎樣判斷車頭與車皮以及每節(jié)車皮對應的前后兩組轉向架，從而測量出該節(jié)車的重量。如何從傳感器輸出的波形中找出我們所需要的計量段是本課題的關鍵之所在，也是課題的最困難之處。而選擇車型判別的方法是通過考察它們的數(shù)學模型以確定最適合的方法。數(shù)學模型的選擇要通過應用震動理論、濾波理論、及系統(tǒng)辨識理論等數(shù)學、力學方法、理論來分析和確定。在選擇和確定數(shù)學模型時，首先要知道稱重傳感器在受動態(tài)變力作用時輸出的波形，然后在時域和頻域圖相對照，找出兩者的差異，最后用數(shù)學方法建立數(shù)學模型。5.3.3開關判別法信號是通過接近開關輸出的，每通過一根軸，發(fā)出一個信號開關判別車型法即車型判別的開關量信號通道。它必須在秤臺或引軌上安裝一些開關。并在控制系統(tǒng)中增加一套邏輯電路和開關量接口。這就增加了系統(tǒng)硬件的復雜程度，降低了系統(tǒng)的可靠性。特別要指出的是，所用的開關通常為機械接點式，光電式或電磁感應式等。無論采用那一種開關，它們的故障率均比擬高。據(jù)統(tǒng)計，已經(jīng)運行的自動軌道衡,開關量故障幾乎占總故障的60-80%。5.4本章小結本章主要表達了動態(tài)稱重系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)，主要技術要點是火車車型的判別，剔除無效的計量段波形后，對有效的計量段進行數(shù)據(jù)的處理得出我們需要的計量數(shù)據(jù)。有了這些計量數(shù)據(jù)我們的動態(tài)計量功能就根本實現(xiàn)了。但是，僅靠這些計量數(shù)據(jù)是不夠的。我們無法將這些數(shù)據(jù)同具體的哪一節(jié)車皮聯(lián)系起來，以往我們依靠人工來記錄車號，這樣做對工人來說特別緊張，而且錯誤率相當高。為了克服這一不利因素，我們采用了車號自動識別系統(tǒng)，