高精度动静态电子轨道衡 GCU

唐山元宝科技有限公司(原唐山永进机械厂)创建于2005年，位于中国近代工业的摇篮----现代国内Zui具发展潜力的重工业城市河北省唐山市内，是一家制造机电一体化设备的科技型民营企业，主要从事研发、生产、安装机械及相关行业的设备，是经国家相关部门批准注册的实业型经济企业。主要生产销售各式电子地磅、环保除尘器、螺旋输送机、圆盘给料机、等产品的专业厂。公司拥有现代化标准厂房10000多平方米，员工200多名，其中工程师10名，技术人员28名。拥有完整、科学、质量管理体系，通过iso9001国际质量体系认证。公司拥有大量先进、专业的生产设备和检测仪器，产品零部件采用先进数控机床加工。产品广泛服务于国内大型钢铁厂配套工程，污水处理工程，市政工程，化工，铸造，水泥建材、化肥，造纸、农业养殖等行业，深得广大客户好评，产品畅销。唐山路北永进机械厂本着“客户第一，诚信至上”的原则，与国内多家企业建立了长期的合作关系。热诚欢迎各界朋友前来参观、考察、洽谈业务。

一、技术性能:

● 设备型号：gcu-100t

● 称量对象：四轴矿车(机车头轴距2700mm；车皮轴距2250mm；车皮车长11500mm;钩舌距1200mm；）

● 轨   距：1435mm

● 轨   型：50kg(与线路轨相符)

● Zui大秤量：150t

● 安全过载：150%

● 称量车速：≥5km/h

● 称量方式：动态双向全自动整车称量,静态整车称量。

● 称量精度：国家标准为动态综合精度优于1%；静态精度5‰；

本设备精度优于5‰

● 输出方式：显示器显示、打印机打印、磁盘存储、数据联网，数据管理功能，可实现班、日、月、年的数据分类统计管理。

● 基本管理功能：动态称量、静态称量软件切换，每次称重具有自动零点跟踪，自动除皮，自动累计，超重报警；有强大可靠的数据存储功能，断电保护等，可实现数据分类统计、管理、打印。

● 设备电源：50hz,220v(±10%)/1000w。

二、技术说明

一般自动轨道衡由称量台面及传感器、电器仪表、计算机、打印机等组成。传感器属于力电转换元件，即传感器受到车的重力影响就能输出模拟的电信号，再利用电器仪表将模拟的电信号放大，并将模拟的电信号变为数字信号。数字自动轨道衡利用数字传感器代替了模拟传感器和电器仪表，传感器输出的是数字信号，当车辆通过秤台时，计算机读取传感器的数字信号进行逻辑判别和数据处理, 逻辑判别的目的是判断正在称量的车辆是机车还是车箱,是前转向架还是后转向架。数据处理的目的是将车箱的前架与后架相加使其成为一节车的数据,并计算出本节车的行进速度,当一列车称量完成后程序自动转到报表,操作员报表后就可通过打印机打印报表。

我单位生产的单台面自动轨道衡机械秤台有效称量部分为3800mm。因为被计量车辆大部分为四轴货车（固体或液体），我们将前两个轴叫前转向架，后两个轴叫后转向架。一般同一转向架的两根轴的距离为1750mm左右。 单台面自动轨道衡为转向架计量方式，就是计量完一节车的前转向架后再计量后转向架，两转向架的重量之和为整车重。当车体通过秤台时，秤台将力传递给力-电-数字转换元件传感器，传感器受力变形输出一个与车体重量成正比的信号，此重量信号是经过传感器内部的ad转换电路的数字信号，这个数字信号经过处理，Zui后经接口电路送入计算机，计算机经分析和判别区分出有效的数据，正确计量和显示。

gcu-100t自动轨道衡是机电一体化设备，由机械称量台面、传感器、接线盒、转换仪表、计算机、轨道衡工作软件等几部分组成，机械称量台面和传感器两部分安装在混凝土基础之上，其余仪表部分安装于控制室之内。本轨道衡根据矿车轴距和联挂距离，为保证整车计量，轨道衡秤台长定为3800m。（见下图）

        混凝土道床            3800mm               混凝土道床

                          机械称量台面

矿车计量示意图

三、机械称量台面设计

1、机械称量台面作为列车支撑与传力机构，由整体机械框架、称重梁、横梁、限位系统、过渡桥、过渡器、防爬器和休止装置等组成，完成列车运行中的导向、支撑与力的传递工作。称重传感器测试的是垂直重力，机械称量台面必须保证把车轮的重量完全不变的传递给称重传感器，并保证称重传感器垂直，稳固，不会受到外界振动、冲击等因素影响。

2、充分考虑安装环境湿度大，现场有生产工艺用水，并且水有强碱性，对金属具有强腐蚀性的等因素，我公司在秤体制作方面做如下改进：

a.称重台面采用加厚型钢板；

b.秤体作多层防锈防腐处理；

c.称重传感器外加保护罩;

d.同时考虑到矿车使用条件恶劣，机械秤体具有护轨保护装置，从而满足矿车的正常运行及设备的正常使用。

3、整体机械框架：作为传感器、过渡桥、限位系统的支撑平台、由型材焊接而成，机械称量台面组装后为整体台面。整体机械框架的整体强度、刚度保证机械称量台面在安装、吊运以及荷载时不弯曲、不变形。同时整体机械框架在安装定位时作为整体定位部件，方便安装。

4、称重梁：是机械称量台面的主体部分，由钢板焊接而成，具有足够的刚度、强度和良好的稳定性。称重梁通过四只称重传感器安放于整体机械框架之上。横梁作为两称重梁的连接部分，与两称重梁形成一个稳定结构，保证台面轨距，防止称重梁倾翻。

5、限位系统：由横向拉杆和纵向拉杆组成，拉杆的一端与整体机械框架连接，另一端与称重梁连接，保证称重梁在水平方向没有位移，同时对于称重梁在垂直方向的变化没有阻力。横向拉杆采用内拉方式，纵向拉杆采用外拉方式。

6、休止装置：休止装置的作用第一是称重梁的安装定位支撑。第二是调整传感器的起降装置。第三作为传感器的保护装置，是机械称量台面铁路行车安全的有效保护手段。

7、过渡桥：为引线轨和过渡器的支撑，作为列车上称重梁前的过渡部分，减少列车对秤台的冲击。

8、过渡器：采用桥式随动过渡，减少车轮上下秤台时对传感器的冲击。

9、 防爬器：采用钢轨夹板穿销式结构，防止引线轨与台面称量轨因热胀及钢轨窜动而挤在一起影响计量。

四、称重传感器

轨道衡传感器采用电阻应变式原理，由弹性体、电阻应变片、补偿电路、引线及外壳等部分组成，检测传感器所受的垂直重力。弹性体承载重力并有一个与重力成正比的形变，一般一只传感器有四片电阻应变片粘贴在弹性体之上，并组成一惠斯登电桥，当弹性体发生形变时，在供桥电源u的作用下桥路的输出端产生一与重力成正比的电压v。补偿电路补偿温度非线性、传感器灵敏度、输入输出阻抗等。gcs系列动态电子轨道衡的一个机械称量台面采用四只传感器并联方式。传感器的受力状态要求严格，一般要保证传感器的受力轴线与传感器轴线重合，并保证传感器始终处于垂直状态。

传感器是称重系统中的关键元件，电子轨道衡传感器的安装位置一般自然条件均很恶劣，如温度年变化量Zui高可达60℃,而且多雨潮湿，所以要求传感器具有温度范围宽，密封潮湿，过载能力强，长期稳定可靠等特点。经过多年的经验总结，我们选用国产的zsf-40t称重传感器，该传感器的特点是，压头为大球面式，抗侧向力好，长期可靠性高，参数一致性好等优点，已经为国内多数使用单位所接受。

称重传感器的特点：

● 材料：弹性体材质为40crnimoa外密封罩材质为不锈钢1cr17，耐腐蚀，严格的质量检查确保其在任何时候都是可靠的。

● 密封：水完全不能透入，其密封性能之完美使他甚至能在水里操作。

● 过载能力：传感器能承受150%过载而不会损坏失去其功能（安全过载150%，极限过载可达350%） 。

● 抗震：在不同频率，以30g加速下作150万周期的严格实验证明，传感器是抗震的。

● 质量概念：从生产的Zui初阶段，电子和机械测试手段，严格遵守iso9001规定，确保传感器所有指标得以实现。

● 此种传感器的防护等级为ip68，防水性可达到在水深1.5米处浸泡1万小时，性能不变。

● 额定负载：40t

● 精度等级：c3

● 认证：oiml，netp，gos，ptb

● 保护等级：ip68（ip69k）

● 输出信号(rs-485/4-线)

● 自动复位和调心、有良好的抗侧向力。

● 简单安装

● ip68不锈钢材料，激光焊接                              

● 按照oiml r60Zui大到3000d分度

● 按照en 45 501符合电磁兼容要求

● 内置过压保护

● 防护等级达ip68（1米水柱中测试100小时）和ip69k（高压水柱冲洗）水平

● 抗疲劳强度不低于100万次。

● 具有自诊断功能、可进行故障报警。

● 防雷击、抗干扰能力强。

● 防爆特性：防爆等级exibⅱct4

五、mws-1e型称重转换器

我公司自主开发研制的mws-1e-8型智能化称重转换器,是专门用于动态电子轨道衡的称重转换仪表，是根据windows实时多任务操作系统的要求开发生产的Zui新产品，仪表在保证高速度，高精度的基础上，内嵌两级微处理器，独立实时采集数据，存入大容量缓冲存储器。因此，在windows操作系统下的工作软件，完全可在空闲状态下与仪表交换数据，受到windows客户的充分肯定。

（1）技术性能及工作条件

● 电源：交流 220v   频率 50hz±2hz，当电源波动过大时，用户应自备稳压电源。

● 仪表需有独立的接地系统，其接地电阻在Zui干燥的季节不应大于4ω 。

● 雷区使用需安装避雷装置。

● 环境温度：0℃—40℃，湿度不大于90%。

● 内含传感器供桥源：dc 12v 280ma。

● 输入灵敏度：38μv(Zui高)。

● 输入阻抗：大于10mω 。

● 非线性：小于0.01%f·s。                  

● a/d分辩率：16位。

● a/d转换速率：500次/秒。

● 功率消耗：不大于30va。

● 转换速率：1000次/秒  

● 综合精度：0.01%

● 整机电源：不大于40w    

● 接口方式：rs-232c串行通讯接口

● 净重：约5kg。

● 物理尺寸：360×300×100mm。

（2）mws-1e型称重转换器结构

mws-1e型称重转换器由电源变压器、±15v电源、±12v电源，±10v传感器供桥电源、+5v电源、前置放大单元，滤波单元、电源基准跟随电路、a/d转换器, 微处理器实时数据采集系统等组成。

（3）mws-1e型称重转换器工作原理

mws-1e型称重转换器主要由模拟通道和微处理器实时数据采集系统两部分组成，模拟通道由两级稳压电源作为传感器供桥电源，传感器可选择4线或6线制接法，6线制接法时具有长线补偿能力，a/d转换器为外基准方式，跟踪传感器供桥电源的变化，形成比例跟随电路，放大器电路采用高精度斩波放大器，组成三运放仪用放大器，经有源滤波单元滤波后，进入a/d转换器转换。微处理器实时数据采集系统在单片微机的统一指挥下，将a/d转换器转换的结果，，存入大容量缓冲存储器，并适时通过输出电路及计算机接口将重量数据送至计算机。

（4）mws-1e型称重转换器特点

传感器供桥电源具有过电流和短路保护电路，防止了由于传感器短路损坏仪表的问题，增加了系统的可靠性。

模拟通道的比例跟随电路a/d转换器的电压基准取传感器供桥电源，使得电源、a/d转换器建立在一个相同的电压基准之上，电压基准的变化对系统增益没有影响。

a/d转换器为高速转换器，其包洛图可以准确的反映车辆的波形变化。

仪表为自带微处理器的数据采集系统。可实时采集数据，并设大容量缓冲存储器。其实时性和与计算机交换数据的随机性，确保了windows环境下的工作软件的需要。

设有串行总线通讯接口，多台面使用时，接线方便，工作可靠。

仪表与计算机通信，采用光电隔离技术，增强了系统的可靠性。

(5)功能特点（具备此功能仪表为我公司独有技术）

● 模拟量放大通道可实现传感器信号的单只独立输入，仪表可识别来车方向，进行方向差补偿；

● 故障自诊断：可显示每只传感器的输出，某只传感器出现非正常输出值时，计算机自动判断、自动报警。旧式仪表的全并联方式则无法实现；

● 数字补偿：传感器的平衡通过修正其输出实现，而非通过旧式的接线盒电阻补偿方式；

● 多级密码的设置增强了系统称重数据的可信度。

● 具有can控制器局域网络接口可实现为控制器的远距离组网。

● 具有rs─485标准异步通讯接口，可与上位机联网或联接大屏幕显示器。

● 具有自动零跟踪功能。

● 置的传感器输出平衡被打破，计算机报警；作弊者试图抬高2只（及以上）传感器输出值时，重量规律被打破，同样报警（事后也可以从波形图看到）；

六、工作软件

⑴、软件说明

软件分为四部分，第一部分是总体结构，第二部分是称重部分，第三部分是数据管理部分，第四部分是功能设置部分。

软件版本为windows98版本，使用windows98、visual basic6.0、visual foxpro6.0等平台和语言。特点是适合于网络需求。

软件结构性、整体性、可维护性较强，第一是采用分散的文件结构、第二是采用统一的数据结构形式。集动态称重、静态称重、参数设置、数据追溯、数据安全、通讯、数据管理等内容于一体，使程序在运行时变成了一个整体，方便了安装、设置、操作。

称重软件是电子轨道衡的核心，本程序的编制依老的称重软件为蓝本，融新的数据处理技术、逻辑判别思想、数据追溯、数据加密等于一体，其主要功能包含了：错误诊断及提示、多台自动判断、现场干扰测试、模拟动态称重、原始数据的存储及数据追溯、Zui多单列车达100节车计量结果的普通或加密存储等。

静态称重主要用于轨道衡的静态使用及静态检定，其主要功能有：整车重量的显示、打印、存储，其中存储格式与动态存储格式一致。

参数设置：动态称重、静态称重的大部分功能由参数设置软件确定，分为一般设置、静态设置、动态设置等内容，可以对外开放。

数据追溯：数据追溯是轨道衡核实数据、故障判定、解决纠纷的重要依据。当对轨道衡计量有异议时，数据追溯以原始数据为依据，帮助判定。

数据安全：严格的加密功能，防止数据的意外丢失或人为破坏。共编制了35个应用程序文件，程序运行产生15个参数、过程文件，每个月产生3个独立的数据存储文件。如果计算机磁盘空间选用1g，数据可以被保留3年。  

⑵、软件结构

定义部分：定义数据文件存储路径、文件名，文件记录所包含的内容、格式；定义变量、常数；定义算法、判据。

初始化、数据采集、系统检测、配置部分：初始化程序变量、常数；确定接口方式、数据采集；检测轨道衡系统硬件配置；按照硬件配置配置软件工作方式。

系统设置：设置工作方式，包括接口地址、单双台工作方式、滤除机车方式、收尾方式、秤台长度、实时数据存储方式、加密算法等；设置数据修正参数，包括静态、动态系统精度修正、非线性修正、方向差修正。

称重部分：数据滤波平滑、预处理、零点跟踪；完成车位判别、车种判别、收尾判别，确定称重方式；完成数据处理、重量、速度计算；实时显示列车重量、速度；存储有效的实时采样数据、重量、速度数据，加密存储重量数据。

数据追溯：对需要的数据进行追溯，包括波形绘制、局部数据计算、演示称重过程；

数据设置、数据传递、数据录入、存储部分：数据设置完成相关的人员、货物品种、供需方等文字定义；数据传递部分获得称重重量、速度数据；录入部分完成车辆信息录入，包括车号、自重、货物品种、货单重量、供需方、操作员等；存储部分完成数据存储；

统计报表部分：完成班、日、月、年的分类统计、查询；数据核对部分完成加密数据和存储的重量数据的核对；

通讯：标准串口。软件中设置通讯协议和传输方向，并将数据传送到中心调度室计算机中。

本产品的加工定制是是，品牌是元宝，型号是GCU，类型是电子轨道衡，铁路轨距是1500（mm），称量时车速是18（km/h），适用范围是工厂、港口码头、铁路车站，规格是GCU-150