浅谈轨道衡计量系统的稳定准确性
作者： 崔爱军
（华能德州电厂，山东 德州 253024）
【摘 要】文章介绍了轨道衡计量系统的基本原理，并对影响轨道衡计量系统稳定准确性的因素进行了技术分析及对策探讨。
【关键词】轨道衡计量系统；计量；稳定准确性；对策探讨
【中图分类号】TB1 【文献标识码】 A 【文章编号】 1007-772（2006）04-0073-02
在我国，轨道衡担负着企业大宗原材料及成品进出厂的计量工作，作为一种快捷、准确的大型计量设备而倍受企业的青睐。轨道衡的准确与否直接关系到企业的切身利益，对企业降低成本、成本核算、节约能源等方面都具有直接的影响。目前华能德州电厂一、二期使用的轨道衡计量系统，为天津天水（TS）红山试验机厂生产，主要由传感器系统、系统主机、软件及控制处理单元三部分组成，对四台机组的燃煤进厂情况进行具体计量工作。在当今竞争激烈的市场经济中，降低经济成本越来越成为各电力企业重视的焦点，对轨道衡计量的稳定准确性也提出了更高的要求。
本文在此仅就华能德州电厂一、二期轨道衡计量系统稳定准确性方面的几点问题进行阐述，供大家参考。
一、轨道衡计量系统的工作原理及系统结构
（一）工作原理
机车车轮重量通过称体测量系统组合传感器，把重量信号转变为模拟电压信号经过控制单元、放大滤波、A/D转换电路转换，使重量信号进入接口电路采集卡，再传递给计算机完成数据采集、数字滤波、机车判别、计算节重、速度、并根据车速进行高精度校正补偿（见图1）。
图1 轨道衡组成原理示意图
（二）系统组成
轨道衡计量系统硬件组成：
1．传感器系统系统：包括称重台面、称重传感器两部分；
2．控制单元：工作电源、供桥电源、放大滤波器、A/D转换电路；
3．系统主机及软件：一、二期轨道衡采用天水红山试验机厂所携带IBM微机系统和轨道衡计量软件。
称重台面由称梁、框架、横向限位、钢枕连接板组成钢枕和框架用螺栓固为一体。四个压力传感器用来测量测量车重。工作电源有D200、D201、WY7815、7915、7805及其它电子元件组成，该组元件电路运行稳定并具有过热保护等措施。供桥电源为精密激励电源，丛林顿三极管有扩展作用电阻起超过载保护作用，电源精度优于0.2%。放大滤波器过滤高频干扰信号，另外还具有增益调节功能用来保持台面信号一致。采用美国A/D公司生产的A/D转换电路，由A/D转换子系数DAS1152(DAS1159)转换器件把连续的模拟信号转换成计算机识别的数字信号，采用该器件可使衡器分辨率达1kg，采样数每秒达3万次，高精度，高质量确保系统长期可靠运行。
轨道衡所用软件，包括静态称量程序和动态称量程序。电气与机械系统检查程序和自动非线性修正程序。
静态程序是一种静态测量，提供了分别称量台面系统的自重和静重功能，是操作系统的一个外部命令。
动态程序功能结构上包括四个部分：逻辑识别部分、数据处理、非线性修正、输入输出。
逻辑识别方式是利用传感器的输出信号进行识别的所谓无开关方式，具有可靠、过衡范围宽、基本不需要维护等特点。逻辑识别的主要任务就是从列车经过台面时称重传感器输出的复杂信号中，区分出机车、煤水车、守车和车辆，提取真正的车辆有效的车辆称重数据。逻辑识别判断来车的方向，对道路状况带来的误差进行修正，同时测出每节车的过衡速度，以判断过衡速度是否满足计量要求的范围之内。
数据处理：通过逻辑识别完成了有效称重信息与否的识别任务，但是并不是被称重车辆的真实反映，此时不止有重量信息还有各种机械震动的干扰信息。因此需要对各种振动和干扰进行有力的抑制，必须采许特殊的数字滤波措施。 用数字法表示，此时假定系统是线性则表示为：
连续型 V（t）＝VT（t）＋VF（t） （1）
其中：V（t）表示放大器的输出，VT（t）表示真实称重信息所对应的电压，VF（t）表示各种振动和干扰的电压。
离散型 V（KT）＝VT（KT）＋VF（KT） （2）
其中：K表示采样序号，T表示采样周期，V（KT）表示采样数据，处理的目的就是分解出VT（KT）。
由（2）可知 VT（KT）＝V（KT）－VF（KT） （3）
在（3）式中可以求出VT（KT）的数据，但是VF（KT）是一个随机干扰和车辆以及台面振动信号的复合信号，干扰信号和车辆的振动是随机变化的，所以解析的方法无法确定VF（KT）的数值，只能用数字滤波的方法来解决。滤波过程如下：
V（KT）－预滤波－二次滤波－VT（KT）＋0[VF（KT）]
其中：0[VF（KT）]表示一个高阶无穷小量，相对VT（KT）而言。
在实际测量过程中，整个系统的非线性修正不容忽视，如不进行修正，将关系到线性修正，随着衡器使用时间的延伸，整个道床和线路变化，传感器放大器等单元参数的微小变化是不可避免的，所以在复检时必须适当进行非线性的参数调整。
当调完程序后，当台面过车时，将此刻的过衡时的速度以及它的重复合序号、年月日和时分秒，并在每辆车过后从计算机CRT上显示并在打印机上打印出来。最后将以上信息存入系统磁盘，作为一个永久地保存，以便事后查阅加工处理、备忘。
二、轨道衡计量系统的稳定准确性分析及对策探讨
几年来我们对轨道衡计量系统运行情况进行了详细记录，并对使用中产生的问题进行了研究，下面从各种干扰因素、系统通讯传输等几个方面进行技术分析和对策探讨。
（一）干扰因素分析和采取的措施对策
干扰轨道衡工作的原因比较复杂，如重量信息、各种机械震动的干扰信息等。应当注意的是来自于两个方面的干扰：一是当电压、电流变化而产生电磁波通过空间辐射直接传输造成的空间干扰（辐射干扰）；二是当电压电流产生无益的变化时，通过电源线信号线地线大地等传播的不必要变化的传导传输（传导干扰）。来自电源线的、来自信号线电缆的、来自电路的、来自雷电或者静电感应方面的干扰等，还可能并存多种干扰成分。通常在电源方面如交流电的频率变化、电压变化、高次谐波失真等均可造成干扰，直流电源的起伏变化也可能造成工作失常。信号线和某部分电路产生反射、串扰或者线路状态翻转、开关闭合时均以对轨道衡系统设备产生不良影响。对于我厂轨道衡系统安装投运以来，由于年久失修，有些电缆有破裂、裂纹现象，电缆和系统通讯电缆接头处多数屏蔽不好，使系统的抗干扰能力降低，造成计量的误差，另外由于轨道衡计量人员技术水平相对薄弱，以及操作不当、工作站内的环境状况这些众多成分对轨道衡系统的稳定性、准确性造成的影响是不可忽视的，会引起计量误差，严重影响了轨道衡系统的准确和稳定性。
对这些干扰因素采取的措施对策：对于传导干扰给发生源及被干扰设备的电源线等安装滤波器，阻止传导干扰的传输，对辐射干扰解决问题的方法除加装滤波器外，还要对设备进行有效地屏蔽。采用电磁兼容的方法有屏蔽、滤波，改变电路设计和线路板布线等方法，电场屏蔽消除用铝箔或铜箔将干扰源包围起来。高频磁场的屏蔽使用导电率高的材料封闭起来。传感器输出低电压信号，传输距离较长，此时应该把信号电缆和动力电缆分布布设间距加大，解决电流辐射干扰。我们还将导线分开，将电源线和放大器的输入线分开，避免试验脉冲的能量耦合进放大器的输入端。主机和放大滤波器保持一定的距离，减少了滤波器上的干扰信号、干扰电流对主机的干扰可能性，另外，我们重新敷设使用质量优良的屏蔽电缆，使用屏蔽电缆可以防止干扰通过电缆辐射。电缆端口处加装低通滤波过滤干扰电流，消除电缆的辐射因素。电缆进电缆桥架，信号线加装金属软管，改造后电缆抗电磁干扰能力得到明显增强。对于人为因素我们通过对轨道衡计量人员适当培训，让他们掌握正确操作和使用软件系统，正确做好轨道衡的日常维护，工作站内安装空调设施用以保证主机、采集仪、打印机的正常安全运行。安装有防雷措施（按CCITT标准：10/200US波，幅值5KV冲击，残压小于20～40V）并考虑了对轨道衡计量系统的影响。通过以上各种举措大大提高了系统抗干扰能力，保证了信号的准确性和仪表的稳定性，确保了系统能够正常准确稳定地完成计量工作。（二）网络系统通讯传输的改造
华能德州发电厂原有一、二期天津红山试验机厂的轨道衡测量系统，过衡数据最后只能体现在存储于本主机磁盘或者软磁盘中，由轨道衡计量人员把过衡后的打印报表送至燃料部的煤管部门，这些不能解决计量准确性和客观性，不能及时送呈各职能部门，对厂统计和年审管理等工作不能提供客观完整及时的数据。处于分散操作，整体管理工作量庞大，费时费事，缺乏客观性科学性合法性的依据。
鉴于以上出现的种种弊端，于1999年华能德州电厂特邀天津市电力科学院配合厂有关技术计量及有关领导对于一、二期轨道衡原有天津红山试验机厂计量软件进行调试修改：系统通过轨道衡得到每列火车各节车厢的毛重和速度，并录入各节车厢的车号和皮重，然后通过电话线经过调制解调器，将数据远程传至燃料车间计算机网络的一个工作站，在此录入各节车厢的原发重量，并将计算结果和原始数据传入生产经营部，传入计算机MIS网络，使数据得到共享。改造后系统通讯的稳定性准确性有了保证，不仅计量报表的编制、审核必须及时准确，并且每天每辆车以及每个月甚至几年的过衡数据、计量情况也能即时检索、查询，以便随时掌握厂用煤计量情况。经过此次对软件系统的修改，对我厂计量审核造价管理起到相应的管理作用，取得了较好的效果，对于各层次决策者进行生产经营和决策时，增强了量化的依据。
三、结语
针对轨道衡计量系统准确稳定性分析，我们制定了相应的对策，通过几年的运行观察和校验记录，以前存在的问题已经得以解决，从而降低了使用风险，提高测量结果的置信水平，使计量保证更为有力，从而加强电力企业的计量管理工作，提高电力企业的素质，适应电力企业安全、经济生产的需要。
【参考文献】
[1]电磁电容是不可忽视的电子测量问题[C]．2000年计量测试学术交流文集．