Устройство для поосного взвешивания железнодорожного состава в движении

 

Изобретение относится к весоизмерительной технике. Цель изобретения повьшение точности путем ослабления действия нестационарных . помех. Устройство содержит весоизмерительные датчики 1 и 2, фильтры 3, блок 4 идентификации, блок 5 аналогового преобразования. В устройство введен контроллер 6 весовой обработки, содержащий оперативное ю ГчЭ сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

15)1 4 0 01 G 1 9/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2)) 3831150/24-)0 (22) 05.11.84 (46) 07.05.86. Бюл. Р 17 (71) Челябинский ордена Октябрьской

Ревотпоции и ордена Трудового Красного Знамени металлургический комбинат (72) Э.Ф. Драчук (53) 681.269 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 328345, кл. G 01 G 23/36, 1970.

Авторское свидетельство СССР

9 1137330, кл. С 01 G ll/14, 1983.. SU»32295 A1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПООСНОГО B3BEIIIH- .."

BAH)И ЖЕПЕЗНОДОРОЖНОГО СОСТАВА В

ДВ И))(Е Н ИИ (57) Изобретение относится к весоизмерительной технике. Цель изобретения — повышение точности путем ослабления действия нестационарных помех. Устройство содержит весоизмерительные датчики 1 и 2, фильтры

3, блок 4 идентификации, блок 5 аналогового преобразования. В устройство введен контроллер 6 весовой обработки, содержащий оперативное

1229586

ЗО запоминающее устройство 7, процессор 9 и поятоянное запоминающее устройство 1,ПЗУ) 10 программы весовой обработки. Шины Ш 1 контроллера 6 соединены с Ill 2 контроллера 11 робастпой обработки, содержащего ПЗУ

12, процессор 13, ПЗУ 14 программы робастной обработки, интерфейс 16 качества,, подключенные соответственИзобретение относится к весоизмерительной технике.

Цель изобретения — повышение точности за счет ослабления действия нестационарных помех.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для поосного взвешивания железнодорожного состава в движении; на фиг. 2 †.принципиальная схема блока идентификации; на фиг. 3 и 4 конструкция и расположение грузоприемных блоков; на фиг. 5 и 6 — временные диаграммы для пояснения работы системы; на фиг. 7 и 8 — варианты применяемых весовых и робастных функций.

Устройство (фиг. 1) содержит весоизмерительные датчики 1 и 2, через фильтры 3 подсоединенные к блоку 4 идентификации и к блоку 5 аналогоцифрового преобразования, выходы которого связаны с шинами Ш 1 контроллера 6 весовой обработки, содержащего оперативное запоминающее устройство 7 (далее ОЗУ 7) весоизмерительного датчика 1 и ОЗУ 8 весоизмерительного датчика 2, процессор

9 и постоянное запоминающее устрой— ство 10 (далее ПЗУ 10) программы весовой обработки. Шины Ш 1 контроллера б соединены с шинами Ш 2 дополнительного контроллера 11 робастной обработки, содержащего ОЗУ 12, процессор 13, ПЗУ 14 программы робастной обработки, интерфейс 15 регистрации и интерфейс 16 качества, подключенные соответственно к регистрирующему устройству 17 и сигнализатору 18 качества, представляющему собой, например, светофор с фонарями разного цвета. но к регистрирующему устройству 17 и сигнализатору 18 качества, представляющему собой, например, светофор. Введение новых элементов и образование новых связей между элемента- ми устройства позволяют достичь пос.тавленную цель изобретения. Приведена принципиальная схема блока 4 идентификации., 1 з.п. ф — лы, 8 ил.

Выходы блока 4 идентификации и шины Ш 1 контроллера 6 весовой обработки соединены с входами блока 19 оценки, выход которого соединен с шинами Ш 2 контроллера ll робастной обработки.

Блок 4 идентификации содержит (фиг. 2) сигнализатор нуля, образованный компараторами 20 входных сигналов Я < и Я весоизмерительных датчиков 1 и 2 и схемой ИЛИ 21, счетный триггер 22, ключи 23 и 24 соответственно первой и второй тележек вагона, инвертор 25 и ключ 26 гаше— ния. Компараторы 20 формируют. сигна— лы нагружения П 1 и Н 2 соответственно датчиков 1 и 2, ключи 23 и 24 идентифицируют проход по весам соответственно первой тележки (lт) и

2О второй тележки(2Т) вагона. а ключ 26 формирует сигнал гашения (Г) в случае прохода локомотива или другого объекта„

Выходной сигнал одного из компараторог:. 20 через инвертор 27 поступает на счетный вход счетчика 28 наезжающих осей, вход гашения В которого через схему 29 совгадения связан с выходом 2т ключа 24 и через резистивно-емкостную цепочку RC — с выходом ключа 26 гашения. Выходы счетчика

28 "2" "3" и "4" через ключевую схему 30 связаны с адресными входами блока 19 оценки, представляющего собой, например, устройство памяти с произвольной выборкой ° Другие адресные шины блока 19 образованы кодом числа М, т.е. ориентировочной массы нагона, определяемой контроллером 6 весовой обработки после прохода по ,весам первой тележки вагона или нес

1229586

Аис Р 1 !5 ш1п с А, max А, 3 колько ранее. Контроллер 6 формирует также команду 4т (" Чтение" ).

Такое построение блока 19 оценки позволяет разгрузить контроллер б ат громоздких расчетов ожидаемого периода собственных колебаний

Т= 2 еж1 гдето Ж, — суммарная жесткость подвес- !0 ки или, что тоже самое, ожидаемого числа И дискретизаций на участках от экстремума до экстремума по формуле ем значительно убыстряется и облегчается программно дальнейшая обработка сигналов Б, и S„, поскольку выборка результата из памяти осуществляется очень быстро.

На фиг. 3 показана конструкция грузоприемного блока 31, опирающегося на весоизмерительный датчик 1 (или 2) и соединенного с фундаментным блоком 32 струнками-фиксаторами

33. Грузоприемный блок 31 встроен в железнодорожный путь 34, по которому прокатываются колеса 35 взвешиваемых объектов (вагонов).

РаеположеНие грузонриемных блоков

31 на железнодорожном пути 34 в плане показано на фиг. 4. Длина 1 блока 31 выбирается меньшей наименьшего межосевого расстояния в составе так, чтобы в любой момент времени на блоке 31 не было более одного колеса 35.

Варьируя разнесением блоков 31, т.е. выбирая величину L, можно по чередованиям наездов и выездов осей 40 идентифицировать любой из взвешиваемых объектов, что делает схему расположения блоков 31 по фиг. 4 универсальной.

На фиг. 5 показаны чередования наездов и выездов осей для четырехосного вагона (позиции q ), шестиосного вагона (позиции 3 }, первой тележки восьмиосного вагона (позиции ) и первой тележки локомотива (по- >11 зиция g ) при условии, что длина 1 выбрана около 1300 мм, à L=1950 мм, что больше межосевого расстояния (1800 мм) всех вагонов вышеназванных типов, но меньше межосевого расстоя- S ния — 2lgO мм — локомотивов.

Система для динамического взвешивания работает следующим образом.

При наезде колеса 35 объекта на грузоприемный блок 31 в момент времени t< (позиция 1а фиг. 5) нагружается, например, весоизмерительный датчик 1, формируется сигнал наезда первого экстремума Эl, обозначая границы участков между экстремумами

Э!, Э2, ЭЗ,... Э .

Аналогично коды, принадлежащие датчику 2 и представленные на позиции Б фиг. б в интервале времени Сt, сравниваются и записываются, начиная с первого экстремума ЗЗИ, в ОЗУВ также с разделением границ участков.

Возможные ложные экстремумы, изображенные в зоне 35 на позиции а или в зоне Э -1 на позиции 3 фиг. 6

П могут быть устранены, например, по правилу где А — средняя оценка сигнала датчика 1 (или 2) на наблюдаемых участках, подсчитываемая процессором 9 параллельно с записью кодов в ОЗУ7 и ОЗУ8.

Одним из возможных решений в случае ложных экстремумов может быть удлинение участка обработки, напри.мер, с Э4 до Эб или с Эр, до Эд (фиг. 6).

Участки Э4-Эб йли Э„ -Эямогут. быть также разделены на два каждый с границей — первый по ложному минимуму, а второй — по ложному максимуму, при условии примерной равнозначности дискретизации больших и меньших оценки А (фиг. 6).

При заполнении ОЗУ7 и ОЗУ8 множеством кодов между соседними экстремумами процессор 9 подсчитывает кроме того количество кодов в каждом участке ЭЗ-Э2, Э2-ЭЗ, ЭЗ-Э4 и т.д., что необходимо для последующей весовой и робастной обработки. Весовая обработка, производимая контролле- ром б, может начинаться после определения границ участков и выполняется следующим образом.

Пусть имеем участок от экстремума Эl до экстремума Э2 (позиция фиг..б) продолжительностью в И, чисел, т.е.

Аl, А2, AÇ...AN

Поскольку колебание от Эl до Э2 выходного воздействия датчика I co1229586 вершается около некоторого равновесного состояния, то, очевидно, истинное значение массы оси ближе к средним, а не к крайним числам из вьппеприведенного участка (Аl-Аg,).

Смысл весовой обработки состоит в том, чтобы представить весь участок одним числом А1 так, чтобы средние, близкие к состоянию равновесия члены участка (Al-А ), были выра- 10 жены в числе А1 сильнее, чем крайние члены.

Рассмотрим, например, использование для указанных целей треугольной весовой функции (фиг. 7). В этом 15 случае процессор 9 по программе, за-писанной в ПЗУ 10, обрабатывает участок (Аl-А,) следующим образом.

Крайние члены А, и А, суммируются в общий итог один раз, члены А> и 2О

А„. — по два раза, и так далее с

B арифметической прогрессии, так чта средний член участка А; (или два средних члена) суммируются по К раз, а полученная сумма делится на общее .> число слагаемых, т.е, получаем сред- невзвешенное значение для любого участка.

Таким образом, в результате весовой обработки контроллером б в ка — 30 честве исходных данных для робастной обработки контроллеру 11 передается ряд чисел

A,, N А ° 11 i y N 1 ° ° ° А Nr 3»; где числа А — являются числовыми представителями обработанных участков, а числа И указывают

4С сколько чисел было в каждом участке или, иными словами, какова была продолжительность каждого участка.

Робастная обработка данных контЯ ролерам 11 может начаться только после определения осности и примерной массы взвешиваемого вагона, т.е. после момента времени t (фиг.5).

Определение осности вагона блоком 4 идентификации рассмотрим на примере шестиосного вагона (фиг. 2 и позиция на фиг. 5).

Поскольку счетный вход счетчика

28 подсоединен к выходу компаратора

20 датчика 2, то в момент времени код счетчика 28 станет равным единице, при наезде второй оси в момент времени 1з — двум единицам, а в момент времени t - трем, Таким образом, после того, как схема ИЛИ

2l в момент времени t выдаст нулевой сигнал и с выхода ключа 23 первой тележки (1Т) на ключевую схему

30 поступает единичный сигнал, в зависимости от кода, имеющегося к этому моменту в счетчике 28, на вход адресных шин блока 19 оценки поступает один из сигналов "4", "6" или

"8"

Ключевая схема 30 представляет собой три ключа типа К155ЛАЗ, работающие раздельно и объединенные на фиг. 2 для удобства чтения чертежа.

При наличии разрешающего (единичного) сигнала !Т единичный выход "2" (код счетчика 28 равен двум) вызывает появление на входе блока 19 сигнала "4", так как если в тележке две аси, то в вагоне их будет четыре.

Соответственно при коде счетчика 28, равном 3", формируется сигнал 6 а при коде "4 - сигнал "8".

Поскольку в момент времени 1 6 (позиция 8 фиг. 5) с выхода ключа

24 второй тележки поступает нулевой сигнал, погаыающий через схему 29 совпадения счетчик 28, то указанные выходы "4", "6" и "8" могут быть считаны только в промежутке t, т.е. когда первая тележка вагона уже миновала весы, а вторая тележка еще не наехала на блоки 31.

Вскоре после момента 1 процессор

9 выдает в блок 19 оценки вычисленное или среднее (ариентировочное) значение массы нагана Й, равное удвоенной сумме всех чисел А,,...А„, представляющих участки весовой обработки, разделенной на число слагаемьм, т.е. ь —, - А„

И = 2 ° -- ---"--- . и

Па выдаче процессором 9 кода числа Й и команды "Чтение" блок 19 оцен. ки практически мгновенно формирует для контроллера ll робастной обработки кад N, т.е. ожидаемое в соответствии с формулой

Т =- 2il — — -р Ж„ число дискретизации (кодов) в кондиционном участке.

Блок 19 оценки, для которого кад числа М и осность ("4", "б", "8") являются адресными шинами, работает следующим образом.

Пусть взвешиваются четырехосные вагоны. Частота свободных колебаний полностью загруженных четырехосных вагонов {с весом около 88 т) равна

4,0 Гц, а полупериод, следовательно, 0,125 с. При пустом вагоне массой

22 т полупериод, пропорциональный корню квадратному из массы, составит 1О

0,0625 с, Таким образом, в зоне памяти блоКа 19 оценки, соответствующей четыи и 15 ! рехосному вагону, т. е. шине 4, записаны числа М от 125 до 62 в зависимости от массы M. Соответствующаяя информация, записанная в блоке 19 в зонах памяти шестиосного и восьмиосного вагона, может корректироваться по опытным статическим данным, полученным при наладке весов.

Получив число И контроллер 11 на чинает робастную обработку уже накопленной в ОЗУ 12 и продолжающей пос25 тупать информации, состоящей из пар чисел А,, N;, где А; — представитель i-го участка;

Б — продолжительность участка.

Сущность робастной обработки заключается в том, что если продолжительность обрабатываемого участка

Б1 близка к кондиционной Н, т.е. если вагон колеблется с собственной частотой, то такая информация должна 3 быть более полно представлена в результате, нежели информация участков, продолжительность которых существенно отличается от конидиционной. 40

Робастная обработка основана на опытных данных. Увеличение тяги (рывок) локомотива, как правило, затягивает участок измерения, торможение локомотива вызывает ряд крат- 45 ковременных вертикальных биений вагонов, резко уменьшающих продолжительность участка, а серьезная неровность пути может как удлинить, так и укоротить участок измерения в 50 зависимости от фазы колебания вагона в момент наезда на неровность.

Программа робастной обработки, ° записанная в ПЗУ 14, заключается, например, в умножениичисла,представ- SS е ляющего i -й обрабатываемый участок, 4 т.е. А„. на коэффициент, находимый по робастной функции, и последующем

586 8. усреднении результата. Так, числа А,, продолжительность которых меньше

N ; è больше N maxx в итоговую сумму не входят. Числа А; с продолжительностью Н щ, „ и N xâõîäÿò в общую сумму один раз, числа Н ;„,, и

N два раза, далее представительно чисел А увеличивается в арифмети1 ческой прогрессии.

Результат взвешивания каждого колеса р,1. . A, К1

2. К

3 где К . — коэффициент робастной обра3 ботки.

Как это явствует из фиг. 5 масса четырехосного вагона сложится из восьми слагаемых М„, а массы шестиосного или восмиосного вагонов — соответственно из двенадцати и шестнадцати слагаемых.

После окончания команды "Вторая тележка" (2 т — по фиг. 5) происходит регистрация через интерфейс и регистрирующее устройство 17 суммы всех слагаемых И1„ накопленных эа время действия команд 1 т и 2 т, что и составляет массу вагона, сколько бы осей он не имел. Если через грузоприемные блоки 31 проходит локомотив, то, как следует из позиции 1 фиг. 5; нулевой сигнал схемы ИЛИ 21 возникает после первого же выезда. Поэтому в момент времени tg (фиг. 5, позиция Z ) ключ 26 формирует сигнал гашения "Г" (фиг.2), восстанавливающий исходное состояние триггера 22 и счетчика 28, а также поступающий в контроллер 6 для погашения данных, обработанных в интервале времени t, -1 (фиг. 5, позиция 8 ) ..

После проезда каждого последующего колеса локомотива, сколько бы их не было, вновь формируется гасящий сигнал Г, восстанавливающий ис ходное состояние системы.

Таким образом, вся информация, поступающая от блока 4 аналого-цифро" вого преобразования, проходит как бы через два "сита".

Первое "сито" — контроллер 6 весовой обработки — отсеивает участки до первого экстремума и после последне-. го, улучшает содержательность информации путем обработки весовой функ. цией, одновременно уменьшая объем!

229586 информации. Каждая оценка А 1, получаемая после весовой обработки, в принципе может служить результатом измерения веса отдельной оси.

Второе "сито" — контроллер Il ро— бастной обработки — оценивает качество информации, полученной от контроллера 6 весовой обработки, подавляя некачественную информацию и выделяя качественную. Контроллер 11 вы- 1О полняет и другую важную функцию.

Процессор 13 контроллера 1ll подсчитывает также отношение числа кондиционных участков, т.е. участков, продолжнительность которых 15

N „ N — N q р х общему числу обрабатываемых участков. Чем это отношение ближе к еди2О нице, тем удовлетворительнее проходит измерение, что через интерфейс

16 поступает в сигнализатор 18 качества, два нижних фонаря которого имеют отражатели зеленого цвета, а верхние — красного и желтого цвета.

Интерфейс 16 качества представляет собой дешифратор для вычисленного отношения, обеспечивающий загорание красного фонаря при отношении, наприЗО мер, менее 0,5 желтого — при отношении от 0,5 до 0,7 зеленых — при отношениях соответственно от 0,7 до 0,9 и от 0,9 до 1,0.

Благодаря такой коххструкции сигнализатора 18 оператор, например машинист тепловоза, провозящий состав по весам, зрительно наблюдает за качеством измерительного процесса и при загорании желтого или красного фонарей снижает скорость движе- И ния, а при загорании нижнего .зеленого может при необходимости увеличить скорость, Если при низких скоростях движения загораются желтый или красный фонари необходимо произвести ремонт железнодорожного пути 34 или грузоприемных блоков 31.

Поскольку именно торможения и ус-,о корения состава являются основными причинами возникновения участков некондиционной продолжительности, то наличие в системе сигналнзатора 18 качества стимулирует машиниста к провеске состава на привычных технологических скоростях (до 15 км/ч).

Форм у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для поосного взвешивания железнодорожного состава в движении содержащее весоизмеритель- . ные датчики, подключенные через фильтры к блокам идентификации и аналогоцифрового преобразования, выходы которых соединены с контроллером, сигнализатор качества измерения и регистрирующий прибор, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности путем ослабления действия нестационарных помех, в него введены блок оценки веса и дополнительный контроллер, входы которого соединены с выходами контроллера, а выходы. — с сигнализатором качества измерения и регистрирующим прибором, входы блока оценки соединены с выходами блока идентификации и контроллера, а выходы — с выходами дополнительного контроллера.

2.. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок идентификации выполнен в виде двух компараторов, к входам которых подключены весоизмерительные датчики, а к выходам — схема ИЛИ, выход которой соединен со счетным входом счетного триггера, с входом первого инвертора и с одними входами ключей первой и второй тележек вагона, другой вход ключа первой тележки вагона соединен с прямым выходом счетного триггера, а другой вход ключа второй тележки вагона соединен: с инверсным выходом и Dвходом счетного триггера, выход одного из компараторов через второй инвертор подключен к счетному входу счетчика. осей, один выход которого подключен к одному входу ключа гашения, другой вход которого соединен с выходом первого инвертора, а выход ключа гашения подключен к Rвходу счетного триггера и через резистор к одному входу схемы совпадения, шунтированному конденсатором, другой вход схемы совпадения связан с выходам ключа второй тележки вагона, а выход подключен к R-входу счетчика осей, другие выходы которо"о подключены к одним входам ключевой схемы, к другим входам которой подключен выход ключа первой тележ(ки е

1 i r r (> .- - . 303

1229586

Телемита f

Pcb Ф Ось Я

Ось Ось Х Ось б. Г д М

f8 .НГ 1Г 1Г 1Г 1 рр и Ч

8 tg

) ююкка f

Ось f Ось 2

Ea 1 b î !

Ось f Ось Р Ось|

Я Ч.Г 1

/т

7амефгюа /

Ось| Ось| fJcb3 сь — 1 Г 1. ю д

1 —,—,— 1"

Р!

2295ьб

i4 4юt

Фиг. р

/micr

Составитель В. Ширшов

Техред О.Гортвай

Редактор В. Иванова

Корректор Г. Решетник

Заказ 2443/40

Тираж 705

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1l3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д 4/5

Подписное

Производственно-пс%играфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4