嵌入式铁路货车超偏载检测装置使用说明书

1、嵌入式铁路货车超偏载检测装置使用说明书概述铁路货车超偏载检测装置是一种无人职守的安全检测设备。当货车车辆以5公里/小时80公里/小时通过该装置的测量点时，可以准确动态测量货车每节车厢的重量、 速度、各项偏移量及该节车厢的车型、车号，并提供各测试点通过货车的超载和偏载 的报警。各测试点的测试结果可以自动上传到服务器；服务器自动将测试结果存入数 据库中，可以随时查询及打印历史数据，同时将各点的数据上传到上一层的服务器中。该超偏载装置机械部分采用特制的钢结构轨枕，各轨枕通过高强度螺栓组成一整体，使整个测量区成为钢性结构，选用进口的轨座式压力传感器和柱塞式剪力传感器 保证数据采集的准确性和长期可靠性。

2、嵌入式铁路货车超偏载检测装置是在现有超偏载装置机械部分基础上， 采用基于 PC/104体系的嵌入式系统，把信号实时采集、处理部分与数据库管理部分分开， 提高 检测装置系统的稳定性和软件各部分设计的优化性。使用嵌入式系统具有以下几个优势：1）嵌入式系统实现A/D转换、数据采集、数据分析三部分功能，在测试现场取 代工控机（工业控制计算机），可保证采样的实时性，数据处理的可靠性，同 时降低对上位机的实时性要求。2）可以在嵌入式系统内实现功能更强的数据处理算法，使铁路称重系统能够适 应更多车型，并实现更高的精度与更强的适应性。3）上位机仅做数据管理，没有实时响应的要求，容易提供良好的人机界面。4）数据

3、处理结果根据空间距离远近可以灵活采用不同通讯方式进行上传。5）嵌入式系统具有低功耗、功能专一、体系结构简单等特点，在复杂的测试环境下更容易保证可靠性，改善了原来由于现场电源质量差和现场工作温度过 高引起的工控机工作不稳定的问题。备注：本嵌入式系统的设计方案已经着手申请专利。技术性能1. 称重范围：节重小于100吨的标准轨距货车。2. 车速范围：5公里/小时80公里/小时。3. 车速计量精度：可达到0.1公里/小时。4. 通过车速：不限，符合国家颁发 JJG234-90动态称量轨道衡检定规程。5. 计量方式：双向全自动动态轮/轴计量或转向架计量。6. 允许超载：额定载荷的250%。7. 一次计量

4、辆数：小于100辆。8. 适合轨型：43Kg/m, 50Kg/m , 60Kg/m 型钢轨。9. 计量精度：符合铁道部颁发的JJG （铁道）129-92铁路货车超偏载监测装置 计量检定规程的规定。10. 输出方式：输出序号、车速、总重、前后偏载、左右偏载、数据处理结果 上传到服务器，可以打印制表。11. 线路要求：设备前后应有长度不小于 50米的平直线路，直线线路坡度不 大于3%。12. 装置工作环境温度为：室外设备 40C+ 70C，室内设备20C+ 70C，适应湿度条件为：室外设备 95%室内设备 85%13. 可扩展性：通过串口与铁路车号自动识别系统相连。14. 防雷性能：采用二级防雷措

5、施，性能优于 CCITT标准。机械结构一、机械部分组成及安装超偏载装置属于机电一体化计量设备，其机械部分是由20只钢枕、连接板、轨枕板、接线箱等组成，可安装在50kg/m或60kg/m钢轨线路上。钢枕采用箱体型结构, 采用20mm厚钢板焊接而成，材料为 Q235-A，而且安装板式传感器的钢枕内部设计 了压力传感器和剪力传感器的布线装置。为了施工过程中火车正常通过而不断线，采 用现场钢枕组装方式，钢枕与钢枕之间利用高强度螺栓进行连接。压轨弹条扣件采用 标准为TB1495.284B型弹条。为了解决铁路信号问题，采用了北京塑科研提供的 PTFE （聚四氟乙烯）作为绝缘材料，符合铁路规范要求。机械部分

6、在出厂前已整体配做完毕，现场安装与基础处理同步进行。钢枕安装时, 先将原线路灰枕拆除，采用拆除一根灰枕用一根钢枕取代的方式进行安装，钢枕安装 就位后，将钢枕上的弹条扣件扣在钢轨上，将钢枕吊起，然后捣固其下面的道渣，同 时进行连接螺栓的装配。采用组合式钢轨承载结构的特点：1） 该结构为整体式结构，设计载荷车辆节重为 100吨计算，保险系数取额定载 荷的3倍计算。2）无需特制安装基础，直接安装在碎石道床上。3）钢轨采用无缝形式减少了冲击，即有利于提高车速，也有利于提高设备的准 确性、稳定性和可靠性。二、传感器及安装传感器是将车辆的重量信息转换为电压信号，在超偏载计量装置中具有重要的意义。传感器有压

7、力传感器和剪力传感器两种。我公司的压力传感器采用了轨座式传感器，该传感器直接安装在钢轨的下部，与 轨道充分接触，用专用扣件将传感器紧固，具有该类传感器特有的稳定性和易安装性， 以及精度高、抗侧向力、密圭寸性能好等特点，能适应各种室外恶劣环境下长期使用。剪力传感器采用柱塞式传感器，这种传感器嵌装在称量检测区钢轨腹腰部相应部 位孔中，将受压构件的变形传到装有应变片的幅板中产生于此负载成正比的电压。传 感器采用不锈钢结构，可适应各种恶劣环境，测量体及电缆引出采用激光焊接以保证 可靠的密封性。一根钢轨安装四只剪力传感器和六只压力传感器，剪力传感器邻近两孔孔距为 1520mm,四孔采用等间距设计，压力传

8、感器邻近两只中心距为760mm,也采用等间距设计。两根钢轨对称共安装8只剪力传感器和12只压力传感器。传感器和通道序号对应图如下：8传感器与通道序号对应图CHOO CH02 CH04 CH06 CH08 CH10-+-Q_+-_Q+-CH12CH16CH18CH14CH13CH17CH19CH15CH01CH03 CH05 CH07 CH09 CH11秤房位置|剪力传感器压力传感器在所有的钢枕安装完毕后，再用打孔机钻在钢轨中性层处打一个锥形孔，用于安 装剪力传感器，安装要保证施力与传感器受力直线一致；在机械称台中间安装压力传 感器，要求传感器的承载基面平整、坚实，以避免使用效果降低。待剪力和压

9、力传感 器全部安装完毕，并且钢枕下面的道渣捣固实后，整个超偏载装置的机械部分安装完 毕。注意：用户不要对传感器作自行拆卸、修理。嵌入式系统本超偏载检测设备是在现有设备机械结构的基础上进行了改进，整个测量控制系统由压力传感器、剪力传感器、信号通道箱、信号调理板、低辐射噪声兵装电源、PC104 体系的嵌入式系统，检测软件构成。此外，配合车号自动识别系统以及通讯线路构成 了自动检测货车超偏载信息的无人职守安全检测设备。当车辆通过无人职守超偏载检测设备时，被测车辆的轮重（转向架）信息，通过 传感器转换成成比例的模拟电压信号，传送到信号调理板的对应通道，对信号进行放 大、滤波。由嵌入式系统完成 A/D转

10、换、数据采集、数据分析处理和数据上传，上传 数据的接收、校验和文件保存、打印及数据库的管理功能由上位机（服务器）完成。嵌入式操作系统功能组成框图如下：相对于工业控制机，采用PC104体系的嵌入式系统，具有以下特点：1）PC/104结构体积小、重量轻，方便运输、安装和调试。2）集成度高，尽可能减少插接件，可靠性高。3）低功耗，散热小，工作温度宽。4）不用风扇，对粉尘适应能力强。5）使用电子盘取代机械式硬盘，对振动和温度的适应能力强。硬件部分一、嵌入式系统主要参数：CPU 板：300MHzCPU 128M 内存 128M 电子盘AD采集卡：16通道 精度12位 采样率100KHz米用PC104体系

11、嵌入式系统优点：1 把信号实时采集、处理部分与数据库管理及人机界面部分分开，提高采样、处理 部分程序的可靠性，而不增加上位机的负担。采用PC104这种体系结构，把有实时性要求的工作由嵌入式系统部分独立完成， 所有的硬件资源（CPU时间、内存）全部用于数据采集和处理，保证可靠、连续的采 样。上位机的所有资源都可用于数据库管理和人机界面，没有实时性要求，即使在称 重的同时进行数据库查询等大量使用 CPU时间的工作时也不会对称重有任何影响。2 数据处理程序可以独占嵌入式系统 CPU、内存资源，可以使用多种高级算法，提高数据处理质量。一些效果较好的算法通常占用 CPU时间比较多。使用WINDOWS系统

12、做数据采 集和处理工作时，系统资源是由 WINDOWS系统统一调度的，应用程序不能直接控 制系统资源，如果采用高级的数据处理算法，一方面对系统资源占用较多，增加系统 负担，使系统运行速度变慢，另一方面在有限的时间内操作系统未必能提供足够的系 统资源及时的完成相应的工作。采用嵌入式系统来独立处理数据运算工作，由于整个 系统的资源都可以由数据采集、处理程序调度，可以完全控制并充分利用所有的系统 资源来完成数据采集、处理工作，提高数据采集、处理过程的能控性，提高系统的可 靠性。3. 提高采样、处理部分硬件可靠性，减少底层维护工作量。采用嵌入式系统结构的铁路衡器，底层核心的数据采集、处理部分由嵌入式系

13、统 部分完成，这一部分的软、硬件比工控机更健壮，不会感染病毒，系统不会崩溃，系 统软件部分通常是不需要维护的。而上位机部分仅提供界面与数据管理，与底层硬件 无关，与普通计算机的功能没有区别，只要有一定的计算机基础的人员都可以做维护。4. 对环境适应能力比工控机更强。工控机体系结构复杂，故障点多，系统中有一个组成部件出故障整个系统就会瘫 痪，在以前的使用过程中经常出现硬盘损坏、CPU风扇损坏导致CPU烧坏、内存接触不良等状况。嵌入式系统的设计尽可能减少机械部件，接少插接件，提高机械部分 的可靠性。嵌入系统采用电子盘取代机械式硬盘，一方面对振动的适应能力加强，同 时降低系统的功耗。嵌入式系统的组件

14、，如内存、串口、并口、显卡等全部集成在主 板上，尽可能减少插接件，提高了系统对粉尘和振动的适应能力。嵌入式系统的功耗比工控机小的多，系统散热量小，不需要风扇。风扇在工业控 制系统中是一个薄弱的机械部件，在粉尘较大的工业环境下使用寿命会受到影响。如 果风扇出现故障，系统不能及时散热，经常会导致CPU烧毁。另外，嵌入式系统的功耗低，对电源部分的压力小，在电源部分的设计过程中可以更多的考虑对输入电压（市电）的适应能力而不必过多的顾及电源的转换效率，使电源部分对输入电压的适 应能力更强。5. 便于安装、调试及维护。嵌入式系统、电源、信号调理几部分都集成到一个 1U箱内，体积小，重量轻便于 携带、安装、

15、调试。、信号调理板与AD采集卡相连的信号调理板，设计为 16个通道性能一致的信号调理电路， 可外接16个传感器，实现每个通道独立进行信号采集和处理。信号调理电路的滤波 和放大电路，选用的是美国AD公司的低温漂、低噪声、高可靠性、高集成度的AD620， 具有共模抑制比高、精度高。滤波器采用有源低通滤波电路加端口元件低通滤波，用 于消除称重传感器输出信号包含的高频干扰成分，同时加装有零点调整和增益调整的 电位器，以确保16路性能的一致性。信号调理板的每个通道实现对传感器信号的独立采集和处理，具有以下优点：1. 信息量更大，便于提取有效特征信息。剪力传感器和压力传感器的信号各有特点，在信号处理的过程

16、中各有用处。例如 剪力传感器信号对车轮通过传感器正上方时的信号跳变剧烈，易于识别列车车轮通过的准确时间，而压力传感器在此方面特征不明显。2. 数据处理过程更灵活，可以达到更好的处理效果。例如在进行车轮识别时对信号的幅值不敏感，而对匾疤冲击很敏感，在进行数据 处理时可以选用带宽较低的滤波器进行处理，这样虽然会对信号幅值产生影响，但不 会影响最终的车轮计量结果，而同时对匾疤冲击信号的滤除效果较好。在判完车轮后 进行车重计量时，对匾疤冲击信号不关心而对信号幅值敏感，此时可以选用带宽较高 的滤波器对信号再次进行处理。3. 接线灵活，方便维护。根据现场实际特点，可以灵活确定接入的传感器的个数；如果某个传

17、感器安装状 态不好或出现故障，可以方便地知道是哪一只传感器。如果将两只或两只以上的传感 器并联后，其中一只出现异常时，不能定位是哪一只传感器出现异常。三、电源部分基于嵌入式系统低功耗的特点，嵌入式主机内采用成熟的兵装电源，具有以下特征：1）符合 Q/AQ216-2001 标准。2）低辐射噪声，高使用效率。3）内置EMI输入滤波器，高抗干扰能力 四、信号通道箱如果室外传感器的引线长度不够，可先接入信号通道箱的不同通道，再由通道箱 接入嵌入式主机的信号调理板的对应通道。软件部分铁路货车超偏载检测装置是一种无人职守的安全检测设备， 为了保证下位机操作 的可靠性和可控性，在嵌入式系统运行的软件环境为 DOS系统，下位机的操作系统 完全不影响上位机对数据库管理和根据用户要求设计的人机界面的操作。该嵌入式操作系统超偏载检测装置软件部分由数据采集和处理 MAIN程序、处理 结果上传CVT程序、车号识别系统运行 TND程序和上位机的数据接收管理 RCV程 序几部分组成。当前程序的版本和简单功能介绍如下：GCU-100RW-MAIN_V1.01本程序用于超偏载设备下位机，完成动态数据测试、动态称重处理、传感器静态 测试、参数设定与修改等功能，实现数据采集、数据分析及数据上传。数据上传可以 支持MODE