确受力,提高系统的称量精度。

③改进传统的导向柱与衬套刚性配合限位设计,而是依靠新装置(称量箱)的活动承载压柱和缓冲衬套之间的柔性配合限位来精确完成对力的引导,避免秤体由于受承重冲击偏载和侧向力容易产生的卡碰现象,以解决系统称量失准、使用失常等技术难题。

④秤台采用整体箱式厚板结构,并在一侧设置活动盖板门,密闭性好,可有效抵抗高温辐射和钢水飞溅。

秤体设计采用16只M20的高强度螺栓与臂叉大梁连接成一体,所以秤体倾覆的可能性几乎为零,传感器检查或更换只需打开秤体一侧盖板(活动门),维护简单方便,使用安全可靠。

⑤采用国产高温传感器,节省投资;自行设计研制称量装置,风险系数小,效益好。

4　效益分析本文介绍的炼钢工艺钢包称量装置的改进与设计,完全可应用在涟钢所有的连铸机钢包旋转台和车载钢包主体设备上。

随着管理水平的提高,在完善配备化铁炉、转炉和电炉的投入产出计量手段的同时,为降低消耗,节约成本,近期,涟钢决定在一炼钢和三炼钢1#、2#共4套连铸机钢包放置台上应用国产钢包称量装置,并对原有的精炼炉车载钢包秤进行技术改造,使炼钢生产过程中钢水有了可靠的计量手段,使提高产品质量和节能降耗有一定保障。

通过钢水称量显示操作人员可精确控制钢水不剩余,特别是对控制回炉钢水效益最好。

根据涟钢炼钢回炉钢水统计分析,一年中由于钢水衔接不好,回炉钢水平均吨钢减少约10kg,按年产连铸方坯150万t计算,仅钢水衔接回炉钢水减少15万t。

有了先进的称量装置和计量手段,按节省每吨钢水800元计算,1年就可创经济效益1200万元左右。

收稿日期:2001-07-21。

作者莫良智,男,1953年生,1978年毕业于湖南省国防企业系统锻造职工大学,工程师;主要从事计量检测和过程控制,发表论文14篇。

动态称重系统的设计The Design of Dynamic W eighing System魏鲁原　伍　斌　崔　霞(徐州师范大学工学院,江苏徐州　221011)摘　要　介绍一种动态称重系统的结构和实现方法,主要功能是动态测量行驶车辆的轮胎受力,并计算相应静态车辆重量,实现全自动、不停车计量。

硬件设计中重点介绍数字电路的构成,A/D转换器、信号放大与偏置电路和LCD偏置电路。

软件设计中提出了根据实际采样波形而设计的独特数据处理方法。

关键词　称重系统设计　动态称重　静态重量　车辆重量A bs tract　The structure and implementation of a d ynamic weighin g s ystem are presented.The main function is dynamically meas uring the force on tyre of on going vehicle an d calculating related static weight of vehicle to accomplish full y automatic n on-stop meterin g.In hardware design the composition of d igital circuit,A/D con verter,signal am plif ying and bias circuit as well as LCD bias circuit.In software design the unique data processing m ethod d e-sign ed in accord ance with real ti me sam plin g waveform is stated.Key　w ords　Design of weighing s ystem　Dynamic weighing　Static weighin g　Weight of the vehicle1　概述随着我国市场经济的发展,公路交通量迅速增长,各种载货车、大平板车、带挂汽车和集装箱运输车的数量和比重逐年递增,特别是一些运输单位或个人不顾车辆、公路承载能力及行车安全,擅自对车辆进行改装,增加弹簧钢板,更换高强度轮胎,加高、加宽、加长车厢栏板,栏板上再加围篱,围篱上又堆尖等超载现象较为普遍,使公路、桥梁及其附属设施遭受到严重破坏,且由此而引发的交通事故日益增多。

因此,为了维护国家财产和人民生命安全,保护公路完好畅通,严格限制超载运输车辆迫在眉睫。

动态称重系统是交通执《自动化仪表》第23卷第8期　2002年8月D OI:10.16086/ ki.issn1000-0380.2002.08.012法的理想设备,同时,它能广泛地应用于自动交通调查、收费系统、交通安全管理等场合,产生巨大的社会与经济效益,并可推广应用于工矿企业、海关、港口、码头、废料站等载货车辆的监测和管理。

动态称重系统应用面很广,国内外的研究部门和企业都已研制、生产出相应的产品,其中德国和美国的研究水平较高。

德国P AT 公司生产的动态称重系统的动态精度为±3%。

美国纽约州立大学的研究人员研制出在汽车时速高达88km ,路面应力达10kg /c m 2的情况下,其测量精度可保持在2%以内的动态称重系统。

国内研制出的固定式动态车辆称重系统,其轴重误差为±(5%～10%),在某些场合不能满足要求,因此迫切需要研制生产测量精度较高的动态称重系统。

我们研制的动态称重系统的主要功能是测量正在行驶着的车辆的轮胎受力,并计算相应静态车辆重量。

它主要由传感器、数据采集系统、微处理器系统及LCD 、打印机等构成,用来测量在特定地点、特定时间行驶车辆的轮胎受力,计算车辆的轴重,正确判别轴数、轮胎个数等有关参数,并处理、显示、打印和存储这些信息,从而实现全自动、不停车计量。

与静态称重系统相比较,动态称重系统可获得较高的检测效率,并可节约大量的人工费用。

我们研制的装置是一种可移动的称重系统,用于车辆低速行驶(<15km /h )时获取车辆车轴负荷及总重。

2　硬件设计系统硬件结构框图如图1所示,包括压力传感器、信号放大与偏置电路、A /D 转换器构成的前向通道,LCD 显示器、打印机、键盘、计算机构成人机对话系统。

存储部分包括程序存储器、数据存储器、追加程序存储器。

下面主要介绍数字电路的构成、A /D 转换器、信号放大与偏置电路和LCD 偏置电路。

图1　系统硬件结构框图2.1　数字电路数字电路主要包括80C31主机、27C256程序存储器、6264数据存储器、DS1230追加程序存储器、ADS7832A /D 转换器,4352模拟开关,R S -232C 电平转换器芯片MAX238以及L CD 接口电路和键盘接口电路。

当汽车通过称重板时,压力传感器将压力信号转换成模拟电信号,再通过放大器送到A /D 转换器的模拟输入端,将转换后的数字量作为采样值进行处理,把处理结果作为动态称重重量送到LCD 予以显示,同时将数据送入打印机打印;也可以将数据通过模拟开关和R S -232C 电平转换器送入计算机储存起来或进一步进行处理。

基于A /D 转换器在整个系统中的重要性,下面着重介绍一下A /D 转换器。

本系统选用的A /D 转换器ADS7832是Burr -Bro wn 公司生产的自校正4通道12位模/数转换器,它具有以下特点:①引脚与AD C7802和ADS7803兼容。

②单向参考电压:5V 或3.3V ,电压分辨率为4.88mV 。

③低功耗:ADS7832采用CMOS 工艺制造,转换期间耗电7.5mW ,节电模式下仅为50μW 。

④高转换速度:8.5μs ,能采样50kHz 的信号。

⑤具有四通道多路开关。

⑥自动校正:不需加偏置或增益调整。

⑦芯片内部含有采样保持、电压基准和时钟等电路,可极大简化用户的电路设计和硬件开销,并可提高系统的稳定性。

ADS7832BP 为双列直插式(DI P )28脚封装[3],它输出标准的RD ,WR ,CS 信号,因此非常适合于微处理器系统。

在转换和校正期间,BUSY 引脚输出高电平,转换结束后BUSY 引脚输出低电平;当HBE 引脚为低电平时,D 0～D 7输出数字量低8位,当HBE 引脚为高电平时,D 0～D 3输出数字量高4位,可见ADS7832的分辨率较高。

同时,它的转换速度很高,1s 能转换105个数值,能满足动态称重的要求。

2.2　信号放大与偏置电路信号放大与偏置电路如图2所示,由于压力传感器输出的电信号为负值,首先将此信号通过反相器变为正值,再经信号放大与偏置电路送入A /D 转换器的模拟输入端,通过调整可变电阻器的阻值改变信号的零点和线性度。

在模拟输入端加2个二极管分别接到+5V 和-5V ,使送入A /D 转换器的信号的绝对值不大于5.5V ,保护A /D 转换器不受损坏。

2.3　LCD 偏置电路我们采用MAX749组成的电路给L CD 显示器提供可调偏置电压,其电路如图3所示。

MAX749为倒相式动态称重系统的设计　魏鲁原,等图2　信号放大与偏置电路图PFM 开关稳压,输入电压2～6V ,可产生负的LCD 偏置电压,输出电压可达-100V 以上,可通过内部数/模转换器(DAC )进行调节;或通过一个PWM 信号或电位器进行调节。

MAX749采用独特的电流控制方案,既减小了静态电流,又提高了效率。

关断方式下,静态电流仅为15μA 。

MAX749在关断方式下仍保持D AC 的设定值,简化了软件控制。

图3　LCD 偏置电路3　软件设计当汽车以10km /h 的速度通过称重板时,1只轮胎通过称重板的时间为0.1s ,在这段时间内采样200个点,可以得到采样值v 与时间t 的关系曲线,如图4所示。

图4　动态称重曲线由图4可以看出,此曲线近似为梯形。

由于汽车的震动较大,波形抖动较大,另外,汽车在上板和下板时,对称重板有一个冲击。

这两段时间的采样值较高,不过,在汽车通过称重板中间时,曲线有一段平台,我们应该去除曲线的上升过程、下降过程及冲击值,而保留平台段的采样值作为最后处理数据的依据。

取出平台段并计算它的平均值可以采用的方法有判断斜率法、滚动比较法等。

下面介绍我们采用的方法,其步骤为①对采样值a 1,a 2,……a n 进行排序,去掉n /2个较小的采样值,保留n /2个较大的采样值,设为b 1,b 2,……b m (m =n /2);②求b 1,b 2,……b m 的平均值,设为 b ;③求b 1- b =c 1,b 2- b =c 2,……b m - b =c m ,对c 1,c 2,……c m 进行排序;④在c 1,c 2,……c m 中找到n /4个较小值c 1′,c 2′,……c p ′(p =n /4),再找到与c 1′,c 2′,……c p ′对应的b 1′,b 2′,……b p ′;⑤求b 1′,b 2′,……b p ′的平均值,设为 b ′,即为所求值。