计量信号在轨道衡计量中应用的研究

潘建双，付建新

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

0 引言

轨道衡是一种称量铁路货车载重的衡器，被广泛应用于工厂、矿山、冶金等领域。轨道衡的一种应用是计量铁水，在将铁水装载于车辆后，利用轨道衡称重车辆的载重，即可实现对铁水的计量。现有技术对于轨道衡的计量状态往往采用人工的方式进行监测，因此存在准确性差、不及时的问题。随着信息化技术的发展及智能化水平的不断提升，设备结构变得更加复杂，各部分的关联也越来越密切，柔性程度提高也很快，但对设备各种类型信号的分析、整理和分类应用也随之增加。因此对设备各种类型信号进行分类、整理和应用的方法也需要多元化，将信号按用户的需求进行分级应用，以充分满足用户的个性化需求。本文运用信息技术至少采集一个轨道衡在计量铁水过程中的计量信号，建立包含至少一条神经链的轨道衡神经中枢，对计量铁水过程中的每个计量信号进行识别和判定，并在轨道衡计量系统应用与显示。

1 项目方案

选用一台轨道衡进行实验，对轨道衡计量铁水过程中的多种信号进行研究，通过对计量铁水过程中选取的多种信号进行分析、整理建立轨道衡计量状态自动判定的神经中枢。首先，采集至少一个计量信号，分别确定每个计量信号对应的判定操作，以及确定述判定结果对应的输出操作。其次，将所采集的计量信号作为运动神经元、将判定操作作为感觉神经元、将输出操作作为输出单元，建立神经链，形成轨道衡神经中枢。最后，对选取的输入信号进行识别和判定，并在轨道衡计量系统中应用与显示。

2 收集实验信号

选用一台轨道衡进行实验，通过分析轨道衡计量铁水的全过程，对计量过程中的多种信号进行研究，并对信号进行分析、整理和归纳。将不同的信号与轨道衡在计量过程中的不同计量状态进行一一对应，并剔除无法与计量状态对应的信号。

（1）轨道衡计量铁水过程分析。过衡车辆从开始计量到计量结束，要经过光栅、接近开关、衡器等部件，从而在计量铁水全过程中会产生多种信号，如计量准备、结束信号、计量开始信号、计量过程信号、数据交互信号等。

（2）分析、归纳选取的信号：①计量准备开始信号为轨道衡衡器前光栅信号；②计量开始信号为接近开关信号；③计量过程信号包括计算机信号、称重软件信号、仪表通信信号和车号识别信号等；④数据交互信号包括网络通信信号和服务器通信信号；⑤计量结束信号为轨道衡衡器后光栅信号。

3 建立轨道衡计量状态自动判定神经中枢

建立包含至少一条神经链的轨道衡神经中枢。其中，一条完整神经链包括运动神经元、感觉神经元和输出单元（图1）。运动神经元对应于轨道衡的计量信号，感觉神经元对应于与所述计量信号对应的判定操作，输出单元对应于用于对所述判定操作的判定结果进行的输出操作。

图1 神经链结构示意

3.1 建立判定轨道衡计量状态的神经链

根据运动神经元、感觉神经元和输出单元对应关系，建立判定轨道衡计量过程中各个计量状态的神经链。

（1）将轨道衡衡器前光栅信号对应的判定操作为。判定是否准备开始计量，当判定结果为准确开始计量时对应的输出操作为，发出声音以提示准备开始计量。

（2）将轨道衡衡器后光栅信号对应的判定操作为。判定是否结束计量，当判定结果为结束计量时对应的输出操作为，发出声音以提示结束计量。

（3）将接近开关信号对应的判定操作为。判定轨道衡当前承载对象是车头还是车架，当判定结果为车头时对应的输出操作为：输出用于表征轨道衡当前承载对象为车头的状态信息。当判定结果为车架时，对应的输出操作为：输出用于表征轨道衡当前承载对象为车架的状态信息。

（4）将计算机信号对应的判定操作为。判定轨道衡连接的计算机是否运行正常，当判定结果为运行正常时，对应的输出操作为：输出用于表征计算机运行正常的状态信息；当判定结果为运行异常时，对应的输出操作为：输出用于表征计算机运行异常的状态信息。

（5）将称重软件信号对应的判定操作为。判定称重软件是否运行正常，当判定结果为运行正常时，对应的输出操作为：输出用于表征称重软件运行正常的状态信息，当判定结果为运行异常时，对应的输出操作为：输出用于表征称重软件运行异常的状态信息。

（6）将仪表通信信号对应的判定操作为。判定轨道衡中的仪表与所述计算机之间的通信是否正常；当判定结果为通信正常时，对应的输出操作为：输出用于表征通信正常的状态信息。当判定结果为通信异常时，对应的输出操作为：输出用于表征通信异常的状态信息。

（7）将网络通信信号对应的判定操作为。判定计算机联网是否正常；当判定结果为联网正常时，对应的输出操作为：输出用于表征联网正常的状态信息。当判定结果为联网异常时，对应的输出操作为：输出用于表征联网异常的状态信息。

（8）将服务器通信信号对应的判定操作为。判定计算机与服务器之间的通信是否正常，当判定结果为通信正常时，对应的输出操作为：输出用于表征通信正常的状态信息。当判定结果为通信异常时，对应的输出操作为：输出用于表征通信异常的状态信息。

3.2 建立判定轨道衡计量状态的神经中枢

运用信息化技术建立包含至少一条神经链的轨道衡神经中枢，快速、准确地识别轨道衡计量过程中不同的计量信号，从而来判定轨道衡的计量状态。构建轨道衡神经中枢的模块包括获取模块、查找模块、判定模块和输出模块。

（1）获取模块。在轨道衡执行计量的过程中用来获取待识别计量信号。

（2）查找模块。基于轨道衡神经中枢，用于查找与所述待识别计量信号对应的神经链，并将查找到的神经链作为目标神经链。

（3）判定模块。用来执行目标神经链的感觉神经元中的判定操作，获得用于表征计量状态的目标判定结果。

（4）输出模块。基于目标判定结果，用来执行目标神经链的输出单元中与目标判定结果对应的输出操作。

3.3 设计判定轨道衡计量状态的流程

首先，建立包含至少一条神经链的轨道衡神经中枢。其次，在轨道衡执行计量的过程中获取待识别计量信号。再次，基于轨道衡神经中枢，查找与待识别计量信号对应的神经链，并将查找到的神经链作为目标神经链。然后，执行目标神经链的感觉神经元中的判定操作，获得用于表征计量状态的目标判定结果。最后，基于目标判定结果，执行目标神经链的输出单元中与目标判定结果对应的输出操作。

4 运用轨道衡神经中枢对输入的不同信号进行识别

选用一台轨道衡进行实验，通过建立的判定轨道衡计量状态神经中枢，对计量过程中的多种信号进行识别和判定，并在轨道衡计量系统中应用与显示。仪表通信、网络状态和服务器网络以模块形式实时显示状态，绿灯则认为运行正常，红灯则认为运行不正常，计量准备、开始和结束提醒则以声音和文字形式提醒计量人员（图2）。

5 应用效果

对轨道衡计量铁水过程中的多种信号进行研究，分析计量过程中选取的多种信号，整理建立自动判定轨道衡计量状态神经中枢。结果表明，通过建立的自动判定轨道衡计量状态神经中枢，对计量铁水过程中的多种信号进行识别和判定，并在轨道衡计量系统中应用与显示，实现了计量准备、开始和结束提醒、自动判定是车头或车架计量、自动判定仪表通信是否正常、自动判定网络通信是否正常等功能。该轨道衡神经中枢判定的准确率可达到100%，因此认为，计量信号在道衡计量中的应用可为智能制造及其他智能行业提供可靠的技术支持。

图2 识别结果状态信息