万集计重技术方案教学教材.docx

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万集计重技术方案教学教材

前言

第一篇计重收费系统设计方案

第二篇技术图纸及施工说明

前言

北京中山新技术设备研究所已在江苏普通公路、高速公路安装完毕或正在施工中的计重收费系统共计349条收费车道。

在设备设计施工、调整设备运行及与软件公司的配合诸方面都取得了宝贵的经验，也吸取了有益的教训。

我们将根据项目实际情况，设计出切实可行的计重收费系统设计方案。

第一篇计重收费系统设计方案

第一章设计方案主要遵循的原则

第二章系统整体设计方案及工作原理

第三章系统设计的工作界面

第四章系统构成及功能介绍

第五章系统遵循的超限车辆判定标准

第六章系统的工作流程

第七章系统主要技术性能参数

第八章系统误差分析

第九章系统设备的维修与维护

第十章系统的缺陷责任承诺

第十一章系统称重设备的防雷

第十二章系统工艺保障

第十三章设备的测试

第十四章应对恶劣天气及排水方案

第十五章关于线圈的说明

一、设计方案主要遵循的原则

1．关于普通车道与超宽车道两种设计方案的简要说明

本公司具有3.0m至4.2m不同宽度的产品，供使用方根据车道不同的宽度进行选用。

本卷的设计方案中将不再对普通车道和超宽车道的计重收费系统设计进行分别的描述。

2．计重收费系统的一般工作环境

计重收费系统通过在收费车道入口设置的轴重检测装置、轴型轮胎数检测装置、红外线车辆分离器等设备联动工作，并经数据采集、计算对经过车辆每轴重量预检，每轴单侧轮胎数及联轴检测，车辆分离器区分前后车；对这些数据分析得出每车每轴轴重、每轴轮胎数、轴型、速度、轴距、轴数、整车重量。

并根据交通部2000年第2号令中《超限运输车辆行驶公路管理规定》判别车辆是否超限；通过数据接口把这些信息传给车道计算机，车道计算机根据这些信息对车辆的重量按一定比率收费和超限处罚；存储的车辆重量、车型等信息的统计还可对道路，桥梁损坏，养护提供依据。

动态轴计量称重系统不受车型限制，占地面积小，安装维护、方便，是一种理想的公路计重收费和超限检测设备。

鉴于动态称重检测装置设置在收费车道前端，遇到车流量少或收费站设在下坡路

段，车辆可能快速通过，在称重检测装置前端应设置减速垫和限速标志；遇到车流量较大的情况时，车辆依次进入收费车道，车辆有排队进入收费车道的情况，也会出现

车轮停在称重板上的情况。

因此，本系统不但称重设备具备动、静态称量功能，而且轮胎数及联轴也具备动、静态识别功能，并具有强大的容错功能。

即不论车辆静止、有明显加减速的情况下均能正确识别。

3．动态称重系统的方案设计主要遵循的基本原则

●可操作性：

保证所提供的设备能满足现场实际需要。

从土建施工，安装调试，

与收费软件接口简捷，无需收费软件做分析处理，直接调用即可得到实时数据。

系统维护及维修各方面均精心设计，特别是维修快速。

达到不影响车辆通行的需要。

使其方便易行。

●先进性：

系统代表目前国内动态计重收费领域的最高水平，并且在未来的一段时间内保持一定的先进性和实用性。

●可靠性：

凭借多年该领域的设计实践，积累了丰富的可靠性设计经验。

系统具备强大的自动检测功能，即时掌握关键设备的工作状态并能自动调整，对系统故障做到预知容错处理，并配备相应的校验装置。

●开放性：

系统具备良好的开放性和兼容性，整个系统易于升级，易于维护。

●高效性：

保证车辆通过时所有设备联动高效和快速处理的能力。

北京中山新技术设备研究所提供的计重收费系统代表目前国内该领域的最高水平，其先进性主要体现在：

●最先提出轴计量理念并付诸实践，是该项目发明专利拥有者。

●最早提出“计重收费”术语，本企业最早承做计重收费站已成功运行3年多。

●称重台面采用上翻梁设计。

独特的动态限位技术将传感器置于地面之上，具有极强的防水、防潮、防腐蚀的性能，并且维修、维护不用起重设备，不影响车道通行，维修、维护十分方便、快捷。

●独特联轴识别装置，在不增加设备前提下，运用数据库理论建模,能够对运动乃至静止其上车辆识别联轴状况。

不单纯依靠测速求出轴距判断联轴。

●引进并率先成功使用的车辆光幕分离器。

●与收费软件接口以设备驱动的形式提供，通信协议由设备驱动程序完成，界面清晰，并易于升级。

重点说明：

收费软件的处理将遵循计重收费系统通讯规约的规定执行。

二、系统构成及工作原理

计重收费系统整体设备主要由以下四部分构成：

1.动态称重仪；

2.轴型轮胎数识别器；

3.红外线车辆分离器；

4.称重处理器。

系统部件具体位置见附图1动态称重系统平面图（车道级）。

第一部分动态称重仪

动态称重仪采用高精度称重传感器作为称重元件，准确采集通过称重平台的各轴的轴重数据及车货总重，判定各轴（轴组）的超限值。

汽车在水平路面上移动时对地面压力不会改变，每个轴所称重数据的代数和就是该车的总质量，依次通过称重平台的每个轴的轴载值就是该车的真实轴载值。

第二部分轴型轮胎数识别器

车辆在车道内通过，不同的车胎触地宽度不同，本系统采用多个高灵敏度的传感器组成，通过检测传感器被车轮胎触发的数量检测轮胎总宽度，从而识别每轴单侧的单双胎，同时向数据采集控制器提供本次称重中车辆通过轴型轮胎数识别器的轴数数值。

车辆在车道内停车、明显加减速时，无论轮胎是否停止于传感器上，只要轮胎在传感器上通过，本系统提供的数据仍准确有效。

第三部分红外车辆分离器

本系统采用进口红外光幕安装于称重平台前方两侧路边，对于从离地400mm-1500mm范围内，用高密度的40对光幕以每秒巡查5遍的速度连续扫描，平行扫描时能发现直径大于25mm的物体，交叉扫描时能发现直径大于18mm的物体；光幕采用编码扫描，能在恶劣环境下如强阳光直照、雨雪天、雾天依然可靠。

当第一辆车进入光幕区后，光幕被摭挡，系统开始进行数据检测，整车通过过程中至少有一对光幕被摭挡，车辆全部通过时，任何一对光幕均不被摭挡，判定本车通过，对本次车辆进行收尾，相应地结束数据的检测。

第二辆车相隔较近，但仍有一定间隙，间隙大于10cm时，光幕正常工作，系统进行第二辆车的检测。

由于收费站交通流量大，车道内通过的车辆较多，可能出现下列情况：

两车辆间隔较近，同时在称重区域内行驶；车辆排队，有车辆停止于称重区；挂车通过称重区域；由于进口光幕的工作性能决定了上述情况时，对车辆的分车及收尾仍然准确无误。

第四部分称重处理器

上述三个系统的信号全部传入称重处理器，以红外光幕触发车辆检测信号起至光幕判定汽车收尾信号止，形成了一组完整的数据，这组数据的数值及其组合形式形成本次检测的完整信息，这组信息将与称重处理器内的数据库进行比较，判断出车辆的车型轴型，车型轴型的判别严格按照交通部2000年2号令。

三、系统方案的工作界面

1、与收费系统机电工程的实施界面

1.1收费车道低速称重系统与收费系统的工作界面：

每条车道动态称重系统需要交流220V,<280W电源，由收费亭内提供交流220V/50HZ，容量为3KW的电源供给。

车辆分离设备、单轴、联轴判断设备、称重检测设备以及车辆称重数据（包括轴重、轴组重、整车重、轴型、车型、速度、超限判别标志、称重时间等称重信息）的采集、计算、分析等均由称重系统完成，称重系统形成的车辆称重数据通过RS-232数据接口实时的传输给车道控制计算机.

收费系统与称重系统通信协议方式严格按照招标书中计重收费系统通讯规约的规定执行。

本公司可以应招标人的要求改进为设备驱动控件提供，软件界面开放清晰。

1.2称重车道低速高精度称重系统与收费系统的工作界面：

称重车道称重系统完全独立，只与收费系统发生数据交换关系，数据由我方提供。

1.3收费的软件由业主统一提供，称重系统形成的车辆称重数据通过RS-232数据接口实时的传输给车道控制计算机.

协议如下：

通讯波特率9600BPS（可设置）

格式：

1位起始位，8位数据位，1位停止位，无效验位。

为配合收费软件的开发和调试。

本投标人可提供：

通讯协议、数据格式、文档说明、开发实例，及控件程序可供选择；并负责所供设备于车道控制机的硬件连接。

2、与土建工程的工作界面

技术文件中提出称重系统所需的设备基础、管道、排水等设施的技术要求。

待具体实施时，在联合设计期间，由本方会同业主、设计单位和收费系统承包人确定技术要求，并确定技术图纸要求。

基础施工图见附图2

四、系统功能介绍

整个系统是以动态称重仪、红外车辆分离器、轴型轮胎数识别器、CKXP-Ⅲ型称重处理器、室外称重电控柜、通讯、应用软件等部分为基础构成，功能独立而又相互依存。

1，动态称重仪称重平台

（1）称重平台选用高强度优质钢结构焊接而成，标准载荷30吨，经时效处理后加载150%F.S.，使其形变符合设计要求。

整体防锈处理并涂多层防锈漆，不论是埋入地下部分还是外露部分都不锈蚀；

（2）传感器选用4只精度为0.02%级，单只载荷为15吨，材质为40CrNiMn,钢制密封传感器，防护等级IP67；使整个秤体具有60吨的负荷能力。

多年的现场使用证明它具有良好的抗冲击性，抗过载及高稳定精度和动态快速反应，并采用上翻梁式设计（专利技术），使得车行方向轮胎对秤台作用反力产生较小转矩，传感器只承受轮胎对秤台的重力，上翻梁式设计使得传感器在地面上，工作环境大大改善，不受水泡、不受潮、不受腐蚀，其寿命增加，而且维护、维修时不用起重设备，不影响车道的通行。

维修、维护十分方便、快捷。

（3）独特的动态限位技术，轮胎经过称重平台时产生的水平冲击力由限位即时抵消，使称重平台保持高度稳定。

2，MINI-40红外车辆分离器

MINI-40光幕采用调制红外光束，不受外界光线的干扰，调制红外光束具有极强雨雾穿透力。

发射器和接收器采用聚酯光学镜头，检测距离可达17m，最小检测物体为25mm。

最小分断相邻物体距离为10cm。

发射和接收采用调制接收方式，不但可以确切得到每条

光路的状态，而且避免了相邻光束的干扰，增强了测量的准确性及可靠性。

光幕的巡检时间短，每条光路检测时间为55us，整体系统反应时间为2ms。

光幕采用金属结构，具有很强的抗冲击能力，防护等级IP65。

光幕外罩防撞及免维护光幕箱，以应对车辆意外撞击，并能在多尘、泥土溅击时减少维护工作量。

实际上，收费车道最宽为4-6m，挂车的牵引杆直径最小为ø30mm，相邻两车间距应在10cm以上，该光幕及相应设计可满足收费车道分车要求，并能在恶劣环境中长期可靠工作。

（已经过现场长期工作的实际考验）

3，轴型轮胎数识别器

判别各轴轴类型及每轴单侧单双胎，为主系统提供数据。

轴型轮胎数识别器布置在称重平台前方单侧，采用多个防水型高灵敏度传感器组成，检测车型数据，作为分析数据的依据。

该传感器最小响应重量为50kg，重量大于1000kg时，自行保护，抗压力大于10T。

可检测各种型号货车车轮数据。

不仅如此，系统采用独特的单双胎识别方式，并采取了容错措施，以确保识别参数的准确性。

轴型轮胎数识别器独特的布置使动态称重系统能够在运动或静止时正确判断轴组联轴情况，它不单依靠用计算的方法间接求出轴间距来判断联轴，更主要依靠车辆通过检测系统各种时物理参量的相关性，这对变速行驶车辆正确判断联轴至关重要。

大大提高数据置信度。

4，CKXP-Ⅲ型称重处理器

（1）WS—905动态轴重模块

动态称重仪表，车辆通过称重平台时，能及时测出各轴轴重。

采用高速精

度24位Σ—△A/D转换技术，有效分辨率达一百万，采样频率软件调整，实时动态处理软件，采用动态曲线拟合技术，精确测出各轴轴重。

自带键盘及宽屏液晶可进行标定、参数设置、加密、数据检测等操作，方便现场调试。

确保设备整体精度满足动静态精度要求。

（2）控制模块

来自WS—905轴重，轴型轮胎数识别器轴型轮胎数识别器及MINI—40光幕分离器的信号汇总于CKXP-Ⅲ控制器，从中得出各轴轴重、各轴轮胎数、轴型、平均速度、轴距，区分前后车辆并通过RS232接口向上位计算机传送。

5，称重电控柜：

根据空气动力学模型设计的防护机箱使机箱电子设备免遭风雨、沙尘及其它等自然力破坏。

机箱内部始终维持在正常的温度的范围内。

防护等级IP65，仪器设计有防雷、抗浪涌冲击装置。

6，应用软件

汇集分析处理各项数据。

中山新技术设备研究所的“动态公路超限管理系统”是符合我国现管理规范全自动公路动态轴重超限管理系统，是符合我国现管理规范要求的全自动公路动态轴重超限管理系统，并且在实际应用中得到了用户的好评。

轴重仪能够提供两种可由用户任选的方式。

设备接口程序方式和数据通讯方式。

与车道计算机进行数据交换。

设备接口程序和数据通讯均符合要求

五、超限车辆的判定标准

系统设计方案的超限车辆的判定标准严格按照交通部2000年颁布的第2号令《超限运输车辆行驶公路管理规定》的要求执行。

超限车辆的判定标准：

1）单车、半挂列车、全挂列车车货总质量40000千克以上；

集装箱半挂列车车货总质量46000千克以上。

2）轴载超限的车辆判定标准：

单轴（每侧单轮胎）载质量6000千克；

单轴（每侧双轮胎）载质量10000千克；

双联轴（每侧单轮胎）载质量10000千克；

双联轴（每侧各一单轮胎、双轮胎）载质量14000千克；

双联轴（每侧双轮胎）载质量18000千克；

三联轴（每侧单轮胎）载质量12000千克；

三联轴（每侧双轮胎）载质量22000千克；

3）其它：

经国家批准生产的单轴轴载质量大于10000千克、小于13000千克（含13000千克）的车辆，暂以国家核定的轴载质量视同轴载限值标准。

六、系统工作流程

在车道入口处离收费亭中心24m布置动态称重系统，考虑到国内最长车辆小于18m,当它到达收费亭时其尾部驶离检测系统，而最短车可能在此排队10辆，系统有即时存储20辆车能力。

当车辆从任一条车道通过称重系统时，动态仪表自动得出每一轴重，轴型等；而车辆分离系统分辨出该车完全通过称重平台后，动态仪表即算出整车重，并立即向车道机传送这些数据。

由于收费站交通流量大，称重车道通过车辆较多，可能出现如下特殊情况：

两辆车间隔较近，同时在称重区域内行驶；车辆排队变速行驶，有车辆停止于称重区域；挂车通过称重区域。

针对上述特殊情况，本系统采用进口红外光幕安装于称重平台前方两侧道路边，对过往车辆从离地400mm至1500mm以每秒巡检500遍的速度连续扫描；平行扫描时能发现直径大于25mm的物体；交叉扫描时能发现直径大于18mm的物体；能对车间距大于10cm的车辆进行分离；光幕采用编码扫描，能在恶劣环境下诸如：

强阳光直照、雨雪天、雾天仍然可靠工作；以保证称重检测数据与车辆的一一对应关系。

⑴能检测车辆的轴、轴组及整车重量；

⑵能检测车速；

⑶能基本区分车型（接轴数、轴型）；

⑷能记录车辆通过时间；

⑸能按超限车辆判别标准的要求设置超限重量限值，还可以方便的进行调整；

⑹能自动判别车辆是否超限；

⑺能自行处理称重流程；

⑻能形成完整的车辆称重信息，包括车辆的称重、轴组重、整车重、轴型、车型、

车速、车辆超限标志、时间等信息；

⑼能通过数据接口将称重信息传输给车道收费计算机；此数据接口能满足以下功能：

向车道收费计算机准确传输称重数据；

能接收车道收费计算机发出的基本指令数据并完成相应的动作，如开启或关闭称重系统；

称重系统具备自动缓存功能，在向车道收费计算机发送数据失败时，自动存入缓存消息队列并尝试重发，在此次数据未正常送达前不会被下一条数据冲掉，从而保证称重数据的完整性。

操作流程简述

1.操作流程：

●称重检测系统进入工作状态，设有称重仪的车道处于上班状态；

●载货车辆保持安全间距依次进入收费车道，低速通过称重平台；

●载货车辆尾部离开称重平台以及环形线圈车辆检测器、红外线车辆分离器；

●红外线车辆分离器检测到一个车辆结束信号；

●称重系统处理器处理来自称重平台的车辆称重信号；

●称重系统处理器形成一个整车称重信息，这些信息包括车辆的轴型、轴重、联轴信息、每轴的胎数、联轴重量、轴距、总重；

●称重系统处理器通过数据接口将整车的称重信息传输到收费车道计算机。

●完成对一辆载货车辆的称重过程，等待下一载货车辆的称重。

2．动态称重流程

七、系统主要技术性能参数：

货物主要技术性能参数：

1称重仪

1）精度：

a.静态称重精度：

OIMLⅢ级

b.动态精度，满足下列条件：

精度

0~5Km/h

匀速

5~20Km/h

匀速

20~30Km/h

匀速

有明显加、

减速

轴负载（>5t）

±100kg

<±2％

<±3％

<±5％

<±10％

轴组负载（>10t）

N*±100kg

<±2％

<±3％

<±5％

<±10％

整车重量（>20t）

N*±100kg

<±2％

<±3％

<±5％

<±10％

N*为静态称重值。

c.速度测量精度（没有明显加减速的前提下）：

车速在1～30km/h时，最大±5km/h

d.轴间距测量精度（没有明显加减速的情况下）：

两轴：

±0.30m

2）工作环境：

a.温度-30℃～+80℃

b.相对湿度0～95％

3）设备的防护等级：

a.控制设备：

IP65

b.称重传感器：

IP67

4）被测车辆以≤30Km/h速度通过时，能正确测量出车辆速度。

1.称重平台对各轴分别进行计量，计量线性良好，其标准测量范围为：

a.标准载重≥30t（每轴）

b.过载能力≥150％（每轴）

C．使用寿命：

十年以上。

2红外线车辆分离器主要性能指标：

a.能对车间距不小于10cm的车辆进行分离；

b.能对车辆进行可靠分离，晴天可靠性应达到100%，雨雪或大雾天气可靠性仍为99%；

c.防护等级：

IP65；

d.安装高度：

1500mm，红外发射管的最低高度为400mm；

e.红外车辆分离器采用高性能进口红外光幕，使用编码扫描方式工作，不受阳光、雨、雪、雾的干扰。

称重数据与收费数据一一对应。

f.温度-30℃～+80℃

g.相对湿度0～95％

h.使用寿命：

10年以上

3轮胎识别器

a.能对通过的货车的轴型进行正确的识别，只对国家规定不许上路行驶的特殊车辆或改装车辆产生误判，可靠率大于99%。

b.温度-30℃～+80℃

c.相对湿度0～95％

d.使用寿命：

10年以上

4环形线圈车辆检测器（选用）

a.使用进口线圈，在红外线车辆分离器发生故障时对车辆进行分离，判断精度≥99％；

b.工作温度：

-30℃～+80℃；

c.相对湿度：

0～95%RH；

5称重仪的其他技术性能：

a.MTBF≥20000小时；

b.称重仪精度的一致性好，同等条件下不同车道称重误差≤0.5%；

c.系统设备仪表具有开机自检功能、空闲时每10分钟自检一次、具有零点校正和自动温度补偿能力；

d.按国家规定每12个月标定一次。

仪表具有标定功能。

标定方法简单。

e.所有设备均作多层防锈处理，因锈蚀而出现的系统故障由称重系统投标人负责维护；

f.全天候工作；

g.维修响应时间：

≤2小时；

h.维护人员到现场时间：

≤8小时；

i.故障最长修复时间：

≤16小时。

八、系统误差分析

（1）动态称重设备误差

称重设备静态误差为0.1%，主要来源于传感器误差0.02%，仪表分辨率为0.01%和由于结构设计安装引起误差0.03%。

传感器和仪表均有温度自动补偿能力。

此部分误差包含在上述误差之中。

动态误差±3%主要来源于车辆车身机械结构、称重平台与路面平直度、车速、加速度、特别是急刹车引起误差。

其中，车辆车身机械结构约引起误差占0.5%。

以不同车速通过称重平台引起误差≤±1%，明显加速度引起误差约为±2%。

称重仪称重平台与路面平直度引起误差范围较大，路面纵横坡<2度时，安装时可以调整到最佳；最好的安装引起误差应≤±0.1%。

坡度较大时，上翻梁秤台能通过特殊调整予以修正。

所以，动态称重设备由于本身性能引起误差≤±0.1%，在同等的条件下，不同车道称重误差≤±0.5%。

（2）轴型轮胎识别器检测误差

其车型检测误差主要是国家规定不许上路行驶的特殊车辆或改装车造成的。

（3）红外线车辆分离器分离误差

对一些事故车用临时牵引线牵引可能引起误差。

九、系统设备的维护与维修

所提供的设备均能在恶劣环境中长期可靠工作。

但定期维护可提高可靠性，延长使用周期。

1）称重平台底部长期使用可能有积土，严重时会影响精度。

每隔两年应清理排水系统一次，由于上翻梁结构称重平台其关键部件称重传感器在路面上。

因此雨、雪、融冰不会影响其性能。

2）轴型轮胎识别器日常无需维护，但每150万次检查一次可大大提高可靠性。

3）红外车辆分离器有极强穿透力，外罩可防尘，但过多的泥水和动物尸体（特别是蜘蛛捕捉昆虫留下的尸体）会影响其性能，应视环境情况清理（一般为每月清理一次玻璃视窗表面）。

设备维修均在设计时精心考虑到，无需大型起重设备和特殊专用工具，快速简便，此部分说明参见相关设备使用说明书。

十、系统的缺陷责任承诺

系统的缺陷责任期为交工验收后2年。

在缺陷责任期内，本企业免费进行设备维修维护，超过缺陷责任期后的维修维护，依据承诺，由业主、买方及承包人再定。

在系统的缺陷责任期内，免费根据业主要求对系统软件功能作合理改进，在交工验收后的三个月试运行期间，此项条款同样适用。

此项工作由项目经理率领本企业江苏项目部全程跟踪。

十一、系统称重设备的防雷

称重设备防雷接地使用收费系统的防雷接地，防雷接地电阻在4Ω以下，同时供电电源安装电源防雷击保护器、外场设备数字接口采用光电隔离设备，有防浪涌电流能力，称重板采用4点并联接地，6mm²专用铜带，防雷接地在小于0.5Ω。

十二、系统工艺保障

本企业通过ISO9001质量认证体系，系统中所有设备都将通过严格的工艺控制，达到规定的质量标准。

1．电子部分

1.1对于仪表所使用的电容进行老化试验，半载2小时，满载6小时。

在满载时检测漏电电流，按设计要求选用漏电电流小于3mA的元件。

1.2生产过程中的每个电源板均进行上限的老化试验，试验电源电压为260V，满载8小时。

老化测试各点输出的电压值均符合设计要求的方可组装仪表。

1.3对于仪表中的关健部件，在高温试验箱中进行高温老化，老化温度为80℃，老化时间为10小时。

老化后，在高温下测试；待冷却后，进行重新测试后，二组数据符合设计要求的产品进入仪表组装。

1.4仪表生产后进行初检。

初检合格后进行48小时老化（常值）。

老化完毕后，对于仪表带载，按国家有关计量标准进行检定。

检定合格方可入库。

1．称重平台主体

2.1称重平台结构

材料保证：

采用Q235优质型钢板材；

工艺保证：

采用手工电弧焊及自动保护焊

2.2关健部件

（1）传感器联接板

材料：

采用优质碳素结构钢45号钢。

热处理：

经常规调质处理HRB220-270。

工艺保证：

材质的检验及质变处理的检验严格按照国家标准执行。

（2）承压座

a）承压上下轴承板

材料：

Cr15轴承板

热处理：

HRC43-48

工艺保证：

材质的检验及质变处理的检验严格按照国家标准执行。

承压轴承球

在洛阳轴承厂定购一级钢球。

工艺保证：

1）喷砂除锈处理后，喷涂防锈底漆。

2）喷涂防锈底漆：

（3遍）

3）喷首次面漆：

（2遍）

4）喷二次面漆：

（2遍）

3．光幕机箱：

工艺保