基于PLC的动态电子轨道衡设计毕业设计论文.docx

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基于PLC的动态电子轨道衡设计毕业设计论文

毕业设计论文

基于PLC的动态电子轨道衡设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

当今社会，随着生产、贸易、科技的快速发展，衡器技术由简单的计重向信息化、一体化发展。

然而，衡器技术在向这个趋势发展的时候，计量的准确化、快速化的矛盾一直是困扰衡器技术发展的瓶颈。

直到上世纪70年代，技术上逐步成熟的动态电子衡器的发展，它有效的解决了快速性、准确性一衡器技术的两个最重要的性能指标难以统一的问题。

这对于解决工程中称重系统的实时称重.问题尤为重要。

动态电子轨道衡是动态称重技术中最常见的一种，本文介绍了动态称重的特色:

动态电子轨道衡系统采用了WINDOWS操作系统作为平台，其强大的软件功能是有效的解决快速性和准确性统一问题的基础;用软件方法判别火车车型克服了硬件判别法故障率高的弱点。

采用自动车号识别（AEI）技术，有效地解决了计量过程中人工抄号的弊端，杜绝了人工篡改计量数据的机会。

提高了计量数据的真实有效性。

动态轨道衡称重系统做到了数据自动上传、统计报表、存储、打印。

本设计分别阐述了计量器具的发展，称重传感器的原理，动态电子衡器的设计原理与构成部分，PLC与组态王Wincc的通信，信号处理的方法，车型判别逻辑控制系统，自动车号识别系统的设计。

关键词:

传感器;动态电子轨道衡;PLC;Wincc

Abstract

Intoday'ssociety,withproduction,trade,andtherapiddevelopmentoftechnology,weighingapparatustechnologybysimpleaccountheavyinformation,tointegrationdevelopment.However,weighingapparatusintothedevelopmenttrendoftechnology,theaccuratemeasurementofthecontradictionofthefund,hasbeenamajorinstrumentsofthedevelopmentofthetechnologybottleneck.Untilthe1970s,thetechnologyisgraduallymaturedynamicelectronweighingapparatusofdevelopment,itiseffectivetosolvethefasterandmoreaccurateaweighingapparatustechnologytwoofthemostimportantperformancetotheproblemofunity.Thistoengineeringoftheweighingsystemrealtimeweighing.Theproblemisespeciallyimportant.

DynamicelectronicGuiDaoHengdynamicweighingtechnologyisthemostcommonkind,thispaperintroducesthecharacteristicsofdynamicweighting:

dynamicelectronicGuiDaoHengsystemUSEStheWINDOWSoperatingsystemasaplatform,itspowerfulsoftwarefunctionistoeffectivelysolvetheproblemofefficiencyandaccuracyunitybased;Withthesoftwaremethodjudgingthetraincarovercomethehardwarediscriminantmethodofhighfailureweakness.Adopttheautomaticcarnumberidentification（AEI）technology,whichcaneffectivelysolvethemeasurementprocess,artificialcopythedisadvantages,andputanendtothemeasurementdataoftheartificialtamperwiththeopportunity.Improvethemeasurementdataoftherealeffectiveness.DynamicGuiDaoHengweighingsystemdodatatoupload,statistics,storageandprint.Thisdesignrespectivelyexpoundsthedevelopmentofmeasuringinstruments,weighingtransducer,thetheoryofdynamicelectronweighingapparatusdesignprincipleandstructureparts,PLCandconfigurationkingWincccommunications.signalprocessingmethods,modelsdiscriminantlogiccontrolsystem,automaticcarnumberrecognitionsystemdesign.

Keywords:

sensors,DynamicelectronicGuidaoheng,PLC,Wincc

引言

在称重领域，动态轨道衡得到了广泛的应用,主要应用于称量液态罐车和较贵重的固态物料。

随着世界科学水平的不断发展，衡器也随之发展着，电子衡器现已成为主流产品，但电子衡器的快速性和准确性是两个难以兼顾的技术指标。

因此，全动态电子轨道衡和生产就成为时代的需求。

现在我国各部门正在使用的陆地交通称重系统大部分还是老式的机械衡器，只有少部分使用了静态电子衡器。

它们虽然能做到测量的准确性但是快速性是无法做到的，这样严重影响了生产效率，而且衡器的操纵者的劳动强度很高容易出错。

为了实现全动态电子轨道衡计量系统与技术化水平台的完美结合形成无人值守的计量站。

动态轨道衡系统的设计能够提高测量的准确性、快速性以及应用企业信息化平台实现无人值守动态轨道衡。

本设计系统采用了可靠性高、灵活性好、安装简单易于维护的可编程逻辑控制器（PLC）作为下位机，下位机实现传感器数据采集和车辆判别信号的功能以及实现了报表、打印。

下位机通过串口与上位机进行数据通信。

上位机采用组态软件Wincc，实现了Wincc与PLC的通讯。

该系统在设计过程中充分采用了硬件和软件方面的抗干扰措施，保证了系统的稳定运行。

意见与反馈参加有道翻译用户满意度调查！

1绪论

1.1衡器的发展史

称量铁路货车载重的衡器。

分静态轨道衡、动态轨道衡和轻型轨道衡3种。

广泛用于工厂、矿山、冶金、外贸和铁路部门对货车散装货物的称量。

苏州仪表元件厂最早研发制造，当年高速通道硬件和控制软件处于国内领先水平，新世纪多名机械设计人员经过多年改进，机械秤体技术也处于领先水平，精度高、稳定性能好、免维护周期长等优点。

1.2衡器的分类

1.2.1静态型

电子衡器的最初结构设想是因为传感器的出现而产生的。

最早的电子衡器就是静态型，这种电子衡器也是现在使用范围最广泛的类型。

静态电子衡器是被称重物体稳定的放置于电子衡器上进行测量的。

因为被测量物体处于稳定状态，所以传感器的输出值为真值。

因此静态电子衡器的数学运算模型为代数方程。

1.2.2动态型

动态电子衡器是在静态电子衡器的基础上发展起来的一种新型电子衡器。

它可以直接测量运动物体的质量。

动态电子衡器所利用的基本原理是动态测试技术。

动态测试技术是一门新兴的边缘性前沿科学。

它与许多学科如测试技术、误差理论、概率统计、随机过程理论、信号处理、时间序列分析、系统辨识等，相互联系相互渗透。

动态电子衡器所测量的量是随机时间变化的变量。

因此它的数学运算模型为微分方程和差分方程。

1.2课题的国内外现状

1.2.1课题的国内现状

对于动态电子衡器的研究，近几年国内也有一定的发展。

比较具有代表性的产品是由北京铁道学院研制成功的用于铁路系统的动态电子衡。

但是，用于动态称重的动态电子轨道衡无人值守计量站还处于初级阶段。

目前国内生产动态电子衡的主要厂家有：

北京YAMATO公司；广东顺德华普电子衡器有限公司；河北唐山汇中威顿仪表有限公司；湖南湘潭五菱电子衡器公司；浙江杭州东方电子衡器有限公司等。

这些企业通过与国外公司合作，生产主要用于工业生产的各种动态电子衡。

本课题来源于大型钢铁企业物资计量和贸易结算工作的实际需要。

首钢集团总公司现有产品品种200余个，成品规格3800项。

首钢坚持以质量求生存，求发展，依靠技术进步，加强基础管理，不断完善计量管理和计量技术，强化量传余溯源体系的控制，确保测量设备准确可靠，充分发挥了测量设备在企业中的作用。

随着首钢生产能力的不断提升，利用轨道衡进行钢铁冶炼的原燃料、出厂物资计量呈大幅度增长趋势。

在市场经济条件下，首钢与供应商及内外部顾客依靠轨道衡进行贸易结算，而贸易结算是轨道衡技术不断发展的主要推动力。

1.2.2课题的国外现状

动态电子衡器是八十年代中期德国西门子公司首先提出并开始研究和开发。

经过十几年的发展，现在已经有很多公司有能力生产动态电子衡，产品种类繁多，涉及各行各业的称重问题。

动态电子衡器系统的硬件核心部分是称重传感器和数据采集模版。

现今世界上已有许多公司能够生产，如美国QUTECH公司、美国HP公司、美国UEI公司、美国DATAQ公司、美国PCB公司、日本HMB公司、瑞典ABB公司、德国西门子公司、德国PHILIPS公司、加拿大GAGE公司等等。

这些公司不仅生产称重传感器和数据采集模版，而且有些公司还在开发成套电子衡器系统。

它们所开发的电子衡器系统涉及到整个工程领域的各个角落，并且，在精度以及其他参数方面都非常高。

对于应用动态轨道称重系统来说，从综合指数考虑，瑞典ABB公司处于世界领先地位。

ABB公司的力测量产品及系统能进行精确可靠的测量与控制，从钢铁制造到纸张加工，应用范围十分广泛。

由于动态电子轨道衡采用的是PLC控制，无法处理较为复杂的数学模型。

因此当他们用于列车称重系统时，对工作环境的要求很高，有很多限制，而且输出稳定性极差。

1.3课题的研究目的和意义

1.3.1课题的研究目的

衡器作为称重物体的重要工具已经存在几千年了，随着世界科学水平的不断发展，衡器也随之发展着。

发展到现在电子衡器已经为主流产品，变成工业生产和民用生活中不可缺少的产品。

而即使是电子衡器，快速性和准确性也是两个难以统一兼顾的相互矛盾的技术指标。

因此，全动态电子衡器的开发和生产就成为时代的需求。

这就是本课题研究的目的。

全动态电子轨道衡计量系统与技术化平台的完美结合形成无人值守的计量站，成为目前国内这一领域的领跑者。

1.3.2课题的意义

（1）动态电子衡器是当今衡器发展的前沿产品，它能有效的解决快速性和准确性—衡器的两个重要的性能指标难以统一的问题，这对于解决工程中称重系统的实时称重问题显得尤为重要，特别是用于陆地交通称重系统中。

（2）现在我国各部门正在使用的陆地交通称重系统大部分还是老式机械衡器，只有少部分是八十年代末和九十年代初安装的静态电子衡器。

它们虽然在一定程度上可保证称量精度，但快速性是绝对无法做到的。

这对于在矿山和大型货场等需要大量交通运输的地方，将严重影响生产效率，而且衡器操纵者的劳动强度很高，容易产生差错。

（3）如果能把这些衡器换为动态电子衡器并结合企业的信息化平台改造成无人值守计量站，将能很大程度地提高生产效率，对经济的发展起到推进作用。

1.4本章小结

本章通过对国内外有关资料的整理和分析，介绍动态称重技术的历史起源、发展趋势、衡器的分类以及对本课题进行深入研究的意义。

最后明确本课题所要完成的主要研究任务。

2系统工作原理和系统方案

2.1系统工作原理介绍

2.1.1动态轨道衡组成及称重原理

动态轨道衡是称重运动中铁路货车重量的一种轨道衡，也叫做自动轨道衡。

这种轨道衡的称重台面有足够的工作长度，以保证列车经过时有足够的时间进行有效的采样，在称重台面上，设置的不影响称量准确度的水平约束限位器在台面与引轨衔接处还装有过滤器，以使列车能平稳的进入和退出台面。

这种轨道衡按其称量方式可分为轴称量轨道衡、转向架称量轨道衡以及整车称量轨道衡三种，图2.1所示一节4轴货车，它在轴称量中称4次，在转向架称量中称2次，然后自动相加、指示或打印出整节货车的重量；而在整车计量中只称一次，相比之下其准确度最高，常用于称量液态罐车和较贵重的固态物料。

动态轨道衡称量方式如图2.1所示：

图2.1动态轨道衡称量方式

动态电子轨道衡是由称重台面、称重传感器、称重通道、计算机及接口以及软件等部分组成，其中称重台面称重传感器、称重通道、计算机及接口是轨道衡的硬件组成部分。

动态轨道衡硬件组成如图2.2所示：

图2.2动态轨道衡的硬件构成示意图

轨道衡的称重台面上铺有铁路钢轨（即称量轨）与铁路线相通，包括称重梁、称重杠杆及若干横梁，称重杠杆以及若干衡量，其作用是用来承受被称量车辆及所承载货物的重量；体面还装有横向限位系统、纵向限位系统、锁定和调整构建、抗扭装置和引线轨、计量轨、锚固花梁等附件系统，这些附件起到固定秤体，减少火车震动撞击对称量的影响，同时将承受到重力均衡的传递到各个传感器上的作用。

在理想状态下传感器的输出信号只是由重力作用产生的，那么在没有车辆通过称重台面时，称重台面输出的重力值应该是称重台面自身的重量，称重台面的输出值对时间函数应该是一个恒定的值。

当车轮压上称重台面的一刹那，称重台面的输出值会出现一个跳跃。

跳跃的输出表示车厢的第一根轴重，随着时间的推移，车厢的第二根轴也移至称重台面上称重，称重台面的输出值会产生另一个跳跃，这个跳跃和第一个跳跃的幅值之和代表了这个转向架的重量，在第一根轴走下称重台面之前，称重台面输出应保持不变，随着两根轴相继离开称重台面称重，称重台面的输出会出现两次方向相反地跳跃，见图2.3中波形所示：

输出幅度最大的部分（即为转向架的两根轴都在称重台面上时的输出）代表了整个转向架的重量。

两个转向架分别计算重量，然后相加，就可以得到整车的重量（W总）为：

W总=W前+W后（2.1）

在计算车厢过衡速度时，动态电子轨道衡的称重台面长度是一个已知确定的量，根据系统的采样频率和整节车厢通过称重台面时的采样总数可以计算出该节车厢通过动态电子轨道衡时所用的时间，由此就可以计算出每节车厢的过衡速：

图2.3称重原理示意图

动态电子轨道衡称重的主要技术指标是称重精度和称重时允许列车通过的速度，这主要取决于过度轨和秤台的水平度、传感器的灵敏度、供桥电源的稳定度、模拟变送器、速度和动态称重算法的优劣势等。

为了保证动态电子轨道衡对测量速度和精度的要求，必须从硬件和软件两个房间着手解决问题，消除误差干扰，准确无误的计算出重量和速度。

2.2称重台面的尺寸设计

轨道衡称重台面设计主要研究台面尺寸的确定工作，轨道衡的台面设计取决于轨道衡的称量方式和被称量的货车车型。

如前所述，轨道衡根据不同的分类方法而具有较多种类型，但总体来说可分为静态轨道衡和动态轨道衡。

静态轨道衡计量精度高，全部采用整车计量方式，称重台面设计较为简单，而动态轨道衡根据秤台的结构可分为单台面、双台面轨道衡，单台面的动态轨道衡用于轴计量和转向架计量，而双台面的动态轨道衡可以实现整车计量，可根据计量物资的状态和贵重程度进行动静态称重选择，目前，铁路上的货车车型基本分为敞车（C）和平车（N），使用的车型型号为c50、c62、C65、N16、N60等车型，这几种车型都是采用自动车钩的四轴车，车轴允许载荷为20.5t。

货车的基本尺寸如图2.4所示:

图2.4货车的基本尺寸

常用铁路车辆的轴间距离见表2.1

表2.1常见铁路车辆轴间距离：

车型

固定轴距LD

心盘踞LC

全轴距LB

钩舌距LA

2LS

LA+2LS

C50

1720

9900

11620

14024

2404

16428

C55

1720

9800

11520

14008

2488

16496

C62

1750

8700

10450

1