汽车衡自动校秤方法研究及应用_刘朝兴.pdf

张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用汽车衡是一种放置在地面上的大规模磅秤，主要用于卡车载货吨数、矿产资源以及大宗货物的计量1-2。汽车衡在使用的过程中，其本质是通过自身安装的电子传感器感知被计量的物体通过汽车衡时的重量。在这一过程中，传感器电桥会失衡，进而输出与物体本身质量相同的电压信号。最后，再经过转换器、放大器以及微处理器等辅助装置的协调，将被测量物体的最终质量数字信号输出，从而实现对其质量的测量。当前汽车衡在测量的过程中会受到诸多方面的影响，例如汽车衡的安装、调试存在误差；被测量物体本身性能较差，无法实现稳定。以上影响因素造成汽车衡计量精度降低，对快速运动的物体进行计量时，产生较大的测量误差。为了提高汽车衡在实际应用中的计量准确性，本文引入多传感器信息的误差补偿方法开展对汽车衡准确计量方法研究。采集汽车衡计量数据，实时监控汽车的行驶过程，基于误差补偿进行计量误差校准。试验结果证明了本文方法的实用性。1基于自动校秤的汽车衡准确计量方法1.1汽车衡计量数据获取与实时监控为实现基于汽车衡的准确计量，在开展相关方法设计研究前，需要进行汽车衡准确计量数据的*收稿日期：2022-05-10作者简介：刘朝兴（1985-），男，云南禄劝人，工程师，主要从事生产技术及检斤计量、取制样管理工作。Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY汽车衡自动校秤方法研究及应用*刘朝兴，陈俊博（云南迪庆有色金属有限责任公司，云南 香格里拉 674400）摘要：针对汽车衡在实际应用中计量误差较大、无法为检定工作提供准确数据等问题，开展了汽车衡计量数据获取与实时监控、汽车衡现场计量 PLC 控制和基于误差补偿的计量数据误差校准的研究，实现了汽车衡的自动校秤计量。试验结果证明，改进后汽车衡计量平均误差19.2 g，提升了汽车衡计量的准确性，能够为检定工作提供高精度数据。关键词：校秤方法；计量；汽车衡；误差补偿中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1006-0308（2023）02-0173-04Research and Application on Automatic Calibration Method of Vehicle ScaleLIU Chao-xing,CHEN Jun-bo(Yunnan Diqing Non-ferrous Metal LLC,Shangri-La,Yunnan 674400,China)ABSTRACT：Vehicle scale has large error in practical application,it cans supply accurate data to calibration work,therefore,theresearch on data acquisition of vehicle scales metering data,real time monitoring,PLC control of on-site spot metrology and calibrationof metrological data errors based on error compensation had been developed,then the automatic calibration of vehicle scale is realized.Experiment results proves the average error of the improved vehicle scale 19.2 g,the accuracy of vehicle scale is increased,it canprovide precision data to calibration work.KEY WORDS：calibration method;metering;vehicle scale;error compensation173Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY专项获取。为实现对多传感器数据的批量化获取，应对汽车的行驶过程进行实时监控。1）在汽车衡上集成并安装具有高性能（防高温、防爆功能等）的传感器、监控设备，将多种设备之间进行通信连接，确保对汽车衡准确计量数据获取的及时性与时效性；2）启动汽车衡并进行初始化，状态灯变为绿色，同时打开道闸杆，驾驶车辆上秤计量；多传感器采集称重数据，汽车上秤后，汽车衡上绿灯转变为红色；3）通过汽车衡现场计量控制系统利用红外传感器判断车辆在汽车衡上的位置是否压线，如果压线则通过汽车衡称重数据传输系统在信号终端进行警示；4）完成位置检查后，利用 PLC 装置关闭道闸，操控摄像头自动抓拍车号，检查与预约称量的信息是否匹配。当信息匹配合格，将稳定的重量数据保存上传到校准精度补偿系统。同时操控摄像头抓拍车前后及车厢影像。计量结束后，汽车衡通过语音提示计量完成，在计量终端上显示结果，打印磅单。同时利用 PLC 装置打开下秤道闸，司机行驶汽车下秤。为确保集成或安装在汽车衡上负责保证汽车衡计量数据准确性的传感器、摄像头等装置的数据采集具有实时性，需要配置两个 MALH-6451-RSR485 型号的单信道通信装置，用于传输所有传感和监控装置数据。将所获取的数据导入监控终端，即可实现对监控数值的实时显示3-4。为确保监控数据的高效率传输，可在上述内容的基础上，配置两根转换线路，用于单通道智能通信的信号传输，通过此种方式，实现将 RSR485 信号转换成接口可主动接收的 USB 信号。此外，配置一组发射终端与接收终端，用于显示实时传输的数据。将发射终端与汽车衡准确计量汽车的显示屏进行接口连接，通过终端的显示器进行数据的定时录入，以此保证对汽车衡准确计量数据的高精度获取与高效率传输。1.2汽车衡自动校秤控制在对汽车衡准确计量数据的获取过程中，为了提高汽车衡校秤计量的自动化水平，利用智能控制装置，进行汽车衡现场校秤计量控制。此次所选的控制装置为西门子 Simticas-S01-1200 系列的 PLC 装置。选用此装置进行现场校秤计量控制，不仅可以实现对远程汽车的信息接管和核对，也可以实现对汽车衡的智能控制。在此过程中，PLC控制可以进行现场控制的全自动化。下述将从断网逻辑控制与道闸控制两个方面，进行汽车衡现场校秤计量 PLC 控制设计。在进行断网逻辑控制时，需要先设定录入端PLC 控制间隔时间，定义每间隔（1.02.0）s 进行一次数据录入与覆盖。持续上述操作，当断网间隔超过 15.0 s 时，PLC 控制端将自动识别或判断终端死机状态与初始化状态。通过此种方式，实现对汽车衡作业状态的识别与诊断。在进行道闸控制时，需要先将传感器集成在道闸杆位置，用于识别汽车的进出。当识别正常道闸杆抬起时，需要等待汽车行驶到秤上，PLC 终端此时将根据车辆的质量变化，进行实时采集数据。通过此种方式，实现对校秤计量信号的获取，完成对相关信息的获取后，输出信号，完成对汽车衡现场校秤计量的控制。此外，在控制时，应注意对触发性信息的获取，通过对质量信息的采集，设定校秤计量过程中的预警阈值。当出现控制中的异常情况或异常数据时，主动触发预警，即可实现校秤计量控制的全自动化。基于此种方式，确保校秤计量控制的精准性。1.3基于误差补偿的计量误差校准由于多个传感器的数据之间存在非线性关系，造成汽车衡计量和监控数据容易产生线性度和分散性误差。为了实现对汽车衡计量误差的校准，引入误差补偿方法，以此实现对汽车衡的自动校准。检测校准结构当中包括汽车衡称重数据传输系统、汽车衡称重系统、整车质量监控校验系统5-6。图 1 为汽车衡检测校准结构。基于汽车衡检测校准基本结构，对汽车衡在校秤计量过程中的误差进行控制和校准。为了避免汽车在汽车衡的不同位置时称量结果产生偏载误差。利用 PLC 控制装置操控红外监测器监测汽车位置，保证汽车处于汽车衡承载面的中心位置，达到提高称量数据准确性的目的。174张杰，等：膏体充填技术在某矿空区治理当中的应用针对汽车衡通过校秤计量得到的结果进行校准精度补偿，以此实现对其误差控制。汽车在汽车衡承载面处的称量结果为：yk=kpkixik（1）（1）式中，kp为汽车衡输出信号电压与总称重结果的比例系数；ki为多传感器传输的通道增益。xik为第个称重传感器的输出称量值，kg。由于汽车衡受到线性度误差影响，上式中 yk的 xik与不存在线性关系，因此修改公式为：yk=kpkixik%xik=gi（xik%）（2）（2）式中，xik%为 xik的等价差集；gi表示 i 个传感器的灵敏度误差，V/g。在补偿时，利用误差补偿校正计量数据，并生成相应的补偿程序7。精度补偿目标函数的表达式为：yt-ykx（3）（3）式中，yt表示计量数据误差最小目标值，kg；x 表示满足国家标准要求的三级秤最大偏载误差，kg。根据上述公式，计算得出误差补偿结果，并在得到汽车衡计量结果后，利用该公式实现自动校正，从而达到汽车衡计量精度。2计量精度对比试验为了验证新的计量方法是否能够在实际应用中具备更高的准确性，选择将该方法作为试验组，将以往基于标准表的汽车衡计量方法作为对照组。将两种计量方法应用到相同的试验环境当中，对其计量结果的准确性进行评价。将某物流采购企业作为依托，针对该企业的物流采购厂现有货物作为研究对象，分别利用两种汽车衡计量方法对货物的质量进行测定。为了确保试验结果的客观性，选择的获取包含在（100200）kg、（500600）kg、（1 0001 200）kg、（1 8002 000）kg和（2 5002 600）kg 范围内。从各个范围内各选择 5 个货物，并对其质量进行测定。试验过程如图 2 所示。已知，当前国家对于汽车衡计量提出的标准为：重量值越大，则允许误差越大。根据这一标准，确定上述五个不同范围内各个获取的相应计量误差允许范围，并将结果记录如表 1 所示。图 1汽车衡计量校准基本结构Fig.1Basic structure of vehicle scale metrology calibration图 2试验检测过程Fig.2Experiment detecting process（a）启动检测系统（b）安置计量衡（c）计量传感系统（d）放置 5 份货物表 1不同质量范围汽车衡计量允许误差标准Tab.1Allowable error criteria of vehicle scale metering withdifferent quality range允许误差标准范围/g-78+78-6+6序号被测物品质量范围/kg52 5002 600110020041 8002 000-60+60-18+18250060031 0001 200-36+36刘朝兴，等：汽车衡自动校秤方法研究及应用175Apr.2023Vol.52.No.2（Sum 299）2023 年 4 月第 52 卷第 2 期（总第 299 期）云南冶金YUNNAN METALLURGY在表 2 不同质量范围汽车衡计量允许误差标准基础上，分别利用试验组计量方法和对照组计量方法对货物的质量进行计量，并计算不同被测物质量范围五个货物质量的计量平均误差，其公式为：=w1+w2+w3+w4+w55（4）公式（4）中，表示为五个货物质量的计量平均误差，kg；w1、w2、w3、w4和 w5分别表示为对五个不同货物质量计量得到的结果误差，kg。根据上述公式，将计算得出的结果与表 1 中内容进行对比，并将结果记录如表 2 所示。从表 2 中得出的试验结果可以看出，试验组完成计量后，其平均误差均在表 2 中规定标准范围内；对照组完成计量后，其平均误差仅在第一次对（100200）kg 范围内的五个被测量物体测量时在规定标准范围内，其余四次计量都出现了平均误差超过规定标准范围的问题。因此，上述得出的试验结果能够证明，本文提出的计量方法在实际应用中能够有效提高汽车衡的计量准确度和精度，将该方法应用于实际能够进一步提高汽车衡的应用性能。3应用效果分析无论对于汽车运输领域还是矿产资源领域而言，通过对汽车衡计量方法的创新应用和研究，均能够达到节省计量检定成本的目的，同时又能提高计量、检定的效率和提高计量的精度和安全性。针对当前社会面临的汽车衡计量误差较大的问题，提出了一种基于自动校秤的计量方法。试验结果证明具有良好的应用效果，经过改进后的汽车衡计量平均误差不仅在允许误差标准范围内，而且计量平均误差19.2 g，远低于对照方法，提升了汽车衡自动计量的准确性，能够为车辆后期检定工作提供高精度数据，具有较强的实际应用优势。弥补了传统计量校秤的不足，从根本上减少了计量异议的产生。可以在未来的汽车运输领域推广使用，对未来的汽车运输计量精度、校验精度提供了基础数据支撑，对未来的计量系统发展提供了参考。4结 语1）在汽车衡上集成安装传感器和监控设备，检测位置和预约信息，将重量数据保存上传；2）利用 PLC 智能控制装置，通过断网逻辑控制和道闸控制进行汽车衡现场校秤计量控制；3）基于检测校准基本结构，引入误差补偿方法实现汽车衡的自动校秤计量；4）除了从汽车衡计量方式上优化外，还可从汽车衡的秤台结构、计量速度等内部自身影响因素的角度出发，实现对其从内到外的优化。参考文献：1 刘燕江，高良祥，苏红生，等.120 t 电子汽车衡称重传感器频繁损坏的原因分析与解决方案J.化工自动化及仪表，2021，48（1）：92-95，99.2 吴媚，黄新迪，李铭，等.结合标准表和电子汽车衡校准油罐车容积方法的探讨J.中国计量，2021（8）：101-102.3 韩福英，项迪，苏荣，等.电子汽车衡计量检定系统的研究与探讨J.工业计量，2019，29（3）：2.4 白先送，郑松，谈玉琴.基于工业互联网的汽车衡智能计量系统设计和实现J.冶金自动化，2019（4）：6.5 庞小兰.电子汽车衡计量准确度研究J.现代工业经济和信息化，2018，8（11）：2.6 董洁.基于组态软件的电能计量装置误差校验系统设计J.能源与环保，2021，43（9）：6.7 郭红霞，王振华，荆臻，等.基于 BP 神经网络的高压电能计量装置误差校正研究J.电网与清洁能源，2020，36（6）：6.对照组+153.4否试验次数被测物品质量范围/kg试验组52 5002600-19.2是+19.5否2500600-11.2是31 0001200+15.2是-58.4否41 8002000+18.5是-98.6否平均误差/g是否在规定范围内平均误差/g是否在规定范围内1100200+2.6是+5.2是表 2试验组与对照组计量结果误差记录表Tab.2Error records of metering results from experimentgroup and control group176