公司技术方案

1、1. 设备技术方案联体式计重收费技术方案1. 概述有限公司将具有国际先进水平的动态称重技术成功地应用于汽车及其轴载质量的检测，开发出系列动态汽车衡（联体结构）用于收费车道称重系统。采用嵌入式工业控制计算机技术与动态称重技术相结合，构成功能强大的收费车道称重系统。本系统为具有自动计量称重、自动计算功能，无需人为干预，系统能在收费站车辆频繁启停情况下保证正常运行。系统可进行自动检测，用于数据管理的嵌入式计算机可进行轴载判别，轮轴类型判别，同时向收费计算机传输称重数据，并具有数据自动缓存功能。同时，本系统在计重收费称重的同时，极大排除了非规范行驶对称重准确度的干扰，并有进行超限检测的功能，为公路管理

2、部门进行超限运输管理提供了依据。2. 系统构成及称重技术原理2.1 系统构成本计重收费系统由称重检测设备、光栅分车器、数据采集器（室内型）、检测线圈及必要的辅助材料组成。计重系统构成框图如下：2.2 称重技术原理进入安装有低速称重系统的收费车道的车辆，其汽车车轴依次压过铺设在车道路面中的称重检测设备，称重检测设备传感器内由电阻应变计构成的多组电桥失去平衡，从而产生瞬间的不平衡输出信号，通过信号线缆传向数字接线盒，数字接线盒利用一组高速A/D转换器将其转换成数字信号，再经线缆传向室外控制柜内的数据采集器/控制柜，经专门的程序处理，计算出其轴重、轴组重和速度，并依次累加出车辆总重。安装在路侧的红外

3、线光栅分车器可准确判别车辆是否完全通过。同时通过独特的逻辑分车装置判断是否有不同形式的倒车、溜车等现象，当车辆完全通过后，将称重结果、车型判别结果、车速等信息传输到车道收费计算机。车道收费计算机依据计重收费费率对车辆实行计重收费。在称重系统部件出现故障时，称重系统可向操作软件发送错误信息，便于维护。系列动态汽车衡中的称重平台采集信号用于累加计算称量重量，检测平台用于检测车辆行驶状态，数据采集器生成相应的标示代码，并辅助提升称量结果的准确度。3. 系统工作流程和功能3.1 系统工作流程3.2 系统总体功能l 车型、日期和时间、数据记录序号、超限判别标识等，根据系统要求，输出以上信息；l 当最后一

4、辆车不完全退出（未收头）并且再进入时，称重设备能够正确判断处理该车辆的称重数据；l 当车辆不完全进入（未收尾）并退出时，称重设备能够正确判断，撤消该辆车的称重数据；l 当车辆在称重平台上不完全倒车（未收尾、也未收头）并进入时，称重设备能够正确判断处理该辆车的称重数据；l 能够检测到最后一辆车退出，并且发消息给动态链接库撤销该车辆的数据；l 系统的计量设备性能符合国家相关部门计量器具制造许可规范要求，并取得了制造许可证；l 系统能对车辆进行准确、有效的自动分离，并能处理车辆跟车干扰、倒车、不完全倒车、走S型、点刹车等复杂多变的行驶状态，保证车辆和数据一一对应；l 系统能够动态称量和静态称量，并能

5、自动转换；l 具备自动缓存功能。在向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，该数据将一直保存在系统缓存中，直到复位或被授权操作员删除，从而保证称重数据的完整性；l 系统具有故障自检功能，系统中各设备和线路出现故障时，系统能够取得相应的故障信息，在设备自带的显示终端进行显示，并能够将这些故障信息传送给计算机；l 系统能够在无人值守状态下满足不间断全天候连续工作的需要；l 单个车道计重系统的整体MTBF30000h；l 设备精度稳定性：设备标定周期1年；l 系统的集成度较高，可方便的安装到业主指定的位置；l 秤台集成车辆轴数识别功能，能够正

6、确分辨轮轴数，对计重车辆要求判断准确度达到99.9%以上； l 称重平台表面采取防滑措施，防止车辆打滑或因称重平台表面结冰失去控制，防滑设施失效时可在维护中方便的更换；l 采用独特的称重平台设计结构和特有的防尘条密封处理，防止沙砾、泥土、碎石进入称重平台基础或卡着边缝，系统维护方便，我方提供专用工具可在不拆除设备的情况下能方便的清理秤台底部垃圾。4. 主要设备性能和技术指标4.1 联体秤针对收费车道特殊的使用环境，公司称重检测设备为上翻梁式称重台，内置高精度剪切梁式称重传感器，并采用专利结构设计，以满足系统长期可靠运行的要求。l 型号：l 台面宽度：普通车道3.5米；超宽车道4.2米，可根据实

7、际情况定做称重平台。l 台面长度：1.6米l 单轴额定载荷： 30t；l 最大过载能力： 200%；l 有效测量的速度范围为：010千米/小时，允许轮轴停在称重平台上；l 静态准确度等级：级 ；l 动态准确度等级：整车总重量2级，误差±2%；l 整体MTBF30000h；l 精度稳定性：设备检定周期1年；l 设备具有自诊断功能，发生故障时能通过软硬件发出故障信息；l 使用寿命：大于300万车次；l 可检测车辆轴数：无此限制；l 工作环境为度：-30+70；l 工作环境湿度：95%；l 设备的防护等级：称重传感器：优于IP68，可连续浸水300小时以上；l 秤体台面采用联体式，钢板厚度

8、15毫米，采用大型钢厂优质板材，CO2气体保护焊，保证机械刚度强度；l 能正确识别车轴数量，判别正确率达到99.9以上；l 有较好的防车辆跳磅、走S、拖磅、加假轴等作弊措施；l 采用大型钢厂优质板材，CO2气体保护焊具有良好的防锈性能；l 采用独特的低速动态轴重仪设计结构和特有的防尘条密封处理，防止沙砾、泥土、碎石进入低速动态轴重仪基础或卡着边缝，延长维护时间，更换方便；l 我公司设备随机提供的起吊附件和液压千斤顶，不需要大型机械便可维修和清淤，维护方便。4.2 称重传感器称重传感器用于动态称重过程测力及数字信号的转换，是系统中的关键部件，本系统使用剪切梁式称重传感器。为本产品提供传感器的制造

9、商是电测仪器股份有限公司，是我公司的战略合作伙伴。有着十年的合作经历。作为骨干企业，现已发展成为全球最大的称重传感器制造基地之一。本称重系统采用电测传感器，品质卓越，适用于重载车辆的频繁碾压。采用全焊接密封技术，可在高温、湿热、腐蚀等极恶劣的环境中稳定工作。 其重要指标如下：l 精度标准： C4l 额定容量：20tl 工作环境温度：-40+80 l 安全过载：150 % FSl 极限过载：300 % F.C.l 称重传感器防护等级：优于IP68，可连续浸水300小时以上；l 当称重传感器发生故障时，可以通过硬件和软件发出故障消息。4.3 光栅分车器光栅分车器能对车辆进行可靠的分离，消除跟车现象

10、，保证称重检测数据与车辆的一一对应。 l 光栅分车器：型号：D-10Wl 光栅分车器：型号：D-10Wl 采用高能量、高穿透率光电管；l 红外光栅分车器的玻璃采用自动电加热玻璃，具有温湿度控制，可有效的防凝露、结霜；l 其在良好天气时，分离判断正确率达到99.9%以上；l 红外光栅采用过量增益发射，在恶劣天气时（含强光直射），分离判断正确率达到99%以上；l 光栅最低的光轴距地面高度： 0.41米；光栅最高的光轴距地面高度：1.64米；l 最小分辨物的尺寸：30 毫米；l 两车可分离最小间距：100 毫米；l 红外光栅发射端与接收端最大距离：14米；l 箱体为不锈钢板制作，外壳设计为开门式，便

11、于清洁；l 工作环境：温度：-40 +80 相对湿度：95%l 整体MTBF30000h；l 光栅分车器采用背靠背方式安装，远离车道边缘，并在外壳上贴有醒目的防撞反光膜以防止车辆将其损坏；l 具有自诊断功能，当玻璃窗上有污泥、过多灰尘或光电管故障时，可自动探测故障，并忽略或屏蔽有问题的光束，仍能正常工作，同时输出报警信号，一旦故障排除，能自动回复正常工作状态；l 发生故障时，可以通过硬件和软件发出故障消息。4.4 数据采集器 数据采集器是整个系统的控制部分，负责处理称重传感器、光栅分车器送来的信息，经专门的程序分析和处理计算出其轴重、轴组重和速度，并依次累加出车辆总重。同时根据上级计算机的要求

12、传送车辆载荷信息，并控制相应的报警装置报警。l 品牌：-，型号：-Wl 室内型仪表采用高度集成式设计，美观、防尘性能良好，体积紧凑；l 可放置于收费亭内方便的在收费亭内进行检定、调校工作；l 可提供动态连接库或直接通讯的方式与收费计算机通讯，能提供RS232通讯接口；l 通信速率：9600 Kbps /115.2Kbps；l 电子部分和所有接口都设置防雷接地及光电隔离保护，保证野外施工与运行的安全；l 具有调试、检测用数字液晶显示屏，支持中文显示，可直观显示车辆的各轴轴型、轴重和车速等；l 具有调试用外接键盘接口，能够外接键盘，方便地对称重检测设备、光栅分车器进行校准调试； l 具备自动缓存功

13、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，该数据将一直保存在系统缓存中，直到复位或被授权操作员删除，从而保证称重数据的完整性；l 在系统异常时（如自检异常、通讯失败或者程序迷失等）内置系统自动复位（有看门狗电路设计），复位时间5s； l 工作环境：温度：-40 +80 相对湿度：95%l 电源：AC220V（+10%，-15%）,50Hz±2%；l 整体MTBF30000h；l 具有手动强制分离车辆功能，当光栅分车器发生故障时，可使用手动分离车辆功能；l 具有自诊断功能：当与车道收费计算机发生通讯故障时，可以通过

14、硬件和软件发出故障消息；l 处理计算机采用先进的高性能单片机处理技术，并使用最新版本的固化软件，无磁盘操作系统，无机械部件，适用于室外环境、无人值守、不间断运行。l 具有开机自检、空闲时定时自检、零点校正和自动温度补偿等能力。l 支持两种检测称量模式，即动态称量和静态称量，并可自动转换；能对车辆进行准确、有效的自动分离，并能处理车辆跟车干扰、倒车、不完全倒车、走S型、点刹车等复杂多变的行驶状态，保证车辆和数据一一对应；l 即使由于拥堵，车轴停在称重检测设备上，系统也能准确称量并进行车型判别。l 输出检测信息：整车重、车轴数量、车型、日期和时间、数据记录序号等。4.5 检测线圈设置在车道内的车辆

15、检测器为感应线圈车辆检测器，可在红外光栅分车器发生故障时，线圈用于辅助实现车辆分离和收尾功能。车辆检测器通过电磁感应来进行检测车辆的分离，当车辆通过时，车辆触发环形线圈使线圈产生电磁感应，经过线缆传到数据采集器的线圈卡。车辆检测器具有成本低，安装简单方便，施工量小等特点。l 品牌：-型号：-W l 尺寸：2米×1米适用于普通车道和超宽车道l 工作环境：温度：-40 +80 相对湿度：95%l 线圈电感量: 70mH1000mHl 频率范围: 50200 KHzl 速度检测范围: 150k米/hl 线圈在车距不小于2米时，正确分车的精度>99%5. 针对本项目的技术解决方案5.1

16、 适应复杂气候的方案（防止车辆刹车淋水、鼠害等）雨水对外部设备容易造成锈蚀，凝霜、结露，容易使车辆分离器受到影响，因此，我公司针对这样的环境特点应对的措施如下：l 光栅分车器箱体外壳采用不锈钢板材，外壳表面均作防锈处理，保证不锈蚀、不龟裂、不脱落，能够防灰、防水、防潮、防震密封良好，在车辆刹车淋水时，设备可稳定运行；l 称重平台采用独特结构，其表面采用防腐耐磨树脂漆进行特殊防腐处理；传感器采用焊接密封，密封防护等级优于IP68，可连续浸水300小时以上，在车辆刹车淋水时，设备可稳定运行；l 光栅分车器的玻璃面设计为开门式，便于擦拭和打扫，同时配备了带温湿度控制开关的自动电加热钢化玻璃，可有效解

17、决由于低温及昼夜温差所造成的玻璃结露雾、凝霜而引起的光栅分车器的误动作甚至是失效；l 红外线光幕用于计重收费车道时，光学过量增益值大，在下雨、下大雪、灰尘、浓雾条件下仍具有冗余的穿透能力；l 称重平台基础施工时可借用收费站广场排水通道，也可使用管道将各车道称重平台基坑连结，然后引至路边排水。在无排水通道时，可以设置渗水井，并同时配备抽水机进行排水。保证了刹车淋水比较多时排水的通畅，在车辆刹车淋水时，设备可稳定运行；l 由于计重设备逐个安装在车道内，车道的排列造成设备的排水管线较长，同时为了保证在低温天气下不造成排水管道的阻塞，在计重收费系统工程的基础施工中，在相临车道间设置手孔（650mm&#

18、215;650mm）（兼有集线井和排水井的功能），基坑内设置排水槽，利用排水管将排水槽与手孔连接，多个车道的称重设备通过手孔连接在一起，达到排水功能。并在排水管口设置防鼠网，防止老鼠进入；l 在基坑底部制作横向3%坡度的U型集水沟，并埋设横向排水管，排水管需埋设于冻土层以下，排水管道口径为外径219mm，内径207mm镀锌钢管，内套外径200mm、壁厚4.9mm的PVC管。钢管和PVC管接头处做密闭处理，保证液体不能流入钢管和PVC管间隙。在排水管出口设置可拆卸3.5mm冷拔钢丝防鼠网（钢丝间距为10mm）；l 在排水管口设置防鼠网，防止老鼠进入，保护线缆；对于线缆裸露部分，均套有蛇皮管，防止

19、线缆遭受破坏；5.2 防腐、防尘、防锈、防止冬季打滑等解决措施l 我公司称重平台采用独特的结构，其表面采用防腐耐磨树脂漆进行特殊防腐处理；传感器采用合金钢材料，表面镀镍，全密封焊接，防油、防水、防一般腐蚀性气体及介质，可适用于多种环境。密封防护等级优于IP68，可连续浸水300小时以上，保证我公司整体称重平台具有良好的防腐性能。l 采用独特的称重平台设计结构和特有的防尘条密封处理，防止沙砾、泥土、碎石进入称重平台基础或卡着边缝，延长维护时间，在很大的程度上延长了清理的周期；保证我公司称重平台具有良好的防尘性能。l 称重平台表面采取防滑措施，防止车辆打滑或因称重平台表面结冰失去控制，防滑设施失效

20、时可在维护中方便的更换。l 秤台所有材料均采用采用大型钢厂优质板材，整体抛丸预处理，CO2气体保护焊，具有良好的防锈性能，此外我公司集成具有排水管排水，可确保基坑内不会长期存水，对秤体的防锈起到了良好的作用。5.3 秤台集成车辆轴数识别功能，识别率达99.9%以上传统的计重设备，均采用轮轴识别器一类的设备来实现对轴数的判断，虽然具有较高的识别率，但是既增加了设备的投入成本，也增加了系统的故障点。针对这一现状，我公司研发人员基于现场数据进行了深入研究，通过设计的算法的改变，从而实现了秤台集成车辆轴重的计算，实现了采用称重平台在称重同时完成车辆轴数的识别功能，即秤台集成车辆轴数识别功能，此外通过高

21、效算法的保证，对计重车辆轴数的判断准确率已达到99.9%以上。5.4 设备防雷、防静电干扰的解决方案l 我公司计重收费系统所有设备都将做等电位连接，并且与收费广场的接地系统相连，设备接地电阻小于1，满足防雷、防干扰的要求；l 计重系统的防雷除使用收费系统的防雷接地外，电源和信号都加了防雷器，与上位机通讯接口及外设接口均采用光电隔离设备，有防浪涌电流能力；l 称重平台具有数字接线盒，将传感器信号在本地进行模拟与数字转化，使称重平台到称重仪表之间传输信号为数字信号，减小电磁干扰；l 设备信号线缆和电源线缆分管走线，穿线管做等电位处理，电缆电线穿在钢管中，起到屏蔽作用，防止信号受到干扰。信号线具有金

22、属网或铝箔，起到屏蔽作用；l 各类传输线之间尽量减小回圈，并且利用两端已接地的金属管/槽作为各类传输线的屏蔽，把传输线感应到瞬间过电压的机会减至最小。5.5 联体秤特点5.5.1 搭接式联体化设计联体秤台为两台面搭接式结构。搭接处采用35mm厚钢板弧面咬合方式。我公司在设计初期对联体秤台受力和车辆各种的行驶过程情况进行了大量实验与分析，搭接式设计使两台面达到面相互响应的效果，杜绝了由于路面不平、车辆刹车等情况对秤台造成冲击时相互挤压的情况发生，有效的保证了逻辑和精度的稳定性。在联体秤及连接处的焊接处理上，采用了特殊的塞焊工艺，增加了秤体受力强度，提高了秤台的使用寿命。5.5.2 高强度限位拉杆

23、联体秤采用了24cm大尺寸高强度的限位拉杆。我公司对联体秤进行了抗疲劳和抗冲击测试，为期8个月的测试结果证实，直径小于20cm的限位拉杆在重车冲击23个月后，会出现变形甚至断裂的现象，因此从设备的稳定性和安全性的方面考虑联体秤采用24cm的大尺寸限位拉杆。5.5.3 先进的称重算法公司针对联体秤台，确定了以小波变化和三角函数二次拟合的重量计算方法。大量实验数据证实该方法有效的减小了由于车辆振动和路面不平所产生的误差。具体波形如图1所示。图1 12车波形图根据联体秤台结构和连轴车结构特点，结合能量算法，开发出了连轴轴组重量计算方法。该方法在称量过程中无能量损失，并且加入了振动能量补偿，其轴组重精

24、度优于单轴重量相加和得出的轴组总重的方法。图2 15车连轴波形5.5.4 人性化的数据采集器公司称重控制器是采用模块化设计思想，将计重的称重控制器划分为称重数字处理模块、计量性能控制模块、称重控制模块和信息显示模块，每一模块均为独立板卡设计，各板卡之间通过插槽或信号线缆连接进行数据交互，当计重设备在计量检定以后，只需对计量控制模块进行铅封，并不影响其它模块的操作和维护。仪表的布局图如下：1）通过外接专用键盘可对仪表进行操作，查看各种故障信息代码，能迅速定位故障部位，方便维护；仪表显示界面如下： E 01：传感器故障 E 02：光栅故 E 04：线圈故障 E 08：轮轴故障E 03：传感器、光栅

25、同时故障 E 05：传感器、线圈同时故障E 06：光栅、线圈同时故障 E 09：称重、轮轴同时故障E 07：称重、光栅、线圈同时故障 E 0A：光栅、轮轴同时故障等共16种故障代码，供查询，由于整个计重系统均为模块化设计，为可拆卸板卡或零部件，维护人员只需根据相应错误代码，更换相应板卡或零部件即可，维护十分方便。当仪表显示E08时，故障提示为轮轴故障，由于轮轴由多个传感器组成，维护时，操作“F5”键，可进入单个轮轴传感器故障诊断界面，如下所示：（2）中心控制模块和信息显示模块安装在可抽出的采集器内，只需抽出采集器，打开采集器上盖，即可维护。5.5.5 更高的精度相对于单秤台来讲，联体秤增加了数

26、据采集通道（1600mm），传感器（6只）采集信号更丰富，经过数据采集器运算后，称重结果误差更小、准确度更高；l 静态精度： 级l 整车总重量动态准确度等级：2级，误差±2%l 单轴载荷和轴组载荷的准确度等级：D级l 在-项目的计量检定中，我公司的联体称表现出了极好的精度与稳定性。如下图，是其中一个站的检定数据表：车道车速km/h轴1（kg）轴2（kg）轴3（kg）轴4（kg）总重（kg）误差734420112201390014480440200.0564460112801390014420440600.14104560112601390014420441400.3234400112

27、801386014520440600.1464400112601400014880440800.18104380114201392014340440600.1434400112801384014540440600.147424011320137801446043800-0.45634460113801398014240440400.0974500114201396014260441400.3294360115601392014180440200.054446011360139401418043940-0.1464460114801400014100440400.0910440011540139

28、8014100440200.0553444011040141001428043860-0.326432011120141201422043780-0.509440011180141601414043880-0.273450011060141001424043900-0.2374460111601418014220440200.0510432011100141201422043760-0.554448011080141401418043880-0.277440011120142001426043980-0.05104460111801420014280441200.274347001176013

29、3401410043900-0.236462011700134201406043860-0.324466011700133601406043780-0.507460011700134401398043780-0.505466011620133401408043700-0.6884660118801346014140441400.32334660114801354014340440200.0574600114801360014360440400.0934740114601352014300440200.0564720114801366014260441200.274466011460135401432043980-0.0523464011040136001396043840-0.367462011120135801400043920-0.189456011740135601392043780-0.5034700117001362013980440000.006460011680135601390043740-0.5910446011780136201396043820-0.41134640114201342014580440600.1474540114401350014420