計(jì)量信號(hào)在軌道衡計(jì)量中應(yīng)用的研究

潘建雙，付建新

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

軌道衡是一種稱量鐵路貨車載重的衡器，被廣泛應(yīng)用于工廠、礦山、冶金等領(lǐng)域。軌道衡的一種應(yīng)用是計(jì)量鐵水，在將鐵水裝載于車輛后，利用軌道衡稱重車輛的載重，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵水的計(jì)量。現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于軌道衡的計(jì)量狀態(tài)往往采用人工的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此存在準(zhǔn)確性差、不及時(shí)的問題。隨著信息化技術(shù)的發(fā)展及智能化水平的不斷提升，設(shè)備結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，各部分的關(guān)聯(lián)也越來越密切，柔性程度提高也很快，但對(duì)設(shè)備各種類型信號(hào)的分析、整理和分類應(yīng)用也隨之增加。因此對(duì)設(shè)備各種類型信號(hào)進(jìn)行分類、整理和應(yīng)用的方法也需要多元化，將信號(hào)按用戶的需求進(jìn)行分級(jí)應(yīng)用，以充分滿足用戶的個(gè)性化需求。本文運(yùn)用信息技術(shù)至少采集一個(gè)軌道衡在計(jì)量鐵水過程中的計(jì)量信號(hào)，建立包含至少一條神經(jīng)鏈的軌道衡神經(jīng)中樞，對(duì)計(jì)量鐵水過程中的每個(gè)計(jì)量信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和判定，并在軌道衡計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)用與顯示。

1 項(xiàng)目方案

選用一臺(tái)軌道衡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)軌道衡計(jì)量鐵水過程中的多種信號(hào)進(jìn)行研究，通過對(duì)計(jì)量鐵水過程中選取的多種信號(hào)進(jìn)行分析、整理建立軌道衡計(jì)量狀態(tài)自動(dòng)判定的神經(jīng)中樞。首先，采集至少一個(gè)計(jì)量信號(hào)，分別確定每個(gè)計(jì)量信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作，以及確定述判定結(jié)果對(duì)應(yīng)的輸出操作。其次，將所采集的計(jì)量信號(hào)作為運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、將判定操作作為感覺神經(jīng)元、將輸出操作作為輸出單元，建立神經(jīng)鏈，形成軌道衡神經(jīng)中樞。最后，對(duì)選取的輸入信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和判定，并在軌道衡計(jì)量系統(tǒng)中應(yīng)用與顯示。

2 收集實(shí)驗(yàn)信號(hào)

選用一臺(tái)軌道衡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過分析軌道衡計(jì)量鐵水的全過程，對(duì)計(jì)量過程中的多種信號(hào)進(jìn)行研究，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、整理和歸納。將不同的信號(hào)與軌道衡在計(jì)量過程中的不同計(jì)量狀態(tài)進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，并剔除無法與計(jì)量狀態(tài)對(duì)應(yīng)的信號(hào)。

（1）軌道衡計(jì)量鐵水過程分析。過衡車輛從開始計(jì)量到計(jì)量結(jié)束，要經(jīng)過光柵、接近開關(guān)、衡器等部件，從而在計(jì)量鐵水全過程中會(huì)產(chǎn)生多種信號(hào)，如計(jì)量準(zhǔn)備、結(jié)束信號(hào)、計(jì)量開始信號(hào)、計(jì)量過程信號(hào)、數(shù)據(jù)交互信號(hào)等。

（2）分析、歸納選取的信號(hào)：①計(jì)量準(zhǔn)備開始信號(hào)為軌道衡衡器前光柵信號(hào)；②計(jì)量開始信號(hào)為接近開關(guān)信號(hào)；③計(jì)量過程信號(hào)包括計(jì)算機(jī)信號(hào)、稱重軟件信號(hào)、儀表通信信號(hào)和車號(hào)識(shí)別信號(hào)等；④數(shù)據(jù)交互信號(hào)包括網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)和服務(wù)器通信信號(hào)；⑤計(jì)量結(jié)束信號(hào)為軌道衡衡器后光柵信號(hào)。

3 建立軌道衡計(jì)量狀態(tài)自動(dòng)判定神經(jīng)中樞

建立包含至少一條神經(jīng)鏈的軌道衡神經(jīng)中樞。其中，一條完整神經(jīng)鏈包括運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、感覺神經(jīng)元和輸出單元（圖1）。運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元對(duì)應(yīng)于軌道衡的計(jì)量信號(hào)，感覺神經(jīng)元對(duì)應(yīng)于與所述計(jì)量信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作，輸出單元對(duì)應(yīng)于用于對(duì)所述判定操作的判定結(jié)果進(jìn)行的輸出操作。

圖1 神經(jīng)鏈結(jié)構(gòu)示意

3.1 建立判定軌道衡計(jì)量狀態(tài)的神經(jīng)鏈

根據(jù)運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元、感覺神經(jīng)元和輸出單元對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立判定軌道衡計(jì)量過程中各個(gè)計(jì)量狀態(tài)的神經(jīng)鏈。

（1）將軌道衡衡器前光柵信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作為。判定是否準(zhǔn)備開始計(jì)量，當(dāng)判定結(jié)果為準(zhǔn)確開始計(jì)量時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出操作為，發(fā)出聲音以提示準(zhǔn)備開始計(jì)量。

（2）將軌道衡衡器后光柵信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作為。判定是否結(jié)束計(jì)量，當(dāng)判定結(jié)果為結(jié)束計(jì)量時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出操作為，發(fā)出聲音以提示結(jié)束計(jì)量。

（3）將接近開關(guān)信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作為。判定軌道衡當(dāng)前承載對(duì)象是車頭還是車架，當(dāng)判定結(jié)果為車頭時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征軌道衡當(dāng)前承載對(duì)象為車頭的狀態(tài)信息。當(dāng)判定結(jié)果為車架時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征軌道衡當(dāng)前承載對(duì)象為車架的狀態(tài)信息。

（4）將計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作為。判定軌道衡連接的計(jì)算機(jī)是否運(yùn)行正常，當(dāng)判定結(jié)果為運(yùn)行正常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征計(jì)算機(jī)運(yùn)行正常的狀態(tài)信息；當(dāng)判定結(jié)果為運(yùn)行異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征計(jì)算機(jī)運(yùn)行異常的狀態(tài)信息。

（5）將稱重軟件信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作為。判定稱重軟件是否運(yùn)行正常，當(dāng)判定結(jié)果為運(yùn)行正常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征稱重軟件運(yùn)行正常的狀態(tài)信息，當(dāng)判定結(jié)果為運(yùn)行異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征稱重軟件運(yùn)行異常的狀態(tài)信息。

（6）將儀表通信信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作為。判定軌道衡中的儀表與所述計(jì)算機(jī)之間的通信是否正常；當(dāng)判定結(jié)果為通信正常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征通信正常的狀態(tài)信息。當(dāng)判定結(jié)果為通信異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征通信異常的狀態(tài)信息。

（7）將網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作為。判定計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)是否正常；當(dāng)判定結(jié)果為聯(lián)網(wǎng)正常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征聯(lián)網(wǎng)正常的狀態(tài)信息。當(dāng)判定結(jié)果為聯(lián)網(wǎng)異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征聯(lián)網(wǎng)異常的狀態(tài)信息。

（8）將服務(wù)器通信信號(hào)對(duì)應(yīng)的判定操作為。判定計(jì)算機(jī)與服務(wù)器之間的通信是否正常，當(dāng)判定結(jié)果為通信正常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征通信正常的狀態(tài)信息。當(dāng)判定結(jié)果為通信異常時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出操作為：輸出用于表征通信異常的狀態(tài)信息。

3.2 建立判定軌道衡計(jì)量狀態(tài)的神經(jīng)中樞

運(yùn)用信息化技術(shù)建立包含至少一條神經(jīng)鏈的軌道衡神經(jīng)中樞，快速、準(zhǔn)確地識(shí)別軌道衡計(jì)量過程中不同的計(jì)量信號(hào)，從而來判定軌道衡的計(jì)量狀態(tài)。構(gòu)建軌道衡神經(jīng)中樞的模塊包括獲取模塊、查找模塊、判定模塊和輸出模塊。

（1）獲取模塊。在軌道衡執(zhí)行計(jì)量的過程中用來獲取待識(shí)別計(jì)量信號(hào)。

（2）查找模塊。基于軌道衡神經(jīng)中樞，用于查找與所述待識(shí)別計(jì)量信號(hào)對(duì)應(yīng)的神經(jīng)鏈，并將查找到的神經(jīng)鏈作為目標(biāo)神經(jīng)鏈。

（3）判定模塊。用來執(zhí)行目標(biāo)神經(jīng)鏈的感覺神經(jīng)元中的判定操作，獲得用于表征計(jì)量狀態(tài)的目標(biāo)判定結(jié)果。

（4）輸出模塊。基于目標(biāo)判定結(jié)果，用來執(zhí)行目標(biāo)神經(jīng)鏈的輸出單元中與目標(biāo)判定結(jié)果對(duì)應(yīng)的輸出操作。

3.3 設(shè)計(jì)判定軌道衡計(jì)量狀態(tài)的流程

首先，建立包含至少一條神經(jīng)鏈的軌道衡神經(jīng)中樞。其次，在軌道衡執(zhí)行計(jì)量的過程中獲取待識(shí)別計(jì)量信號(hào)。再次，基于軌道衡神經(jīng)中樞，查找與待識(shí)別計(jì)量信號(hào)對(duì)應(yīng)的神經(jīng)鏈，并將查找到的神經(jīng)鏈作為目標(biāo)神經(jīng)鏈。然后，執(zhí)行目標(biāo)神經(jīng)鏈的感覺神經(jīng)元中的判定操作，獲得用于表征計(jì)量狀態(tài)的目標(biāo)判定結(jié)果。最后，基于目標(biāo)判定結(jié)果，執(zhí)行目標(biāo)神經(jīng)鏈的輸出單元中與目標(biāo)判定結(jié)果對(duì)應(yīng)的輸出操作。

4 運(yùn)用軌道衡神經(jīng)中樞對(duì)輸入的不同信號(hào)進(jìn)行識(shí)別

選用一臺(tái)軌道衡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過建立的判定軌道衡計(jì)量狀態(tài)神經(jīng)中樞，對(duì)計(jì)量過程中的多種信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和判定，并在軌道衡計(jì)量系統(tǒng)中應(yīng)用與顯示。儀表通信、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)以模塊形式實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)，綠燈則認(rèn)為運(yùn)行正常，紅燈則認(rèn)為運(yùn)行不正常，計(jì)量準(zhǔn)備、開始和結(jié)束提醒則以聲音和文字形式提醒計(jì)量人員（圖2）。

5 應(yīng)用效果

對(duì)軌道衡計(jì)量鐵水過程中的多種信號(hào)進(jìn)行研究，分析計(jì)量過程中選取的多種信號(hào)，整理建立自動(dòng)判定軌道衡計(jì)量狀態(tài)神經(jīng)中樞。結(jié)果表明，通過建立的自動(dòng)判定軌道衡計(jì)量狀態(tài)神經(jīng)中樞，對(duì)計(jì)量鐵水過程中的多種信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和判定，并在軌道衡計(jì)量系統(tǒng)中應(yīng)用與顯示，實(shí)現(xiàn)了計(jì)量準(zhǔn)備、開始和結(jié)束提醒、自動(dòng)判定是車頭或車架計(jì)量、自動(dòng)判定儀表通信是否正常、自動(dòng)判定網(wǎng)絡(luò)通信是否正常等功能。該軌道衡神經(jīng)中樞判定的準(zhǔn)確率可達(dá)到100%，因此認(rèn)為，計(jì)量信號(hào)在道衡計(jì)量中的應(yīng)用可為智能制造及其他智能行業(yè)提供可靠的技術(shù)支持。

圖2 識(shí)別結(jié)果狀態(tài)信息