Взвешивание железнодорожного транспорта в движении используется практически на всех предприятиях, отгружающих свою или получающих требующуюся для производственного цикла продукцию. Осуществление взвешивания вагонов железнодорожных составов в движении – задача вагонных весов, которая по-разному решается фирмами- изготовителями. Речь в данной статье пойдет об электронных или электронно- механических весах, которые подразумевают в своем составе, кроме взвешивающих устройств, наличие либо интеллектуального весового контроллера либо весового процессора на базе персонального компьютера, на котором работает программное обеспечение, выполняющее окончательную обработку сигналов, поступающих от датчиков весов, для вычисления массы вагонов.
Основное отличие динамического способа взвешивания от статического состоит в том, что при динамическом взвешивании вагон в процессе совершает движение по весам, а при статическом вагон находится весах неподвижно. Однако, есть еще одно отличие взвешивания в движении от взвешивания в статике, которое, как правило, остается в тени при проектировании железнодорожных весов. Речь идет об идентификации подвижного состава, то есть об определении числа и положения осей вагона и обнаружении локомотива (локомотивов) в составе.
Без идентификации подвижного состава невозможно получить полностью автоматический цикл динамического взвешивания, который предполагает «привязку» взвешенных осей к определенному вагону для правильного расчета его массы, определение направления движения, скорости и ускорения вагона или локомотива для проверки соблюдения скоростного режима взвешивания, отслеживания возникновения длительных остановок на весах, обнаружения смены направления движения.
Обычно процедура динамического взвешивания на электронных и электронно- механических весах построена таким образом, что перед началом взвешивания задействуется специальный программный диалог для выбора направления движения железнодорожных вагонов, положения и типа локомотива, числа осей вагонов и т.д. Все указанные параметры должен задать оператор весов, поэтому вероятны ошибки, приводящие не только к явным сбоям при взвешивании, но и к недиагностируемым в ходе взвешивания дефектам расчета массы вагонов, когда, несмотря на отсутствие сообщений от ошибках, массы не являются правильными вследствие, например, неверной привязки осей к вагонам, неправильного обнаружения и вычленения локомотивов и т.д.
Если же программа ж/д весов обладает (пусть и после задания начальных условий) способностью идентификации подвижного состава, алгоритмы идентификации используют временные характеристики движения вагона, которые, как известно, зависят от скорости и ускорения, а значит, не являются надежными и, могут требовать задания оператором предполагаемого скоростного диапазона движения вагонов для адаптации начальных параметров алгоритма.
Таким образом, существует объективная необходимость в алгоритме, свободном от указанных выше недостатков. Основные требования к указанному алгоритму формулируются следующим образом:
- Идентификация вагонов и локомотивов только по сигналам с датчиков весов которые являются наиболее надежным источником информации.
- Определение числа осей вагонов и локомотивов.
- Определение направления движения, а также скорости и ускорения вагонов и локомотивов.
- Инвариантность к скорости и адаптация к условиям движения поезда.
Предлагаемый алгоритм идентификации железнодорожных транспортных средств удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям и основывается на следующих предпосылках:
- Межосевые расстояния у вагонов и локомотивов неизменны в процессе движения поезда через весы.
- Геометрия весов (расстояния между датчиками силы и датчиками прохода осей) известна заранее и постоянна в течение всего срока эксплуатации весов.
Алгоритмом поддерживаются два варианта весов: 1 - имеющие в своем составе только датчики силы, 2 - снабженные, кроме первых, ещё и датчиками прохода осей для обнаружения движения осей через них. Сложность алгоритма идентификации вытекает из разнородности сигналов, генерируемых датчиками силы и датчиками прохода осей, входящими в состав весов различных типов. Схематично вид сигналов с датчиков силы весов и с датчиков прохода осей показан на рис. 1.
Рис. 1. Идеализированная форма сигналов с датчиков силы (а – весы рельсового типа, б – весы платформенного и мостового типа) и с датчиков прохода осей (в)
В общем виде работа алгоритма идентификации железнодорожного подвижного
состава иллюстрируется рис. 2 и заключается в следующем.
- Весы формируют множество сигналов S, состоящее из подмножества Sm сигналов с датчиков силы и подмножества Sa сигналов с датчиков прохода осей (возможно отсутствие подмножества Sa, если весы не оснащены датчиками прохода осей).
- Из множества сигналов S выбирается подмножество информационных сигналов S*, содержащее только сигналы, необходимые для распознавания подвижного состава.
- Подмножество сигналов S* подвергается анализу на предмет наличия очередной оси вагона или локомотива.
- Далее производится контроль накопленных осей и в случае соответствия числа и порядка следования накопленных осей имеющемуся в базе данных роду подвижного состава фиксируется факт распознавания вагона или локомотива и выполняется запоминание идентифицированного вагона или локомотива.
- В случае обнаружения вагона производится расчет его массы на основе накопленных ранее данных.
Рис. 2. Схема алгоритма идентификации железнодорожного подвижного состава
База данных родов подвижного состава представляет собой матрицы чисел, порядков следования осей, рода подвижного состава, а также ряда других данных. Накопленный объем базы данных подвижного состава позволяет автоматически идентифицировать любые локомотивы и вагоны, обращающиеся по железным дорогам России и республик бывшего СССР, а также многие специальные, в частности, используемые на металлургических производствах, типы подвижного состава.
Алгоритм идентификации не чувствителен к смешанному составу поезда (как по роду вагонов, так и по числу осей в различных сочетаниях), способен выделять локомотивы различных моделей, находящиеся в любом месте состава и в любом количестве.
Кроме собственно процедуры идентификации, рассматриваемый алгоритм распознавания выполняет дополнительно следующие логические и вычислительные операции:
- отслеживание момента въезда локомотива или вагона на весы;
- контроль положения оси локомотива или вагона в пределах весов;
- контроль неизменности направления следования поезда через весы;
- контроль непрерывности (безостановочности) движения поезда через весы;
- отслеживание момента окончания поезда;
- вычисление скорости движения каждой оси вагона (локомотива), определение средней скорости тележки вагона (локомотива), определение средней скорости вагона (локомотива);
- расчет ускорения вагона (локомотива).
Описанный в данной статье алгоритм идентификации подвижного состава лежит в основе программного модуля автоматического распознавания вагонов и локомотивов, который на протяжении десяти лет успешно применяется как одна из составных частей программного обеспечения различных вагонных весов производства ООО «АВИТЕК- ПЛЮС»
Ямпольский Дмитрий Анатольевичканд. техн. наук, директор по научной работе, dyamp@yandex.ru