摘 要：本文简单介绍了动态轨道衡的硬件组成及工作原理，重点介绍基于 Windows 动态轨道衡称重软件的需求分析和设计，也对称重软件的关键技术进行较为详细的介绍。
动态轨道衡是一种对运行中的铁路货运标准四轴车辆进行自动称量的装置，即在铁路货车正常行驶的条件下，实现对货车的逐节自动称重和整列车自动累计称重。它采用微型计算机技术，不仅具有自动称量、自动判断机车、数据存储、打印报表等功能，并且结合车号自动识别系统，其还具有集成车号、车型、自重、载重信息，实现超载检测的功能。它的这些智能化功能都是由称重软件来实现的，动态轨道衡的两大重要指标—称量精确度和运行稳定性也都与称重软件的设计密切相关。因此，一台功能先进、精度可靠、运行稳定的动态轨道衡，其称重软件的设计和开发至关重要。
我国轨道衡计量由最早的静态机械轨道衡发展为无基坑无框架微机动态轨道衡，技术水平得到了提高。为适应各种线路状态计量货物的需求，动态轨道衡的结构形式，按线路条件可分为直线轨道衡、曲线轨道衡和坡度轨道衡;按钢轨连续性可分为断轨轨道衡和不断轨轨道衡;按计量性质可分为单台面轨道衡、双台面轨道衡和三台面轨道衡。不同类型的动态轨道衡称重方式也不同，目前的称重方式可分为轴计量、转向架计量和整车计量。本文仅以断轨单台面动态轨道衡为例介绍称重软件的设计。
1 动态轨道衡硬件组成
以断轨单台面动态轨道衡为例，其硬件组成如图 1。
承重结构是承受列车及其载荷的装置，应具有足够的强度和刚度，能长期承受频繁的冲击，应具有良好的稳定性和自动复位能力，能克服列车通过时产生的水平位移。其作用：(1)保证其承受的垂向荷载全部传递给压力传感器承受，不会丢失或增加额外的不确定荷载;(2)承重结构在列车作用下变形和位移必须在保证行车安全限度之内。
每只传感器输出的模拟信号输入到数据采集仪，经数据采集仪进行放大、滤波，输入到计算机内的数据采集卡模/数转换，然后由称重软件完成后续的判车、计算、数据信息集成、数据处理，最终由打印机输出报表。
2 称重软件需求分析与设计
2.1 需求分析
动态轨道衡称重软件的功能如图 2。
静态检定：根据《JJG 234-90动态轨道衡检定规程》的要求，动态轨道衡首次检定和大修后的检定均要进行静态检定。
动态称重：动态称重是动态轨道衡称重软件的核心功能。当货车匀速正常通过轨道衡承重结构时，要求称重软件自动计量每节车的重量，且即时显示每节车的重量。如果配有车号自动识别系统，则自动匹配车号标签信息，然后在指定路径下生成整列车的信息文件，同时，在数据备份路径下生成文件备份，且可以在备份路径下生成整列车的波形文件，最后打印数据报表。
实时波形：实时波形可观察实时采集的每只传感器信号波形以及合成信号波形，以便检查动态轨道衡设备的运行状态;界面上显示每只传感器的零点，可直观地确定每只传感器的工作状态。
波形回放：波形回放用来回放在动态称重和实时波形功能下存储的波形文件，包括每只传感器的信号波形和合成信号波形。波形文件记录了动态轨道衡的实时工作状态，根据波形回放情况可以查找衡器存在问题，便于设备维修。
2.2 软件设计
2.2.1 运行环境
计算机硬件配置：CPU-P4 2.4 G，内存256 M，硬盘 80 G。
支持软件：系统软件(Windows 2000)、编译程序(Visual C++ 6.0)、测试支持软件(车号自动识别软件、数据管理软件)等。
2.2.2 系统结构
根据对动态轨道衡称重软件的功能需求分析，将其系统结构如图 3。
2.2.3 界面设计
该称重软件利用Visual C++ 6.0开发平台和Windows操作环境，集状态条、功能按钮、数据显示、图形绘制于一体。完成静态检定、动态称重、实时波形、波形回放、参数设置和报表打印等功能。
2.2.4 接口设计
2.2.4.1 内部接口
软件系统内部模块之间的接口包括“静态检定模块”和“报表打印模块”之间以及“动态测量模块”和“报表打印模块”之间的接口，这两个接口输入均为打印类型和待打印数据，输出均为报表。
2.2.4.2 外部接口
称重软件与其他软件系统之间的接口。包括称重软件与车号自动识别系统之间的车号报文接口，称重软件与后续数据管理软件之间的过衡数据接口，以及根据其他联网需求称重软件提供的联网数据接口。
车号报文：车号自动识别系统按照约定的接口协议提供车号报文信息，内容包括车序、车号、自重、允许载重等信息，称重软件读取车号报文信息后集成过衡数据信息。
过衡数据：称重软件按照约定的接口协议在约定的路径下生成过衡数据，后续的数据管理软件在约定的路径下检测到过衡数据文件后，将过衡数据导入数据库，供后期处理、浏览使用。
联网数据：由于不同的动态轨道衡用户有不同的联网需求，则需要称重软件能够根据需要提供各种协议的联网数据接口。
3 称重软件关键技术
3.1 数据采集
原断轨单台动态轨道衡采用 4 只压力传感器并联，合成输出一路模拟信号放大、滤波和A/D变换的接线方式。这种方式电路简洁、施工方便，但是不易判断来车方向和每只压力传感器的工作状态。本文介绍的断轨单台动态轨道衡采用多路采集接线方式，对每只传感器输出电压信号单独放大、滤波和A/D变换。采用仪表级集成运算放大器进行前级小信号放大及低通有源滤波，放大后的4路传感器电压信号输入数据采集卡。数据采集卡(AD 卡)采用 PCI接口，具有 16 路单端输入、16 bit模 数 转 换 精 度 ，且转换速度≥100kHz。安装 AD 卡驱动程序后，设置二级缓存为 64K，添加 AD 卡的Activex控件到动态称重界面，设置时钟频率和通道数，设置工作模式为缓存半满中断方式，当缓冲区半满时，发出半满消息，半满消息响应函数取出全部数据，判车分析、计算。
3.2 工作线程
本文介绍的动态轨道衡称重软件在系统初始化时创建一个工作线程，该线程不断循环查询各个标志状态，根据状态标志的不同执行相应的程序段。工作线程流程图如图 4。
3.3 动态称重算法
动态称重软件通过分析读取的波形数据来分析、计算每节车的重量。一般根据车辆中部的空挡距，分别向前和向后查找前后转向架，计算出前后转向架的重量后求和得到整车的重量。算法流程如图 5。
4 结束语
基于 Windows 平台设计开发的动态轨道衡称重软件已应用在多个轨道衡现场。经过实践检验，该软件的计量精度和稳定性均能满足现场使用要求。目前，铁路系统站场用动态轨道衡正在进行全路数据联网。应用基于 Windows 平台称重软件的轨道衡现场联网后，通过铁路内部办公网，可以实现对轨道衡现场设备的远程监控，减少了轨道衡设备的维护成本，缩短了设备的故障排除时间，提高了动态轨道衡的有效使用率。
参考文献
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