CN113945397B - 一种基于级联光栅的模拟装车过程试验台和构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于级联光栅的模拟装车过程试验台和构建方法，所述试验台包括：带状列车模拟器以及安装在带状列车模拟器两侧的级联光栅；带状列车模拟器包括两个安装在支架上的之间距离超过一个真实列车车厢长度的由伺服电机驱动的辊筒；两个辊筒之间设有由辊筒带动能够前后运动的模拟带，模拟带上设有至少两个模拟车厢之间空档的窗口；各个光栅组通过网络与光栅控制器连接；伺服电机和光栅控制器与模拟上位机电连接。本发明通过设置模拟车厢运动的模拟带，在模拟带两侧设置级联光栅对模拟带的运动进行测试，用这种简单的试验台实现的了列车行进的运动和位移的测试。试验台结构简单，成本低廉，能够进行多科目、多参数的多样化实验。

Description

一种基于级联光栅的模拟装车过程试验台和构建方法

技术领域

本发明涉及一种基于级联光栅的模拟装车过程试验台和构建方法，是一种模拟实验系统和系统的构建方法，是一种对散装物料装载列车的过程进行模拟的试验台和试验台的构建方法。

背景技术

在智能装车过程中，需要实现无人卸料过程：即装车系统能够根据火车车厢的位置、状态等实际情况，合理控制定量仓闸门和溜槽的动作，全自动的将物料卸到火车车厢中。卸料过程不撒料，完成装车后车厢中的物料不偏载。

因此，准确的识别车厢的型号，计算车辆的序列，判断车厢的位置以及检测车厢的速度，直接决定了系统设备的动作，装车过程的安全性和装车的效果和效率。尤其装车卸料过程强调很高的安全性，必须避免溜槽与车厢本体发生碰撞，所以对于车厢位置的检测准确性显得尤为重要。装车站自动装车的车皮通常敞车，按照国标，常用敞车型号有C62系列，C64系列，C70系列，C80系列等。各系型号的敞车标载，外形尺寸都不相同。装车过程中除C80系列按一种型号编组外，其余型号以混编的形式出现。对于混编列车必须将车厢长度的判断提高到厘米级，才能实现全自动装车。

使用级联光栅对进入装车站的列车进行位移和速度检测是一个十分精确有效的检测方式，然而使用这种检测需要进行大量的试验，以积累检测数据，如果使用真实的列车进行数据积累，成本将是无法忍受的，因此如何以低成本积累级联光栅的检测，是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种基于级联光栅的模拟装车过程试验台和构建方法。所述的试验台和方法利用简单的模拟带对列车进行模拟，实现了低成本数据的积累。

本发明的目的是这样实现的：一种基于级联光栅的模拟装车过程试验台，包括：带状列车模拟器以及安装在带状列车模拟器两侧的级联光栅；所述带状列车模拟器包括两个安装在支架上的之间距离超过一个真实列车车厢长度的由伺服电机驱动的辊筒；所述的两个辊筒之间设有由辊筒带动能够前后运动的模拟带，所述的模拟带上设有至少两个模拟车厢之间空档的窗口；所述级联光栅包括长度超过一节车厢的头尾相接连续排列的多组光栅组，各个所述的光栅组同侧模块上下交错排列，光栅组群中的所有光轴之间沿排列方向上的距离相等；相邻两组光栅组的发射模块和接收模块两侧交替排列，各个所述的光栅组通过网络与光栅控制器连接；所述伺服电机和光栅控制器与模拟上位机电连接。

进一步的，所述的带状列车模拟器的两个辊筒，两个辊筒分别由各自的伺服电机驱动。

进一步的，所述的模拟带是塑料带。

进一步的，所述的窗口中设有模拟杂物的遮挡条。

进一步的，所述的光栅控制器是PLC。

进一步的，所述的网络是基于Ethernet/IP协议的以太网，所述的各个光栅组通过交换机与PLC连接。

进一步的，所述的网络基于Modbus协议的RS485总线，所述的各个光栅组通过网关与PLC连接。

一种上述试验台的基于级联光栅的模拟装车过程试验台构建方法，所述方法的步骤如下：

步骤1，安装设施：将辊筒安装在支架上，并将模拟带卷在两个辊筒上，将级联光栅的各组光栅安装在模拟带两侧，使光栅的一些光轴能够穿过模拟带上的窗口；

设置光栅：在列车进入装车站的轨道两侧，以光栅长方向头尾相接的方式设置大于至少一节车厢长度的光栅群组，两个光栅组之间的交错排列；

步骤2，连接设备：将驱动辊筒的伺服电机和光栅控制器与模拟上位机连接；连接光栅组群：将光栅组群中的各个光栅通过网线与网络交换设施、光栅控制器连接；

步骤3，光栅组网络组态：采用自有地址进行区分，通过Ethernet/IP或MODBUS光栅网络协议有对多个光栅进行组态，建立光栅群组的网络；

步骤4，数据提取与重构：提取各个光栅组的数据，将各个光栅组的数据进行重新排列，形成一个双整形数据类型的数列，使数据结构内的数据位的顺序与实际的光栅光轴的排列顺序一致；

步骤5，进行RLE编码：将1定义为光轴的遮蔽数据值，0定义为导通的数据值，则数据集合特征赋值为：遮蔽集合值为1，称为遮蔽值，导通集合值为0，称为导通值，光轴的数据集合特征值表达为：RLE编码的第一位定义为判断位，后接多个数据段，各个数据段中的值为数据集合。

步骤6，检测车厢运动试验：设定两个辊筒之间的一个点作为模拟装车溜槽边缘的参考原点，并设定模拟带的一个运动方向为列车前进方向；启动带状列车模拟器，使用级联光栅对模拟带的运动以及模拟带上窗口与参考原点之间的位置关系进行检测试验，包括：车厢前梆的跟踪测试、车厢后梆的跟踪测试、至少一节车厢整体运动的跟踪测试、两节车厢带有杂物的跟踪测试。

进一步的，所述的数据提取和重构步骤包括如下子步骤：

子步骤1：基于Ethernet/IP通讯协议，各个光栅组发送各自光栅组内光轴连续状态的双整形数据，每个光栅组内设置多个双整形数据构成的大组数据；

子步骤2：将各大组数据整合，使相邻大组数据融合连续排序，剔除空白数据，形成光栅组群连续排列的双整形的数据构成的应用数组。

进一步的，所述的数据提取和重构步骤包括如下子步骤：

子步骤1：基于MODBUS通讯协议，各个光栅组发送各自光栅组内光轴连续状态的双整形数据，每个光栅组内设置多个双整形数据构成的大组数据；

子步骤2：对各个大组数据进行数组内数据排列转换；

子步骤3：对各个大组数据进行逆向重排；

子步骤4：将各大组数据整合，使相邻大组数据融合连续排序，剔除空白数据，形成光栅组群连续排列的双整形的数据构成的应用数组。

本发明的优点和有益效果是：本发明至少一节车厢的真实长度设置模拟车厢运动的模拟带，在模拟带两侧设置级联光栅对模拟带的运动进行测试，用这种简单的试验台实现的了列车行进的运动和位移的测试。试验台结构简单，成本低廉，能够进行多科目、多参数的多样化实验。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一所述试验台的结构示意图；

图2是本发明实施例一所述安装在带状列车模拟器两侧的级联光栅排列示意图，是图1中B向视图；

图3是本发明实施例一所述级联光栅在模拟带两侧的光栅模块交替排列的示意图，是图2中C向视图；

图4是本发明实施例四所述模拟带上窗口上的设置模拟杂物的遮挡条的示意图；

图5是本发明实施例六所述光栅组群的网络结构示意图；

图6是本发明实施例七所述光栅组群的网络结构示意图；

图7是本发明实施例八所述试验台构建方法的流程图：

图8是本发明实施例八所述RLE编码格式的示意图；

图9是本发明实施例八所述应用实例中车厢前帮的跟踪测试结果；

图10是本发明实施例九所述基于Ethernet/IP通讯协议的数据重构示意图；

图11是本发明实施例十所述进行SWBP转换示意图；

图12是本发明实施例十所述基于MODBUS通讯协议的数据重构示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种基于级联光栅的模拟装车过程试验台，如图1所示。本实施例包括：带状列车模拟器1以及安装在带状列车模拟器两侧的级联光栅2；所述带状列车模拟器包括两个安装在支架上的之间距离超过一个真实列车车厢长度的由伺服电机101驱动的辊筒102；所述的两个辊筒之间设有由辊筒带动能够前后运动的模拟带103，所述的模拟带上设有至少两个模拟车厢之间空档的窗口1031；所述级联光栅包括长度超过一节车厢的头尾相接连续排列的多组光栅组，各个所述的光栅组同侧模块上下交错排列，光栅组群中的所有光轴之间沿排列方向上的距离相等；相邻两组光栅组的发射模块和接收模块两侧交替排列，各个所述的光栅组通过网络与光栅控制器连接；所述伺服电机和光栅控制器与模拟上位机电连接。

本实施例所述的试验台模拟的是列车通过自动定量装车站时级联光栅检测车厢位置，模拟用的级联光栅与真实的安装在装车站现场的级联光栅完全相同，而车厢运动的模拟主要由列车模拟器完成。

本实施例所述的带状列车模拟器，主要作用是模拟列车车厢之间的空档在列车运行中的移动状态。因此使用在带状材料（模拟带）上开窗的方式，形成车厢对光轴的遮挡和模拟车厢空档使光轴通过。两个辊筒之间的距离应超过一节或两节车厢的长度，使用伺服电机带动辊筒旋转，使模拟带上的窗口前后移动（图1中箭头A的方向），模拟列车车厢的前后移动。两个辊筒之间的距离可以采用15米左右的长度，用以模拟一个车厢的长度，因为一个装载散装货物（例如颗粒状的商品煤炭等）的火车车皮（敞车车厢）长度通常不会超过15米。为模拟两个车厢之间的空档中可能出现的干扰，如车厢之间的一些附属零件、装车时散落的物料等阻挡了光轴的通过，可以在窗口中设置一些条状物，以模拟干扰。为检测方便，可以在两个辊筒之间的某个位置设置一个标记物（图1中五角星）代表溜槽边缘，作为模拟带与溜槽相对位置的参考原点。

所述的支架（为了简化，图1中未画出）可以采用钢架或铝合金架，固定在水平的地面，除了支撑两个距离15米的辊筒之外，还可以在两个滚筒之间设置多个托带轮支架，以避免模拟带中间部位下垂。

辊筒之间如何缠绕模拟带，可以有多种方案，如可以采用如图1那样的一个辊筒卷模拟带，一个辊筒放模拟带的方式，也可以采用类似皮带机那样循环式。模拟带的材质可以是塑料带，或橡胶带等。

辊筒和模拟带平面可以垂直与地面，也可以平行与地面。考虑到模拟带平面平行地面时由于重力模拟带会下沉，因此可以方便的使用托带轮托起模拟带中间的部分，所以使模拟带平面平行与地面比较合理。但是为了叙述方便，以下将模拟带上、下安装的级联光栅组表述为模拟带的两侧安装的光栅组。

本实施例所述的级联光栅是指排列在模拟带两侧的由光栅组构成光栅组链，所述的光栅组链则是一个个的光栅组首尾衔接而成，所述光栅组包括两个分别安装在模拟带两侧长条形的模块，其中一侧是发射模块201，对应的另一侧是接收模块202。发射模块上等距离排列一排能够发射激光的发光元件。这些发射激光的发射元件称为发射光点2011，在图2中用实心圆表示发射光点，在图3中用箭头尾部表示。接收模块上以同样等离安装与发射端数量相同的光接收元件。这些光接收元件称为接收光点2021，在图2中用空心圆表示接收光点，在图3中用箭头头部表示。不论是发射模块还是接收模块，各个光栅组的模块首尾衔接安装在模拟带两侧，并使发射端各个发光元件所发出的光线能够使接收端上对应的光接收元件能够收到。即：在模拟带一侧安装发射或接收模块，在模拟带另一侧安装接收或发射模块，在模拟带两侧形成光栅链，光栅链的长度超过至少一节车厢的长度。发射点与接收点之间的光线称为光轴，模拟带在光栅组群来回运动的时候，大部分光轴均被挡住，只有少部分模拟带窗口中的光轴能够通过，如图1中网格部分所示，形成对模拟带窗口位置的精确检测。

所述的“光栅组群中的所有光轴之间沿排列方向上的距离相等”的含义是，在光栅组内部，各个光轴之间的距离l ₁（见图2）是相等的，并且各个光栅组应采用同一型号的光栅模块，使各个光栅组之间的光轴距离也相同。问题出现在两个光栅组相邻的位置上，也就是说前后两个相邻光栅组之间前一个光栅组的最后一个光轴与后一个光栅组的第一个光轴之间的沿光轴排列方向上的距离必须与光栅组内各个光轴之间的距离保持一致，即：l ₂=l ₁=l，这样才能使整条光栅链上的所有沿光轴排列方向上的光轴之间的距离都保持一致，以确保光栅群组形成的光栅链在监测模拟带窗口前后运动过程中的行进距离的精确性。然而在实际安装中，长条状的工业光栅模块，在两端都有延长部分，也就是说，在安装过程中，如果真的头对头、脚对脚的安装光栅组，那就会使前一个光栅的最后一个光轴与后一个光栅的第一个光轴拉开距离。本实施例的解决方案是同侧的前后两个光栅模块上下交错安装（如图2所示），使前一个光栅组的最后一个光轴与后一个光栅组的第一个光轴之间沿光轴排列方向（也是模拟带上窗口前后运动方向）上的距离（水平投影距离）与光栅内各个光轴之间的距离相等。

所述“前后两组光栅组的发射模块和接收模块两侧交替排列”的含义是：前一组光栅组的发射模块如果在左侧（或上方），那么发射模块的应当在右侧（或下方），下一组光栅组的发射端就安排在右侧（或下方），接收模块就安排在左侧（或下方，如图3所示），这种交替安装的方式，能够在一定程度上避免相邻的光栅信号之间的相互干扰，提高系统的可靠性。

光栅组群的各个激光发射点和接收点如何组网是一个十分关键的问题，首先是各种不同品牌型号的光栅模块使用不同的传输协议和通讯协议组网，以及不同的网络硬件。如一些光栅模块使用以太网，协议则使用IP协议，并使用交换机进行网络数据交换，而另一些则使用串行总线，协议采用MODBUS，使用网关进行数据交过，应根据不同的光栅品牌进行不同的匹配。在实际应用中，对于不同的组网方式，应设置不同的数据结构，以适应网络通讯的要求。

所述的光栅控制器是一种具有数字处理和存储功能的电子装置，如：工控计算机，微处理器、微控制器、PLC等。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于光栅组的细化，本实施例所述的带状列车模拟器的两个辊筒，两个辊筒分别由各自的伺服电机驱动。

本实施例采取两个辊筒均使用伺服电机驱动，一个滚筒卷带，另一个辊筒放带，相互配合将模拟带在拉紧的状态下实现往复的运动。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于模拟带的细化，本实施例所述的模拟带是塑料带。

塑料带价格低廉，易于加工改造，可以大量使用，如在辊筒上可以卷起长度超过两三节车厢的塑料带。塑料带具有一定的弹性，易于张紧，降低了两个辊筒伺服电机的调速要求。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于模拟带上窗口的细化，本实施例所述的窗口中设有模拟杂物的遮挡条1032，如图4所示。

在真实进行装车时，两个车厢之间的空档有一些设施或零件会阻挡光轴的通过，同时散落物料也会阻挡光轴的通过。为此，本实施例在模拟带窗口中设置一些条状物，例如用不透明的胶带条模拟这些杂物，阻挡部分光轴的通过，实现对杂物的模拟。

实施例五：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于光栅控制器的细化，本实施例所述的光栅控制器是PLC。

PLC（可编程逻辑控制器）是一种末端控制、监测的电子设备。通过PLC将各个光栅组所产生的信号进行处理，获得车厢精确位置的信息。

有多种厂商生产PLC可供选择和使用。为了能与PLC控制系统联动，光栅群组需要建立成网络，必须协议入网。光栅组接入网络时，采用自有地址进行区分。通过对多个光栅模块行组态后，建立起光栅群组的网络。

常用的光栅网络协议有Ethernet/IP和MODBUS。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于网络的细化，本实施例所述的网络是基于Ethernet/IP协议的以太网，所述的各个光栅组通过交换机与PLC连接，如图5所示。

基于Ethernet/IP通讯协议的光栅以不同IP地址作为接入网络的地址，通过交换机与控制系统进行数据交换。

Ethernet/IP通讯协议的优势在于通用性好，应用广泛，技术成熟，为多数IT人士所熟识，许多品牌的工业光栅均使用这一协议，组网更加方便快捷。

实施例七：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于网络的细化，本实施例所述的网络基于MODBUS协议的RS485总线，所述的各个光栅组通过网关与PLC连接，如图6所示。

MODBUS的光栅群组的光栅每个都自己的固化的MODBUS地址。其以RS485总线为介质，通过MODBUS网关进行组网，并以组的形式通过光栅不同地址进行数据交换。

MODBUS- RS485系统的优势在于，应用历史较长，技术成熟，为多数制造业界人士所熟识。

实施例八：

本实施例是一种构建上述实施例所述试验台的基于级联光栅的模拟装车过程试验台构建方法。所述试验台构建方法的主要过程是，按照上述实施例所述结构设置辊筒、模拟带，并将光栅组进行排列和安装在在模拟带两侧，之后进行光栅组群的数据提取和重构，使数据结构内的数据位的顺序与实际的光栅光轴的排列顺序一致，最后按照重构的数据建立RLE编码，形成对装车站上经过列车的模拟检测。

所述方法的具体步骤如下，流程如图7所示：

步骤1，安装设施：将辊筒安装在支架上，并将模拟带卷在两个辊筒上，将级联光栅的各组光栅安装在模拟带两侧，使光栅的一些光轴能够穿过模拟带上的窗口。

安装带状列车模拟器：将两个辊筒分别安装在两个相对的支架上，中间安装一些托架，将模拟带卷在辊筒上并拉直，使模拟带平面能够隔在级联光栅的发射模块与接收模块之间。

安装光栅：在模拟带两侧，以光栅长方向头尾相接的方式设置大于至少一节车厢长度的光栅群组，同侧两个光栅组上下交错排列，两侧相邻光栅组则发射模块与接收模块交替排列。

步骤2，连接设备：将驱动辊筒的伺服电机和光栅控制器与模拟上位机连接；连接光栅组群：将光栅组群中的各个光栅通过网线与网络交换设施、光栅控制器连接。

通常情况下，伺服电机都带有伺服电机控制器，为了简化表述，本实施例将伺服电机及其伺服控制器合并称为伺服电机。

模拟上位机是一台工控计算机或带有卡板的普通PC，模拟装车站的中心控制装置，将伺服电机和光栅控制器以及各个光栅模块连接一起，形成一个光栅检测系统。

步骤3，光栅组网络组态：采用自有地址进行区分，通过Ethernet/IP或MODBUS光栅网络协议有对多个光栅进行组态，建立光栅组的网络。

各种品牌的光栅产品通常具有自己的地址设置，因此根据品牌的自有地址的特点选取光栅的组态，建立光栅网络。

步骤4，数据提取与重构：提取各个光栅组的数据，将各个光栅组的数据进行重新排列，形成一个双整形数据类型的数列，使数据结构内的数据位的顺序与实际的光栅光轴的排列顺序一致。

数据提取和重构的目的是形成一个双整形数据类型的数列，使其数据结构内的数据位的顺序与实际的光栅光轴的排列顺序一致。

由于各个光栅模块本身具有自己的数据结构，需要根据不同的协议进行数据重构，使各个光栅模块的数据连接为一个整体。

步骤5，进行RLE编码：将1定义为光轴的遮蔽数据值，0定义为导通的数据值，则数据集合特征赋值为：遮蔽集合值为1，称为遮蔽值，导通集合值为0，称为导通值，光轴的数据集合特征值表达为：RLE编码的第一位定义为判断位，后接多个数据段，各个数据段中的值为数据集合。

光轴单点并没有实际的太多意义，为了能更直接的显示测量的车厢长度，采用了RLE编码。RLE全称（run-length encoding），翻译为游程编码，又译行程长度编码，又称变动长度编码法（run coding），在控制论中对于二值图像而言是一种编码方法，对连续的黑、白像素数(游程)以不同的码字进行编码。

依据级联光栅的数据特点，本步骤对RLE编码进行微变形，具体编码格式如下：

将1定义为光轴的遮蔽数据值，0定义为导通的数据值，则数据集合特征赋值为：遮蔽集合值为1，称为遮蔽值，导通集合值为0，称为导通值，光轴的数据集合特征值表达为：

Dis[光轴编号]=数据集合特征值。

RLE编码的第一位定义为判断位，后接多个数据段，各个数据段中的值为数据集合，即：遮蔽集合或导通集合，即光轴遮蔽或导通的个数。数据段顺序编为：第一数据段、第二数据段、……等。

判断位的值与第一数据段的数据集合特征值相关联，第一数据段的数据集合特征为遮蔽集合时（数据集合特征值为1），则判断位的值为1，第一数据段的数据集合特征值为导通集合时（数据集合特征值为0），则判断位的值为0。

各个数据段的数据集合特征值由前一个数据段的数据集合特征值确定，前一个数据集合特征值是1，则本数据段的数据集合特征值则是0，相反，如果前一个数据集合特征值是0，则本数据段的集合特征值则是1。编码格式如图8所示。

步骤6，检测车厢运动试验：设定两个辊筒之间的一个点作为模拟装车溜槽边缘的参考原点，并设定模拟带的一个运动方向为列车前进方向；启动带状列车模拟器，使用级联光栅对模拟带的运动以及模拟带上窗口与参考原点之间的位置关系进行检测试验，包括：车厢前梆的跟踪测试、车厢后梆的跟踪测试、至少一节车厢整体运动的跟踪测试、两节车厢带有杂物的跟踪测试。

试验台构建完成后，可以设计各种模拟试验，以上只是罗列的四种试验，实际还可以有很多中，包括列车进退的试验。在设计试验中需设定模拟带的运动方向，作为运动试验的正方向，也就是列车前进方向，反方向则是列车后退方向。因为级联光栅的检测最终是为装车的需要，因此，需要设定一个原点代表装车溜槽边缘的位置。这一原点的设置可以是虚拟的，也可以在模拟带的一侧设置一个标记物作为参考原点。原点可以设置在级联光栅的一个端点，也可以是靠近端点的一个点，图1中五角星的位置。

应用实例：

并搭建了一个长度与真实列车车厢1:1的试验台。试验台主要包括PLC系统，使用一台PC机作为模拟上位机，以及辊筒和伺服电机及伺服控制器，铝材架作为支架，长条带塑料布作为模拟带，并安装5-6组光栅传感器组作为级联光栅，搭建如图1所述的试验台。

实验台架构是，铝制型材搭建一个长约15-16米的支架，使滚筒旋转轴与地面平行，即模拟带平面与地面平行。支架上方和下方搭建对射的5-6组光栅传感器。在光栅对射的中间插入长条带塑料布（模拟带），模拟带塑料布的两端缠绕在由伺服电机控制的辊筒上。塑料布的总长度是火车车厢长度的约3倍以上。每隔大约一节车厢的长度，则在塑料布上开窗口。一些试验中可以在窗口上设置一些随机数目和宽度的遮挡。这样塑料布连续的部分，光栅传感器光轴被遮挡，信号数据为1，被认为是火车车厢；在开窗区域，光轴能够穿过，信号数据为0，被认为是车厢间的空档；随机出现的遮挡则被用来模拟车厢的异构件以及可能出现的干扰。

PLC中作为模型进行检测的具体实现，模拟上位机通过PLC控制伺服电机，使模拟带可以按照需要的速度向一个方向开始缠绕，模拟了车厢的前进或倒退过程。光栅群组一方面通过空档的情况判断车厢的运行状况，一方面对干扰进行过滤，检测结果上传至PLC和上位机。

图9显示了对车厢前帮的跟踪测试结果。这里的位移指车厢前梆进入装车区域的位移。实验数据中显示模拟了6个车厢的装车过程。以装车溜槽边缘为参考原点，车厢前梆进入前的位移为负值，进入后的位移变化为正值。

从检测结果可以看出，车厢位移随着时间的变化由负到正，说明逐步进入溜槽下的装车区间。期间斜率的变化是因为在测试过程中进行了加减速和停止重启测试。检测结果和实际情况吻合，没有因干扰出现的位移跳动过程。

实施例九：

本实施例是实施例八的改进，是实施例八关于步骤4的细化，本实施例所述的数据提取和重构步骤包括如下子步骤：

子步骤1：基于Ethernet/IP通讯协议，各个光栅组发送各自光栅组内光轴连续状态的双整形数据，每个光栅组内设置多个双整形数据构成的大组数据；

子步骤2：将各大组数据整合，使相邻大组数据融合连续排序，剔除空白数据，形成光栅组群连续排列的双整形的数据构成的应用数组。

以6个85轴光栅为例，其总轴数为510个。通过基于Ethernet/IP通讯协议的光栅组，其发送的数据直接为其光轴连续状态的双整形数据。每个光栅组拥有3个双整形数据构成的数组。将6个大组的数据重新整合，将空白数据剔除掉，形成新的具有16个双整形的数据构成的数组，即为所需要的应用数组，如图10所示。

实施例十：

本实施例是实施例八的改进，是实施例八关于步骤4的细化，本实施例所述的数据提取和重构步骤包括如下子步骤：

子步骤1：基于MODBUS通讯协议，各个光栅组发送各自光栅组内光轴连续状态的双整形数据，每个光栅组内设置多个双整形数据构成的大组数据；

子步骤2：对各个大组数据进行数组内数据排列SWBP转换；

子步骤3：对各个大组数据进行逆向重排；

子步骤4：将各大组数据整合，使相邻大组数据融合连续排序，剔除空白数据，形成光栅组群连续排列的双整形的数据构成的应用数组。

本实施例使用基于MODBUS协议的测量光栅模块，这种模块无法直接与一些型号PLC进行通讯，因此需要增加中间网关。测量光栅组与网关进行数据交换，网关再将数据发送至PLC中去。

已使用108光轴的5个光栅链为例，每个光栅拥有4个双整形数据构成的数组。每个双整形数据此时获得的数据其顺序并不与光栅光轴的实际顺序相一致。因此必须对数据进行重排，如图11所示，设现有32位整形的数据顺序是ABCD，需要对其进行SWBP转换，将数据顺序更改为DCBA。

通过之前的SWBP转换，4个数组形成的数据的顺序与实际的光轴顺序是相反的。因此对4个数组再进行一次逆向重排，数组顺序由0，1，2，3变化为3，2，1，0。

完成上述变化后，再次将5个光栅内的4个双整形数据依次排列，去掉空白部分，形成应用所需要的具有16个双整形数据构成的大型数组，如图12所示。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案（比如光栅的类型、排列形式、步骤的先后顺序等）进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于级联光栅的模拟装车过程试验台，其特征在于，包括：带状列车模拟器以及安装在带状列车模拟器两侧的级联光栅；所述带状列车模拟器包括两个安装在支架上的之间距离超过一个真实列车车厢长度的由伺服电机驱动的辊筒；所述的两个辊筒之间设有由辊筒带动能够前后运动的模拟带，所述的模拟带上设有至少两个模拟车厢之间空档的窗口；所述级联光栅包括长度超过一节车厢的头尾相接连续排列的多组光栅组，各个所述的光栅组同侧模块上下交错排列，光栅组群中的所有光轴之间沿排列方向上的距离相等；相邻两组光栅组的发射模块和接收模块两侧交替排列，各个所述的光栅组通过网络与光栅控制器连接；所述伺服电机和光栅控制器与模拟上位机电连接。

2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于，所述的带状列车模拟器的两个辊筒，两个辊筒分别由各自的伺服电机驱动。

3.根据权利要求2所述的试验台，其特征在于，所述的模拟带是塑料带。

4.根据权利要求3所述的试验台，其特征在于，所述的窗口中设有模拟杂物的遮挡条。

5.根据权利要求4所述的试验台，其特征在于，所述的光栅控制器是PLC。

6.根据权利要求5所述的试验台，其特征在于，所述的网络是基于Ethernet/IP协议的以太网，所述的各个光栅组通过交换机与PLC连接。

7.根据权利要求5所述的试验台，其特征在于，所述的网络基于Modbus协议的RS485总线，所述的各个光栅组通过网关与PLC连接。

8.一种权利要求6或7所述试验台的基于级联光栅的模拟装车过程试验台构建方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：

步骤1，安装设施：将辊筒安装在支架上，并将模拟带卷在两个辊筒上，将级联光栅的各组光栅安装在模拟带两侧，使光栅的一些光轴能够穿过模拟带上的窗口；

设置光栅：在列车进入装车站的轨道两侧，以光栅长方向头尾相接的方式设置大于至少一节车厢长度的光栅群组，两个光栅组之间的交错排列；

步骤2，连接设备：将驱动辊筒的伺服电机和光栅控制器与模拟上位机连接；连接光栅组群：将光栅组群中的各个光栅通过网线与网络交换设施、光栅控制器连接；

步骤3，光栅组网络组态：采用自有地址进行区分，通过Ethernet/IP或MODBUS光栅网络协议有对多个光栅进行组态，建立光栅群组的网络；

步骤4，数据提取与重构：提取各个光栅组的数据，将各个光栅组的数据进行重新排列，形成一个双整形数据类型的数列，使数据结构内的数据位的顺序与实际的光栅光轴的排列顺序一致；

步骤5，进行RLE编码：将1定义为光轴的遮蔽数据值，0定义为导通的数据值，则数据集合特征赋值为：遮蔽集合值为1，称为遮蔽值，导通集合值为0，称为导通值，光轴的数据集合特征值表达为：RLE编码的第一位定义为判断位，后接多个数据段，各个数据段中的值为数据集合；

步骤6，检测车厢运动试验：设定两个辊筒之间的一个点作为模拟装车溜槽边缘的参考原点，并设定模拟带的一个运动方向为列车前进方向；启动带状列车模拟器，使用级联光栅对模拟带的运动以及模拟带上窗口与参考原点之间的位置关系进行检测试验，包括：车厢前梆的跟踪测试、车厢后梆的跟踪测试、至少一节车厢整体运动的跟踪测试、两节车厢带有杂物的跟踪测试。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的数据提取和重构步骤包括如下子步骤：

子步骤1：基于Ethernet/IP通讯协议，各个光栅组发送各自光栅组内光轴连续状态的双整形数据，每个光栅组内设置多个双整形数据构成的大组数据；

子步骤2：将各大组数据整合，使相邻大组数据融合连续排序，剔除空白数据，形成光栅组群连续排列的双整形的数据构成的应用数组。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的数据提取和重构步骤包括如下子步骤：

子步骤1：基于MODBUS通讯协议，各个光栅组发送各自光栅组内光轴连续状态的双整形数据，每个光栅组内设置多个双整形数据构成的大组数据；

子步骤2：对各个大组数据进行数组内数据排列转换；

子步骤3：对各个大组数据进行逆向重排；

子步骤4：将各大组数据整合，使相邻大组数据融合连续排序，剔除空白数据，形成光栅组群连续排列的双整形的数据构成的应用数组。