基于PC104的放線車檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

摘要：為了對恒張力放線的實(shí)際放線效果進(jìn)行檢測，針對恒張力放線系統(tǒng)，設(shè)計(jì)研制了以PC104總線工控機(jī)為硬件平臺的檢測系統(tǒng)。提出了對放線架的放線張力、放線速度、放線長度等的測量方法，并詳細(xì)描述了傳感器輸出信號的采集調(diào)理電路以及放線速度的測量原理。結(jié)果表明：系統(tǒng)硬件測量誤差小，能可靠的工作在施工環(huán)境中。
關(guān)鍵詞：PC104；恒張力；數(shù)據(jù)采集；誤差分析

在高速電氣化鐵路建設(shè)過程中，鐵路接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提高，恒張力放線的作用就是以恒定的張力將承力鎖索和接觸線進(jìn)行架設(shè)，使接觸線少產(chǎn)生扭面，硬點(diǎn)，給電力列車提供穩(wěn)定的電流。因此，恒張力放線在施工中被廣泛采用。
目前，國外設(shè)計(jì)生產(chǎn)恒張力放線車的廠家主要是從奧地利的普拉賽、意大利的吉斯瑪、歐瑪克、太斯米克、德國的ZECK，但是這些進(jìn)口放線車都是按照其本國的施工條件來進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的，其機(jī)械性能和配套設(shè)施等方面不能完全滿足我國的的實(shí)際施工條件，而且造價(jià)很高。因此，研發(fā)生產(chǎn)有自主知識產(chǎn)權(quán)的，符合我國實(shí)際國情需要的恒張力放線設(shè)備具有十分重要的意義。本檢測系統(tǒng)即為我國自行設(shè)計(jì)的恒張力
放線架的配套檢測裝置，對施工過程中的放線車的液壓系統(tǒng)、氣壓系統(tǒng)、放線張力以及放線車行走速度等進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測。

1 總體方案設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中面臨著設(shè)計(jì)周期短、可靠性要求高等問題，所以在設(shè)計(jì)過程中選擇了基于PC104總線的嵌入式工控機(jī)為硬件平臺。其主要特點(diǎn)包括：小尺寸結(jié)構(gòu)，堆棧式針孔連接，有很好的抗震性；6 mA總線驅(qū)動(dòng)使模塊正常工作，低功耗，減少元件數(shù)量；自我堆棧式連接，無須母板。
系統(tǒng)中需要采集調(diào)理的傳感器輸出信號包括：4路放線張力傳感器信號、2路基準(zhǔn)汽缸傳感器信號、2路放線盤角度傳感器信號、4路液壓傳感器信號、1路進(jìn)氣氣壓傳感器信號、2路放線速度傳感器信號。由于電流信號在傳輸過程中比電壓信號有更強(qiáng)的抗干擾能力，所以張力傳感器、基準(zhǔn)汽缸氣壓傳感器、角度傳感器、液壓傳感器、進(jìn)氣氣壓傳感器在選型過程中均選擇4～20 mA的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號。轉(zhuǎn)速傳感器選擇非接觸式測量，0～5 V脈沖輸出的傳感器。

信號采集調(diào)理系統(tǒng)如圖1所示。由FPGA控制多路選擇器選擇1路4～20 mA的電流信號進(jìn)行I／V轉(zhuǎn)換后送入A／D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，0～5 V的轉(zhuǎn)速傳感器脈沖信號通過光耦和遲滯比較電路整形為規(guī)則的方波信號，在FPGA內(nèi)用VerilogHDL語言實(shí)現(xiàn)測速邏輯，最后通過PC104總線采集模塊將數(shù)據(jù)送入嵌入式工控機(jī)。