基于PC104的放線車檢測系統硬件設計

摘要：為了對恒張力放線的實際放線效果進行檢測，針對恒張力放線系統，設計研制了以PC104總線工控機為硬件平臺的檢測系統。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，并詳細描述了傳感器輸出信號的采集調理電路以及放線速度的測量原理。結果表明：系統硬件測量誤差小，能可靠的工作在施工環境中。
關鍵詞：PC104；恒張力；數據采集；誤差分析

在高速電氣化鐵路建設過程中，鐵路接觸網的設計施工技術標準提高，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行架設，使接觸線少產生扭面，硬點，給電力列車提供穩定的電流。因此，恒張力放線在施工中被廣泛采用。
目前，國外設計生產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，但是這些進口放線車都是按照其本國的施工條件來進行設計制造的，其機械性能和配套設施等方面不能完全滿足我國的的實際施工條件，而且造價很高。因此，研發生產有自主知識產權的，符合我國實際國情需要的恒張力放線設備具有十分重要的意義。本檢測系統即為我國自行設計的恒張力
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、氣壓系統、放線張力以及放線車行走速度等進行實施監測。

1 總體方案設計
本系統在設計過程中面臨著設計周期短、可靠性要求高等問題，所以在設計過程中選擇了基于PC104總線的嵌入式工控機為硬件平臺。其主要特點包括：小尺寸結構，堆棧式針孔連接，有很好的抗震性；6 mA總線驅動使模塊正常工作，低功耗，減少元件數量；自我堆棧式連接，無須母板。
系統中需要采集調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的抗干擾能力，所以張力傳感器、基準汽缸氣壓傳感器、角度傳感器、液壓傳感器、進氣氣壓傳感器在選型過程中均選擇4～20 mA的標準輸出信號。轉速傳感器選擇非接觸式測量，0～5 V脈沖輸出的傳感器。

信號采集調理系統如圖1所示。由FPGA控制多路選擇器選擇1路4～20 mA的電流信號進行I／V轉換后送入A／D進行模數轉換，0～5 V的轉速傳感器脈沖信號通過光耦和遲滯比較電路整形為規則的方波信號，在FPGA內用VerilogHDL語言實現測速邏輯，最后通過PC104總線采集模塊將數據送入嵌入式工控機。