基于PC104的放线车检测系统硬件设计

摘要：为了对恒张力放线的实际放线效果进行检测，针对恒张力放线系统，设计研制了以PC104总线工控机为硬件平台的检测系统。提出了对放线架的放线张力、放线速度、放线长度等的测量方法，并详细描述了传感器输出信号的采集调理电路以及放线速度的测量原理。结果表明：系统硬件测量误差小，能可靠的工作在施工环境中。
关键词：PC104；恒张力；数据采集；误差分析

在高速电气化铁路建设过程中，铁路接触网的设计施工技术标准提高，恒张力放线的作用就是以恒定的张力将承力锁索和接触线进行架设，使接触线少产生扭面，硬点，给电力列车提供稳定的电流。因此，恒张力放线在施工中被广泛采用。
目前，国外设计生产恒张力放线车的厂家主要是从奥地利的普拉赛、意大利的吉斯玛、欧玛克、太斯米克、德国的ZECK，但是这些进口放线车都是按照其本国的施工条件来进行设计制造的，其机械性能和配套设施等方面不能完全满足我国的的实际施工条件，而且造价很高。因此，研发生产有自主知识产权的，符合我国实际国情需要的恒张力放线设备具有十分重要的意义。本检测系统即为我国自行设计的恒张力
放线架的配套检测装置，对施工过程中的放线车的液压系统、气压系统、放线张力以及放线车行走速度等进行实施监测。

1 总体方案设计
本系统在设计过程中面临着设计周期短、可靠性要求高等问题，所以在设计过程中选择了基于PC104总线的嵌入式工控机为硬件平台。其主要特点包括：小尺寸结构，堆栈式针孔连接，有很好的抗震性；6 mA总线驱动使模块正常工作，低功耗，减少元件数量；自我堆栈式连接，无须母板。
系统中需要采集调理的传感器输出信号包括：4路放线张力传感器信号、2路基准汽缸传感器信号、2路放线盘角度传感器信号、4路液压传感器信号、1路进气气压传感器信号、2路放线速度传感器信号。由于电流信号在传输过程中比电压信号有更强的抗干扰能力，所以张力传感器、基准汽缸气压传感器、角度传感器、液压传感器、进气气压传感器在选型过程中均选择4～20 mA的标准输出信号。转速传感器选择非接触式测量，0～5 V脉冲输出的传感器。

信号采集调理系统如图1所示。由FPGA控制多路选择器选择1路4～20 mA的电流信号进行I／V转换后送入A／D进行模数转换，0～5 V的转速传感器脉冲信号通过光耦和迟滞比较电路整形为规则的方波信号，在FPGA内用VerilogHDL语言实现测速逻辑，最后通过PC104总线采集模块将数据送入嵌入式工控机。