基于PC104的转向架称重加载测控系统的设计

1 引 言

    转向架是铁道车辆的关键部件，转向架及其零部件的参数直接影响机车车辆的各项动力学性能及列车运行的安全性。尤其是近年来，为提高我国铁路运输能力，车辆往重载、高速发展，如果转向架两轮对不处于同一水平面上，很容易造成脱轨。因此，转向架在生产过程中，需要对其进行称重调簧，保证4个轮子动静态承重基本相同。目前国内外一般采用单片机或者计算机构建测控系统，但是单片机控制系统精度不高且人机界面不友好，而计算机控制系统成本高、实时性不好、体积大。因此系统选用 PC104嵌入式系统架构产品，PC104 具有抗恶劣环境、体积小、质量小、易扩展和超低功耗等特点。数据处理及人机交互采用带 EWF 写保护的 XPE 操作系统，操作简单、界面友好，同时引入 RTX，保证了系统的实时采集和控制。

2 测控系统硬件组成

    转向架称重加载测控系统由嵌入式计算机、机械系统、检测系统和液压伺服控制系统 4 大部分组成，如图 1 所示。

2.1 机械系统

    机械系统由引轨、称重试验台、操作台、重心定位圆柱、龙门架（立柱、加载梁、活动横梁）、液压装置移动导向装置、传感器装置、均匀分散加载力装置、各类滑块定位销组成。

2.2嵌入式计算机

    嵌入式计算机是系统的核心，系统采用PC104系列主板搭建硬件平台，用于控制转向架自动加载和数据实时采集、显示及处理。PC 104是一种专门为嵌入式系统定义的工业控制总线，具有体积小、可扩展性强、低功耗、高可靠性等特点，目_与PC系统兼容的操作系统、开发工具、应用软件都可以运行在PC 104系统中。考虑到前期能够较快速地开发以及后期的可维护性及稳定性，系统的软件平台采用Windows XP Embedded CXPL./操作系统。

2.3 检测系统

    检测系统由数据采集卡、位移传感器、称重传感器、加载力传感器和信号调理电路组成。

2.3.1 数据采集卡

    系统采用 PC104 系列多功能数据采集卡，结构紧凑，具有 16 路单端模拟输入，12 位 AD 转换，输入电压可选，满足系统要求。

2.3.2传感器

    位移传感器采用拉线式，0～5 V 模拟量输出，量程1 000 m，两边安装高度持平。

    称重传感器选用高精度拉压式力传感器，S 型弹性结构，量程为 1t，输出 2.001 2 mV/V，需要供压电路。实际安装时，每个轮下的称台由 3 个称重传感器支撑，呈品字形安装。

    加载力传感器选用拉压式力传感器，空心圆柱体结构，具有精度高、强度好、稳定性好等特点。量程为 1t，输出 1.8574mV/V，需要供压电路。实际安装套在作动器上。