CN102778318A - 接触网放线车在线张力检测系统及其完成的在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于接触网放线车的检测控制的技术领域，具体是一种接触网放线车在线张力检测系统及其完成的在线检测方法，解决了现有接触网放线车的放线质量不能满足铁路建设要求的问题。其共设置传感器15路，各路传感器的信号输出端连接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接数据采集卡，数据采集卡的输出端连接工控计算机。检测方法，各路传感器将采集信号传送给信号调理电路，传送给多通道数据采集卡，进行模数转换，转换的数字信号送至工控机分析处理。本发明的有益效果：可实时检测放线线缆张力，并对影响放线质量的气压、液压值快速精确测量，同时检测放线长度及放线速度，具有张力超限报警功能，可实现数字化放线作业，保证放线质量。
Description
技术领域
本发明属于接触网放线车的检测控制的技术领域，具体涉及一种接触网放线车在线张力检测系统及其完成的在线检测方法。
背景技术
早期的接触网张力放线车没有数字检测设备，施工工人放线时只能凭着经验在机械方面进行操作，凭感觉保证张力的恒定放线，显然，这样的放线精度不高。
现行普通的接触网张力放线车只有精度不高的气压、油压表盘，通过对放线盘和制动盘张力所给的油压值判断张力值是否达到要求。
随着我国高铁和轻轨的建设速度加快，对放线质量要求越来越高，为保证恒张力的放线，在线张力实时检测系统的出现将很有意义。
发明内容
本发明为了解决现有接触网放线车的放线质量不能满足铁路建设要求的问题，提供了一种接触网放线车在线检测系统及其完成的在线检测方法。
本发明采用如下的技术方案实现：
一种接触网放线车在线检测系统，接触网放线车并行设置两组放线装置，其特征在于所述的在线检测系统包括每组放线装置上设置的2路板环式拉力传感器、1路转速传感器，1路位移传感器、1路张力增加盘油压压力传感器、1路线盘制动盘油压压力传感器、1路基准张力设定气压压力传感器；两组放线装置共设置传感器14路，另外副风缸管路处还设置有进气压力传感器1路，各路板环式拉力传感器串接在接触网放线车的基准气缸活塞和测力盘支架之间的连接杆上，各路压力传感器均串接在各自的油路或气路上，转速传感器安装于张力增加盘辐条上，位移传感器安装于测力盘支架下方反馈油缸活塞杆处，各路传感器的信号输出端连接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接数据采集卡，数据采集卡的输出端连接工控计算机。
一种接触网放线车在线检测方法，其特征在于步骤如下：
1）、各路传感器将采集的4～20mA信号传送给信号调理电路，信号调理电路将小电流信号转换为0-10V电压信号，传送给多通道数据采集卡，进行模数转换，转换的数字信号送至工控机分析处理，
2）、对放线车张力检测装置进行数学建模，张力计算公式如下式：
T：线缆张力；
F0：拉力传感器测量值；
M1g：测力盘自重；
M2g：测力盘支架自重；
L1：测力盘中心到旋转点的距离；
L2：支架重心到旋转点的距离；
a1：上出线端与水平方向夹角；
a2：下入线端与水平方向的夹角；
θ：基准气缸与水平方向夹角；
β：支架右偏旋转角度；
角度a1 ,a2 , θ都是关于支架倾斜角度β的函数，β通过在支架底端安装位移传感器进行测量，经过常规几何换算得出，
气压、油压、转速传感器的采样数据由虚拟仪器检测软件读取并实时高效处理，完成气压、油压、放线速度、放线长度的在线检测，
3）、在虚拟仪器CVI开发平台下，通过结合多线程技术、线程安全队列技术、硬件系统FIFO技术、DLL技术、ActiveX控件技术，完成接触网放线车放线时实时检测的工作界面、参数校正界面，实时多通道多线程的采集、处理、显示数据，
完成在线张力实时检测软件的数据库设计，通过多表的关键字联合设计，利用SQL Tool Kit2.0和DatabaseAssistant等专业数据库接口插件的功能，实现在线张力检测软件与数据库的对接，为用户提供大量放线数据的管理、存储、检索功能，并通过Dida表格控件技术，实现大量数据的快速刷新显示，备份功能。
本发明相对现有技术具有如下有益效果：
1、本发明在放线中可实时检测放线线缆张力，并对影响放线质量的气压、液压值快速精确测量，同时检测放线长度及放线速度，具有张力超限报警功能，可实现数字化放线作业，保证放线质量，全面满足施工需求，具有良好的工程效益。
2. 本发明在检测软件的设计中，采用虚拟仪器软件技术，高效实时的显示张力、油压、气压、放线速度、放线长度等值，对所检测的各数据可生成检测报告并储存，可对历史数据进行检索、浏览、备份等功能，对日后线路故障分析处理提供原始的第一手资料。
3、本发明实时采集多通道模拟小信号数据，传输运算速度快、精度高。
4、本发明在张力动态实时检测时，通过力与力矩分析、三角函数变换、小位移变换，建立科学合理的数学模型，计算高精度实时张力值。
附图说明
图1为传感器布置示意图，
图2为张力检测系统组成示意图，
图3为张力检测系统硬件结构框图，
图4为放线车张力检测装置受力分析示意图，
图中：1-操纵室，2-控制机柜，3-基准气缸，4—板换式拉力传感器，5-位移传感器，6-测力盘，7-转速传感器，8-张力增加盘，9-放线线盘，10-电源板，11-滤波板，12-显示器供电，13-1路PS2，14-30芯排线，15-安装孔，16-1组信号线，17-2组信号线，18-3组信号线，19-网口，20-数据采集卡，21-调试口Ⅰ，22-调试口Ⅱ，23-信号调理板，24-一组显示盒5芯，25-嵌入式计算机主板，26-50芯排线，27-电源极性保护，28-电源板，29-空气开关，30-内置信号13芯插头，31-一组信号10芯插头,32-二组信号10芯插头，33-二组显示盒5芯，34-线缆出线端，35-测力盘支架，36-连接到张力增加盘的线缆下入线端。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。
如图1所示为本发明各路传感器的布置。
放线车包括并行设置的两组放线装置，每组放线装置上分别设置板环式拉力传感器2路、转速传感器1路，位移传感器1路、张力增加盘油压1路、线盘制动盘油压1路、基准张力设定气压1路；两组放线装置共设置传感器14路，另外副风缸管路处还设置有进气压力传感器1路。
一共包括15路传感器用于各种信号的检测，其中4路板环式拉力传感器，串接在基准气缸活塞和测力盘支架之间的连接杆上；2路转速传感器，安装于张力增加盘辐条上；2路位移传感器，安装于测力盘支架下方反馈油缸活塞杆处，7路压力传感器，均串接在各自的油路和气路上；其中板环式拉力传感器2路一组经处理后合成1路信号送出；因此，15路传感器共有13路信号送出。送出的信号通过信号调理板处理后进入后端的数据采集卡和嵌入式工矿计算机。工矿计算机连接各外部设备如：键盘/鼠标、液晶显示器、张力超限声音报警及USB接口。图1中控制机柜用于安装工控机、调理板、数据采集卡、显示器等。
如图2所示为张力检测系统的组成，其包括硬件部分的各路传感器、信号调理电路、数据采集卡以及工控计算机，其还包括软件部分。
如图3所示为本发明硬件部分的连接示意图，本硬件电路同时采集处理两组放线装置的传感器信号，两路放线装置的传感器信号分别通过一组信号10芯插头和二组信号10芯插头转接输入到信号调理板J6、J7，在信号调理板进行I/V转换后，通过30芯排线连接到滤波板对信号进行的滤波处理，再将信号连接到嵌入式计算机主板的采集卡中。
本发明采用高精度、高速度数据采集系统、小信号调理电路进行传感器网络信号的调理和传输。多通道数据采集卡采用12位可选的AD芯片，采样频率100kHZ，同时可采集16路单端/8路双端模拟信号， 4路独立16位8MHZ定时计数器；系统总线选择工业PC104总线，传输稳定，速度可达33MHz；主板CPU采用Intel Pentium M处理器600M，512M内存，带CF卡接口、USB接口；显示器为工业级， 15寸，分辨率为1024×768，抗震动；传感器网络主要集成了拉力传感器、位移传感器、油压传感器、气压传感器、速度传感器等13路传感器信号。传感器网络中的传感器精度都达千分之一到千分之五以上。
本发明所述的在线检测系统完成的在线检测方法：
1）、各路传感器将采集的4～20mA信号传送给信号调理电路，信号调理电路将小电流信号转换为0-10V电压信号，提高信号在传输过程中的抗干扰能力，然后传送给多通道数据采集卡，进行模数转换等工作，转换的数字信号送至工控机分析处理。
2）、对放线车张力检测装置进行数学建模，采用如下张力计算公式修正张力数据。
如图3所示，根据详细的力与力矩的分析，细化了整个张力放线盘所有可能的受力点与出力点，综合建立出放线盘的张力计算公式。
首先将上下端的沿线张力T进行沿支架方向的分解，得到一个沿支架方向的分力和一个垂直于支架的分力，根据实际情况假设支架为刚体，因而沿支架方向的分力不产生作用，进而将两个垂直于支架方向的分力进行合成，最后得到合力矩。
如图中所示，线索张力与合力矩经分析后所得公式为：
基准拉力矩为：
放线盘重力矩为：
最后得到总的张力计算公式：
T：线缆张力；
F1：上端张力T垂直于支架方向的分力；
F2：下端张力T垂直于支架方向的分力；
F： F=F1+F2；
MT： 线缆张力T对支架旋转点的力矩；
F0：拉力传感器测量值；
F3: 拉力传感器测量值垂直于支架方向的分力；
M1g：测力盘自重；
M2g：测力盘支架自重；
: 测力盘及支架自重对支架旋转点的力矩；
Ff：反馈油缸施加的推力；
L1：测力盘中心到旋转点的距离；
L2：支架重心到旋转点的距离；
a1：上出线端与水平方向夹角；
a2：下入线端与水平方向的夹角；
θ：基准汽缸与水平方向夹角；
β：支架旋转角度（右偏）；
分析中出现的角度a1 ,a2 , θ都是关于支架倾斜角度β的函数，β通过在支架底端安装位移传感器进行测量，
气压、油压、转速传感器的采样数据由所开发的虚拟仪器检测软件读取并实时高效处理，可完成气压、油压、放线速度、放线长度的在线检测，
3）、在虚拟仪器CVI开发平台下，通过结合多线程技术、线程安全队列技术、硬件系统FIFO技术、DLL技术、ActiveX控件技术，完成接触网放线车放线时实时检测的工作界面、参数校正界面等，能实时多通道多线程的采集、处理、显示数据。
完成在线张力实时检测软件的数据库设计，通过多表的关键字联合设计，利用SQL Tool Kit2.0和DatabaseAssistant等专业数据库接口插件的功能，实现在线张力检测软件与数据库的对接，为用户提供大量放线数据的管理、存储、检索功能，并通过Dida表格控件技术，实现大量数据的快速刷新显示，备份功能。
本发明所述的在线检测方法采用了虚拟仪器软件技术、关系型数据库技术。
虚拟仪器软件技术目前在工业测试、检测领域应用广泛，因其研发成本低，平台通用和移植性好，有逐步取代一般工业检测仪器之势。
检测软件需要读取采样信号，实时高效处理采样数据，并进行电信号与工程量的实时转换、显示、存储。
本发明使用ActiveX自动化技术在应用后台操作Microsoft Excel，生成满足用户需求的带有表格和图形的测试报告。结合虚拟仪器平台开发软件能缩短开发时间，提高开发效率。
本发明将ADT652 API封装成ADT652.DLL文件，提供给应用程序。DLL技术是一种动态通用接口调用技术，应用在虚拟仪器软件开发中，可缩短主程序代码量，在程序运行过程中减少CPU利用率和内存资源，降低程序运行功耗，并且解决应用程序的本地化和平台的差异。
关系型数据库技术能有效的组织和管理数据量庞大的检测数据，提供高效的数据检索和查询功能。
多线程技术在多通道数据采集系统中有不可比拟的优势，分为数据采样线程、数据处理线程、数据显示和存储线程，提高软件的运行效率及实时性。
线程安全队列技术与硬件系统FIFO技术的结合，设置合理的数据缓冲区，使高速采样的数据进行队列缓冲，提高系统的运算效率，并能有效避免采样数据的丢失。
Claims (2)
1.一种接触网放线车在线检测系统，接触网放线车并行设置两组放线装置，其特征在于所述的在线检测系统包括每组放线装置上设置的2路板环式拉力传感器（4）、1路转速传感器（7），1路位移传感器（5）、1路张力增加盘油压压力传感器、1路线盘制动盘油压压力传感器、1路基准张力设定气压压力传感器；两组放线装置共设置传感器14路，另外副风缸管路处还设置有进气压力传感器1路，各路板环式拉力传感器串接在接触网放线车的基准气缸活塞和测力盘支架之间的连接杆上，各路压力传感器均串接在各自的油路或气路上，转速传感器（7）安装于张力增加盘（8）辐条上，位移传感器（5）安装于测力盘支架下方反馈油缸活塞杆处，各路传感器的信号输出端连接信号调理电路的输入端，信号调理电路的输出端连接数据采集卡（20），数据采集卡（20）的输出端连接工控计算机。
2.一种接触网放线车在线检测方法，其特征在于步骤如下：
1）、各路传感器将采集的4～20mA信号传送给信号调理电路，信号调理电路将小电流信号转换为0-10V电压信号，传送给多通道数据采集卡，进行模数转换，转换的数字信号送至工控机分析处理，
2）、对放线车张力检测装置进行数学建模，张力计算公式如下式：
T：线缆张力；
F0：拉力传感器测量值；
M1g：测力盘自重；
M2g：测力盘支架自重；
L1：测力盘中心到旋转点的距离；
L2：支架重心到旋转点的距离；
a1：上出线端与水平方向夹角；
a2：下入线端与水平方向的夹角；
θ：基准气缸与水平方向夹角；
β：支架右偏旋转角度；
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气压、油压、转速传感器的采样数据由虚拟仪器检测软件读取并实时高效处理，完成气压、油压、放线速度、放线长度的在线检测，
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