[NI技术]借助LabVIEW 和PXI模块化仪器 构建用于全尺寸列车 牵引试验台的监控和 采集系统.doc

NI技术借助LabVIEW 和PXI模块化仪器 构建用于全尺寸列车 牵引试验台的监控和 采集系统该设计充分利用 NI PXI模块化 仪器，整体架构分成 两个主要的子系 统。- P. Borghesani, POLITECNICO DI MILANOThe Challenge:协调用于列车牵引装 置的全尺寸试验台的 不同设备，监测试验 台电机并控制已安装 的各种类型的传感 器。The Solution:基于NI PXI模 块和NI LabVIEW Real-Time 模块开发多层系统， 用于监测机械嵌入式 控制器。完整试验台的3D模 型Author (s):P. Borghesani - POLITECNICO DI MILANOP. Pennacchi - POLITECNICO DI MILANOS. Chatterton - POLITECNICO DI MILANOR. Ricci - POLITECNICO DI MILANOF. Mapelli - POLITECNICO DI MILANOD. Tarsitano - POLITECNICO DI MILANO我们设计了一个实验 性全尺寸试验台来监 测列车牵引装置，并 应用高效的基于状态 的维修(CBM)技 术，以牵引组件为重 点。我们通过该试验 台来研究轴承、齿轮 和电机等主要机械部 件的详细故障原因。我们将真实列车上 的牵引电机和牵引变 速箱安装到一个带有 制动电机的特殊试验 台，模拟实际列车运 行状况。为了真实再 现列车（如支重轮悬 架）运行时产生的环 境噪声，我们将牵引 电机和牵引齿轮箱安 装在四个无刷电机驱 动的振动平台上。我们在变速箱、轴承 座和电机上安装了加 速度计、热电偶、扭 矩计及其他传感器。 由于试验台的复杂性 以及对高功率、高转 速和重负载应用的安 全担忧，我们需要一 个复杂的系统来监 视、监测、测量和记 录试验台及其组件的 状态。因此，我们开 发了一个双智能多层 系统，并将一部分系 统安装到靠近试验台 的试验室，将另一部 分系统安装到独立的 控制室。该设计充分利用了 NI PXI模块化 仪器，整体架构分成 两个主要子系统：监视系统 (SUSY)用于控 制测试阶段及相关任 务数据采集系统 (DASY)用于处 理和存储传感器测得 的数据监视和采集系统架构我们设计的SUSY 具有三层架构。在第 一层架构中，运行于 主机PC上的 LabVIEW应用 程序负责管理图形用 户界面，显示激励器 的状态（如速度和转 矩）和存储用户输 入。控制室中的用户 可访问PC也可控制 试验台的运行操作计 划，如触发预热、转 换和测试的执行。第二层架构解读、协 调每个操作，并将其 转换成相应设备的命 令，第二层架构由 NI PXI- 1042 8槽机 箱、实时嵌入式处理 器和多个I / O 模块组成，其中I / O模块包括： 1个PXI- 8512 CAN/HS 2 个PXI- 6143多功能数据 采集(DAQ)模块 1个PXI- 6521 8通道隔 离继电器和8通道数 字输入模块 1个PXI- 6238 M系列多 功能DAQ模块该设备安装于靠近控 制室PC的位置。在 此设备上运行的 LabVIEW应用 程序以2 ms的时 间周期实时监测系统 以及试验台上每个设 备的运行状况。此 外，应用程序会对信 号进行详细分析，并 向第一层架构报告试 验台的状态。此外， PXI模块负责安全 和应急管理。 通过 实时软件中的确定性 循环， LabVIEW Real-Time 可以快速检测来自电 机的警告或故障信号 并自动解决紧急情 况，而无需等待PC 主机的输入。该应用程序与电机控 制单元的网络进行通 信，通过不同的通道 形成了第三层架构：我们选择 CANopen协议 通过屏蔽串行电缆实 现与振动平台驱动器 的消息通信。我们采 用该协议是由于信号 覆盖的距离较远，因 为这些电机控制单元 直接放置在测试室 中，距离PXI模块 大约50米。针对控制室的牵引 组件，我们采用模拟 和数字信号的组合。我们的数据采集系统 是基于另一个 PXI-1042模 块，没有配置实时处 理器，该系统放置于 靠近试验台的测试 室。我们通过一根长 光纤电缆和一个远程 遥控器将该PXI模 块连接到PC。我们 选择光纤电缆是因为 大型电动列车电机会 产生电干扰，而信号 又需要传输很长的一 段距离且大量的信号 需要通过该电缆传 输。我们在PXI平台上 安装了多个NI DAQ设备，提供了 用于加速度计信号的 24个模拟输入通道 （24位，102 kS/s/通道）、 用于音频信号的4个 模拟输入通道（24 位，204.8 kS/s/通道）、 16个模拟输入通道 （16位，1 MS/s/通道）、 24个数字输入/输 出以及两个计数器 （32位）。我们使 用这些通道来测量试 验台上各种传感器所 测得的信号，包括：1个扭矩计1个转速计1/34个三轴加速度计 （1个安装在电机底 盘上，3个安装在其 中的一个变速箱上）4个可测量温度的 双工业压电加速度计 和16个简单的压电 加速度计，均安装在 轴承座上2个麦克风2个环境温度/湿 度传感器和2个热敏 电阻由LabVIEW编 程且在DASY PC上运行的应用程 序基于生产者 - 消费者架构，以 20 kHz的采样 频率采集并存储46 个信号。数据采集由 SUSY PXI模 块发出的数字信号触 发并由DASY PXI模块通过其中 一个数字输入进行检 测。Author Information:P. BorghesaniPOLITECNICO DI MILANO pietro. borghesanimail. polimi.it 完整试验台的3D模 型2/3试验台监视系统 (SUSY)和数据 采集架构LegalThis case study (this case study) was developed by a National Instruments (NI) customer. THIS CASE STUDY IS PROVI