为​铁路​谐​波​干扰​的​研究​搭建​一个​数据​采集​和​监​控​系统

Daniel Parra Ramos , Ineco

"通过​使用​NI PXI​平台,​我们​为​移动​牵引​单元​开发​了​一种​模​块​化、​结构​紧凑、​稳定​可靠​的​数据​采集​系统" ​

- Daniel Parra Ramos , Ineco

挑战:

设计​一个​复杂​的​数据​采集​系统,​它​能够:​测量、​监​控,​并​抓取​各种​音​频​信号;​与​其它​设备​进行​远程​同步;​按照​特定​的​协议​通过​多功能​车辆​总​线​(MVB)​与​列车​进行​通信;​并且​能够​通过​管理​和​处理​大量​的​数据​来​分析​轨道​网络​中的​谐​波​干扰。 ​

解决​方案:

开发​一种​基于​NI PXI​硬件​平台​以及​NI LabVIEW​和​DIAdem​软件​平台​的​系统​来​满足​上述​的​需求​并且​能够​迅速​而​有效​地​生成​报表。 ​

Ineco​是​一家​在​交通​运输​行业​有着​广泛​经验​的​工程​公司。 为了​研究​谐​波​在​铁路​基础​设施​建设​方面​的​影响,​我们​设计​开发​了​一种​数据​采集​系统,​它​整合​了​系统​要求​的​所有​特性。

 

数据​采集

我们​的​团队​通常​在​一个​移动​牵引​单元​上​收集​铁路​的​数据。​对于​这个​项目,​我们​选择了NI PXIe-1062Q 8​槽​的​机​箱​来​将​因​振动​而​产生​的​影响​降到​最低。

 

通过​基于​PXI​硬件​平台的NI 6123NI 6120模​块,​我们​以​50,000​赫兹​的​采样​率​同步​采集​了​变化​的​电压​和​电流​信号,​这​使得​我们​能够​记录​下​整个​音​频频​率​范围​的​信号。 为了​连接​这些​模​块,​我们​使用NI TB-2708TB-2709TB-2705这​三​种​接​线​端子​来​提供​前​两​个​SMB​的​连接​和​最后​直接​信号​电缆​的​连接。

 

MVB​通信

我们​需要​用​一块​MVB​协议​的​通信​卡​捕获​不同​牵引​单元​上​的​不同​信号。 通过​使用​DLL-​specific LabVIEW VI,PXI平台和LabVIEW 将​整个​机​箱​配置​为​一个​整体,​使得​数据​在​数据​卡​和​应用​程序​之间​的​传输​快速​而​容易。

 

计算​机​同步

我们​的​主要​设计​要求​之一​是​能够​在​远​距离​运动​的​情况​下​精确​地​同步​多台​电脑。

 

为了​达到​所需​的​同步,​我们​决定​用​NI PXI-6682​定​时​和​同步​模​块​与​全球​定位​系统​(GPS)​达到​同步。 该​模​块​化​的​设备​能够​很好​的​适应​我们​的​系统​集成,​可以​很​容易​融入​到​整个​应用​程序​中,​实现​更​精确​地​设备​同步。

 

GPS 用户​界面

为了​形象​化​的​显示​铁路​上​测试​点​运动​的​位置, 我们​通过​连接​在​PXI-6682​上​的​天线​接收​GPS​坐标​信号,​并​将​坐标​发送​给​集成​了​Google Earth​的​用户​界面。​我们​通过​3G​连接​到​Google Earth(谷​歌​地球),​假如​该​地点​没有​信号​覆盖,​我们​就​使用​已经​缓​存​好的​软件​地图​代替。

 

应用​程序

我们​用​LabVIEW​开发​了​应用​程序, 因为​它​能够​很​容易​地​将​的​各种​不同​的​硬件​模​块​集成,​具有​强大​的​图形​化​的​开发​环境,​并​提供​了​一种​可​视​化​的​编​程​环境。

这个​应用​程序​被​设计​成​能够​在​两​种​完全​不同​的​环境​里​运行:​第​一种​是​对​数据​进行​采集、​监​控​和​实​时​处理;​第二​种​是​长​时间​的​数据​采集,​这个​过程​完全​自动​(没有​任何人​的​干预),​并且​是在​一个​不​间​断​电源​(UPS)​的​支持​下。

我们​将​这个​系统​的​结构​分成​三​个​主要​模​块。

初始化

在​初始​化​模​块​中,​我们​的​基本​参数​有​探​针​使用​的​数量、​MVB​的​通信​参数,​火车​的​类型​和​型号​以及​各种​显示​控​件​(例如​与​驱动​单元)​的​通讯​和​状态​的​验证。

电压、​电流​和​GPS

这个​模​块​是​负责​配置​以及​实现​数据​采集,​这些​数据​来自​连接​到​计算​机​的​不同​的​传感器​和​GPS​信号。​如果​应用​程序​正在​以​实​时​分析​模式​运行,​那么​该​部分​还​执行​信号​处理​的​任务,​例如​信号​滤波、​均​方根值​运算、​阻抗、​速度​计算​以及​结果​显示。

MVB​变量

​这个​模​块​负责​建立​MVB​通信,​通过​使用​LabVIEW call functions VI​调​用​在​ANSI C​中​开发​的​动态​链​接​库​(dll)​来​实现。​这些​变量​也要​负责​数据​记录​和​显示。

这些​模​块​通过​定​时​循环​保持​同步。​计算​机​与​计算​机​之间​是​通过​NI 6682​模​块​提供​的​GPS​时间​实现​同步​的。

为了​实现​记录​过程​的​自动​化,​我们​通过​NI-6120​模​块​发送​一个​模拟​信号​给​UPS(不​间​断​电源)。​这个​信号​是​一个​让​UPS​断开​的​命令,​这样​它​就​进入​了​待​机​模式。​然后​PXI​就​可以​安全​的​关闭​了,​这样​可以​防止​数据​丢失。

 

数据​管理​和​处理

我们​需要​一个​解决​方案​来​快速​地​管理​大量​的​数据,​能够​实现​信号​滤波,​在​时​域​和​频​域​分析​数据,​并且​可以​生成​自动​化​脚本。​所以,​我们​使用NI DIAdem数据​管理​软件​来​满足​这些​要求。

 

结论

采用​NI PXI​平台,​我们​为​移动​牵引​单元​开发​了​一种​模​块​化、​结构​紧凑、​稳定​可靠​的​数据​采集​系统。​我们​选择​了​LabVIEW​作为​开发​环境,​因为​其​直观​的​图形​化​开发​特性、​灵活、​易​于​通过​MVB​协议​集成​和​维护。​DIAdem​数据​管理​软件​通过​自动​使用​脚本​报告​节省​了​我们​的​数据​处理​时间​和​精力。

 

随着​NI​软件​和​硬件​所​提供​的​集成​效果​不断​的​发展​和​完善,​我们​可以​很​容易​地​更新,​以​适应​可能​发生​在​铁路​部门​的​系统​级​的​改变。

 

作者​信息:

Daniel Parra Ramos
​Ineco

​ ​图​1. 通过​GPS​同步​的​数据​采集​系统 ​
​ ​图​2. 在​LabVIEW​中 监测​MVB​变量 ​
​ ​图​3. 由​DIAdem​脚本​产生​的​数据 ​