使用NI CompactRIO和NI LabVIEW创建​一个​铁轨​振动​监测、​测量​和​数据​记录​系统

我们的客户需要使用定制的实时监测、测量和数据记录系统来测量铁轨的振动水平，而且不能引起现有系统和操作的中断。该系统需要耐受恶劣的操作环境并提供连续的记录功能。我们选择了CompactRIO平台和工业级触摸面板计算机(TPC)来满足所需的条件，并将它们与高精确度加速计配合使用，以持续采集准确的振动测量数据。

该​项目​始​于​用户​的​一项​需求，他们需要在运行于铁轨的车辆装置上安装一款功能多样且具有经济效益的振动监测、测量和数据记录系统。客户希望使用高精确度加速计来采集测量结果，并希望我们能够围绕这些多功能性和便携性的需求来构建此系统。客户还希望我们将加速计安装在不同的位置。系统需要采集来自传感器三个轴的数据，记录这些数据，并从文件中读取数据。

系统硬件

首先，我们构建了便携的多功能系统硬件。客户接受了我们的建议，使用了坚固耐用的CompactRIO平台和模块，并在工业级低碳钢外壳上安装了NI TPC，以确保在恶劣操作条件下的坚固性（如图1、图2和图3所示）。此外，我们还采取了额外预防措施，在系统外壳上添加了不间断电源装置，这可防止系统因运行过程中意外断电而停机。

系统软件

我们将系统软件分为两部分：实时软件代码和TPC人机界面(HMI)软件代码。

实时软件代码嵌入在NI cRIO-9025控制器上，用于处理与TPC HMI和其他连接硬件之间的通信。它还负责处理NI 9234模块采集的数据，该模块与加速计相连。实时软件基于由用户定义的振动检测阈值，提供振动监测和测量功能。当达到阈值时，实时程序代码会将数据集发送到TPC HMI。它还会在后台连续记录来自所有加速计通道的振动测量值，并将它们存储在cRIO-9025控制器上（如图4和图5所示）。

我们将TPC HMI软件代码嵌入到NI TPC上，操作员可使用它来停止和启动测量以及数据记录操作，并设置振动阈值和数据文件名。该​程序​提供​了​一个​用户​界面，​用​来​查看​基于​由​用户​定义​的​阈​值​设置​而​触发​的​振动​数据，​以及​从​外部​连接​设备​读​取​到​的​数值​​（如​图​6​和​图7​所​示）。

系统运行

我们创建的铁轨振动监测、测量和数据记录系统是便携式的，因此用户可以将其部署在安装有加速计的火车车厢中。

系统建立所有硬件连接后，用户可启动系统，启动TPC HMI程序界面，并开始测量。该系统完全独立于列车运行，因此​当​用户​在铁轨的​指定​位置​上​采集​​测量​数据​时，​列车​可以​正常​运行。

在测量过程中，用户使用屏幕键盘输入“start station”，并设置测量和采集所需的振动阈值水平。单击“开始记录”(start logging)后，系统会自动监测、测量和记录来自加速计的振动水平。它还可以显示和记录火车的行驶距离和当前速度。用户可以进行多次“启动/停止”振动测量或采集一个大型的数据文件。

完成数据采集后，用户可以使用USB端口传输采集的所有数据，用于分析。借助数据分析程序，用户可以加载和查看采集的数据文件，以便进行分析。该程序可显示整个过程中记录的不同行驶距离的振动水平。用户可以从“start station”开始确定振动值高的各个位置点，并执行维护程序以解决振动问题（如图8所示）。

系统优势

融合了CompactRIO与LabVIEW的便携式设计为我们提供了丰富的操作功能。该系统内置不间断电源，完全独立于列车运行系统，不影响列车正常运行。坚固耐用的硬件非常适合恶劣环境，高精确度测量传感器可提供准确读数，显示动态的振动水平值，并进行数据记录。事后分析软件可对记录的振动数据进行深入分析。

作者信息：

Ken Ng
Ken Engineering and Consulting Pte Ltd
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