基于​NI LabVIEW、​PXI​和​CompactRIO​创建​铁路​实验​室​测试站

Eduardo Elizalde, CETEST S.L.

"我们​选择​基于​NI​平台​的​系统​来​开发​我们​铁路​车辆​整体​实验​室​所需​的​控制​软件​和​数据​采集​系统。" ​

- Eduardo Elizalde, CETEST S.L.

挑战:

开发​铁路​车辆​整体​实验​室​所需​的​控制​软件​和​数据​采集​系统。 ​

解决​方案:

使用​NI LabVIEW Real-​Time​模​块、​NI LabVIEW FPGA​模​块、​NI CompactRIO、​NI Single-​BoardRIO​和​NI PXI​硬件​来​搭建​可​满足​我们​测试​要求​的​自​定义​采集​和​控制​解决​方案。 ​

CETEST S.L.​是​一个​经​完全​认证​的​独立​测试​实验​室,​提供​系统​和​组​件​的​设计​验证​和​认证​服务。​公司​专注​于​铁路​车辆​(车辆​及​组​件)​领域,​在​整个​欧洲​已​享有​较​高​知名度。​由于​铁道​部门​要求​进行​各种​各样​的​测试,​我们​采用​先进​的​机电​一体化​解决​方案​通过​自行​研发​或​与​其他​公司​合作​开发​相应​的​测试​系统。​此外,​我们​还​可​对​实验​室​组​件​进行​结构​完整性、​抗​疲劳​性、​性能​和​耐用性​测试​以及​进行​噪声、​振动​测量​和​现场​动态​行为​测试。

 

最近​几年,​客户​的​测试​需求​不断​增加,​迫使​我们​需要​采用​新的​测试​平台​和​新的​采集​和​控制​设备。​由于​NI​产品​的​多功能​特性,​我们​采用​NI​架构​更新​了​许多​设备。

 

 

大型​结构​测试

我们​拥有​一个​专门​用于​大型​结构​完整性​测试​的​试验​台。​该​试验​台​可以​测试​长达​35​米、​不同​荷​载​组合​的​结构,​模拟​特殊​负载​和​服务​负载。​用于​施加​纵​向​载​荷​(100​吨)​的​气​动​管路​通过​基于​LabVIEW​的​界面​进行​控制​(见​图​1)。​其他​部分​的​模拟​负载​(不同​高度​压缩​或​牵引)​通过​液压​驱动​器​施加,​最大​负载​可达​400​吨。​这些​测试​监测​20​个​驱动​器​的​位移​和​负载​读​数​以及​来自​液压​和气​动​系统​的​所有​信号。​为了​搭建​多功能​试验​台,​我们​设计​了​不同​的​控制​回路。​因此,​该​系统​可以​独立​控制,​也​可与​其他​系统​配合​控制​驱动​器​的​位移​和​负载。​此外,​必要​时,​用户​还​可以​手​动​控制​测试​台。

 

 

完整性​和​抗​疲劳​测试


​为了​检查​结构​的​完整性​和​抗​疲劳​性,​我们​将​应变​计​和​位移​传感器​测量​安装​在​结构​的​不同​位置,​这​就​需要​一个​多​通道​采集​系统。​为了​实现​这​一​目的,​我们​将​NI PXIe-4330同步​桥接​输入​模​块​与​NI PXI-6225多功能​M​系列​模​块​相​结合,​自​定义​了​两​个​NI PXIe-8108嵌入式​控制器​采集​系统。​独立​使用​时,​每​个​系统​可以​包含​最多​18​个​板​卡。​但是,​如果​需要​更多​的​通道,​用户​可以​在​两​个​系统​之间​进行​通信。​同时​为了​使​系统​满足​不同​的​测试​需求,​我们​使用 LabVIEW Real-​TimeLabVIEW FPGA模​块​开发​了​配置​功能、​可​视​化​功能​和​采集​软件。

 

 

高​静态​或​准​静态​负载​测试

由于​其他​类型​的​结构​和​组​件​处于​各种​各样​的​负载​条件,​所需​进行​的​测试​也​不尽​相同,​所以​不可能​建立​一个​统一​的​标准​配置。​对于​高​静态​或​准​静态​负载​的​情况,​我们​采用​700 bar​的​液压​系统​和​驱动​装置。​我们​可以​控制​这些​组​件​的​负载​和​位移。​为了​实现​这些​操作,​我们​通过​基于​FPGA​的​系统​来​编​程​NI cRIO-9076​实​时​处理​器,​以​远程​控制​用户​定义​的​负载​序列。​此外,​该​系统​可以​测量、​评估​并​采集​来自​传感器​的​信号。

 

 

测试​车辆​转动​元件

为了​测试​特定​的​机车​转动​元件​(如​变速箱​和​轴承),​我们​基于​NI​产品​开发​了​多个​采集​和​控制​系统,​其中​包括​一个​可​测量​变速箱​转​速​和​扭矩​的​正方形​试验​台​以及​两​个​用于​铁路​轴​箱​的​使用​性能​试验​台。​这些​试验​台​的​目的​是​研究​不同​的​运行​状态​变量​和​温度​以及​润滑​脂​和​油脂​分布。

 

配有​负载​应用​程序​的​变速箱​试验台
​在​配有​负载​应用​程序​的​变速箱​试验​台中,​我们​可以​通过​控制​350​千瓦​的​发动​机​来​测试​功率​高达​1​兆​瓦​的​变速箱。​我们​实现​了​高达​6,000 rpm​的​转​速​和​10 kN /​m​的​扭矩。​试验​台​与​NI PXI-8102​嵌入式​控制器​相​结合,​提供​了​用户​自​定义​的​转​矩​和​转​速​周期。​此外,​该​系统​可以​测量、​估算​以及​采集​来自​传感器​(扭矩、​速度​和​温度)​的​信号​和​变速​器​参数。

 

铁路​轴承​轴箱
​借助​铁路​轴承​轴​箱​试验​台,​我们​可以​创建​用户​定义​的​轴​向​负载​和​速度​周期。​此外,​该​系统​可以​测量、​评估​以及​采集​来自​传感器​(测​压​元件、​速度​和​温度)​的​信号​和​变速​器​参数。​在​本​案例​中,​其中​一个​试验​台​的​控制​是​基于​NI cRIO-9022​嵌入式​实​时​控制器,​而​另​一个​试验​台​是​基于​NI PXI-8102​嵌入式​控制器。

 

 

转动​阻力​静态​特性

最后​再​举​一个​例子,​我们​还​拥有​一个​用于​测试​转向​车​车身​接​头​的​转动​阻力​静态​特性​的​试验​台。​这​一​阻力​测量​对于​不同​理论​模型​的​比较​以及​曲线​通过​安全​性​分析​来说​至​关​重要。​我们​基于​NI sbRIO-9631​嵌入式​控制​和​采集​设备​来​控制​一个​210bar​的​液压​系统、​设置​报警​和​限​值,​并​生成​用于​相对​转​速​控制​的​波形。​此外,​该​系统​可以​采集​位移​和​扭矩​传感器​信号。

 


​我们​选择​基于​NI​平台​的​系统​来​开发​我们​铁路​车辆​整体​实验​室​所需​的​控制​软件​和​数据​采集​系统。​到​目前为止,​我们​已经​采用​了​CompactRIO、​PXI​和​NI Single-​Board RIO硬件​以及​LabVIEW Real-​Time​或​LabVIEW FPGA​编​程​软件。​我们​也​选择​了​用于​采集​应变​计​和​高层​信号​的​多​通道​采集​系统​来​替代​结构​测试​常用​的​数据​采集​系统。

 

 

作者​信息:

Eduardo Elizalde
​CETEST S.L.
​Spain

​ ​大型​结构​试验​台​GUI ​
​ ​多​通道​采集​可​视​化​屏幕 ​
​ ​特殊​负载​应用​液压​系统​控制​屏幕 ​
​ ​铁路​轴​箱​性能​试验​台 ​
​ ​转动​阻力​测试​台​结构​图 ​