主页 创新 案例分析 2019 SCADA System for Locomotive Testing Using CompactRIO and LabVIEW

SCADA System for Locomotive Testing Using CompactRIO and LabVIEW

Abraham K. Kovelil, Captronics System Pvt. Limited

"The SCADA system we developed using CompactRIO and LabVIEW is a stand-alone system capable of simultaneously running two tests. The system increased our customer’s productivity by 100 percent—our customer tested twice the number of UUTs daily compared to its previous manual test technique."

- Abraham K. Kovelil, Captronics System Pvt. Limited

The Challenge:

Developing a supervisory control and data acquisition (SCADA) system to simultaneously test multiple traction test objects using high-power AC drives for locomotives requiring higher speed and torque in a highly electromagnetic interference (EMI) environment.

The Solution:

Using the powerful, scalable NI reconfigurable I/O (RIO) platform, including an NI CompactRIO real-time controller and a deterministic EtherCAT chassis, to develop a SCADA system that handles a high I/O signal count spread across a large geographical area.

作者:    


Abraham K. Kovelil - Captronics System Pvt. Limited
Rohit Pandey - Captronic Systems Pvt Ltd
S R. Kumaresh - Captronic Systems Pvt Ltd

 

Captronic Systems私人有限公司是NI的白金级联盟合作伙伴，专注于设计和开发用于研发、设计验证和生产测试的自定义自动化测试、控制和采集系统。

 

我们有一个客户专门测试用于电力机车的牵引装置，如交流电机和交流发电机。他们过去都是通过手动的方法对在高电压和高额定电流下运行的牵引装置进行不同类型的测试。

 

我们使用NI硬件和NI LabVIEW系统设计软件开发了先进的SCADA系统。借助全新的SCADA系统，我们可同时对多种类型的牵引装置进行测试，并将测试过程自动化，同时还可监测重要信号并进行互锁保护。 SCADA系统还可分析所采集的信号来提高牵引对象的性能。

 

 

系统概览

图1显示的是我们使用NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW软件搭建的SCADA系统的整体设置。该设置包括一个凹陷区、驱动器面板操作室和控制室。

 

我们在凹陷区将待测设备(UUT)按照图1所示的方法进行安装，以进行车载和离车测试。我们通过一个容纳了NI 9144 EtherCAT机箱（从设备）的面板来连接附近的传感器并将数据传送到NI cRIO-9022控制器（主设备）。

 

驱动器面板操作室安装了通过转换来自传输线的功率来驱动UUT以及通过驱动UUT来转换来自传输线的功率所需的AC驱动器和变压器，取决于测试是处于驾驶模式还是再生模式。我们通过一个容纳了cRIO-9022控制器（主设备）的面板来连接附近驱动器面板室的传感器和执行器（模拟和数字），并通过控制室进行数据采集和控制相应的驱动器。

 

控制室由两台计算机组成：测试控制器（服务器）和测试评估器（客户端）。测试控制器PC用于运行测试、监测参数、分析记录的数据并创建报告。测试评估器PC用于显示与测试相关的所有参数的实时数据，并具有更高级的分析工具。


The system can acquire and control the following signals:

 

该系统可以采集和控制以下信号：

  • 10 V - 2,000 V高电压信号、100 A - 3,000 A高电流信号
  • 温度参数范围为50 °C - 1,200 °C的信号
  • 数字I/O线信号
  • 转速高达6,000 rpm的信号
  • 压力和扭矩参数
  • 用于闭环控制的模拟输出

 

 

软件架构

整体软件架构分为三个部分：使用LabVIEW FPGA模块编写的的FPGA部分、使用LabVIEW Real-Time模块编写的的实时部分代码和主机程序代码（见图2）。

 

该应用中FPGA有时运行于cRIO-9022控制器（主设备）上，通过DMA和前面板通信将数据传输到LabVIEW Real-Time模块，有时运行于NI 9144机箱（从设备）上，通过用户定义的变量将数据传输到LabVIEW Real-Time模块。

 

LabVIEW Real-Time应用程序读写主从FPGA的数据，并根据用户配置同步、过滤和调整所需的通道。TCP / IP循环用于实现控制器和主机应用程序（测试控制器）之间的通信。它还可以实现启动、测试（手动和自动）、诊断、PID控制（PID）、互锁和关机循环。

 

我们的系统具有两个主机设备：测试控制器和测试评估器。测试控制器直接与实时控制器通信，使用户可以通过图形化或模拟面板发送命令、记录数据以及监测参数。在测试评估器中，用户只能监控所有有效参数的实时数据。

 

 

 

测试控制器

我们设计的测试控制器具有以下特性（如图3所示）：

 

  • 配置模块：以合适的缩放比例、单位和标志（用于显示和记录）配置模拟输入（AI）、模拟量输出（AO）、数字量输入（DI）、数字输出（DO）、速度、热电偶（TC）通道，并设置互锁报警限值。借助该模块，用户还可以创建自定义参数（派生参数）。
  • 互锁模块：用于添加/编辑测试运行所需的互锁。
  • 测试编辑器模块：用于添加/编辑自动测试运行所需的测试序列。
  • 诊断模块：用于诊断AI、AO、DI、DO、速度和TC信号的健康状况。该模块也能够进行PID参数整定，以控制电动机的速度和电流。
  • 校准模块：用于补偿AI和AO通道传输线损耗的校准。
  • 手动测试模块：设置手动运行测试的条件。已配置的通道以图形化和模拟方式显示。用户可以在特定时间同时记录高低采样数据。
  • 汽车测试模块：自动执行已配置的测试序列、数据记录和报告生成。已配置的通道以图形化和模拟方式显示。
  • 趋势模块：用于在频域和时域离线分析所记录的数据。该模块预装了许多功能（时域和频域），以便正确分析数据。
  • 报告模块：为测试对象的所有测试生成一份定制报告。

 

 

测试评估器

该测试评估器（图4）是在客户端PC上独立运行的应用程序，用于在特定测试运行过程中以表格、图像方式查看所采集的数据。用户可以同时查看两个测试的数据，也可以轻松地在测试之间进行切换，以查看各自的数据。

 

提高100％的生产力

我们使用CompactRIO和LabVIEW开发了可独立运行且可同时进行两个测试的SCADA系统。该系统帮助客户提高了100％的效率，与之前手动测试技术相比，客户现在每天可测试的UUT数量是以前的两倍。此外，借助新增的和改进的数据分析和报告生成功能，用户可以密切监测重要参数，执行高级分析，甚至可以验证以后的UUT。


LabVIEW以其用户友好且易用的GUI帮助我们快速完成了整个系统的安装和验证。最新的NI产品可帮助我们为客户提供稳定、可靠且可扩展的系统，以解决当前的测试需求并使客户现有的测试系统也适用于未来产品的测试和验证。

 

NI联盟合作伙伴(National Instrument

 

作者信息:

Abraham K. Kovelil
Captronics System Pvt. Limited
# 3, Victorian Meadows,Airport - Varthur Road, Marathahalli P.O.
Bangalore
India
abraham@captronicsystems.com.

Figure 1. Setup Overview
Figure 2. Overall Software Architecture
Figure 3. Test Controller
Figure 4. Test Evaluator