使用​CompactRIO​和​LabVIEW​开发​用于​机车​测试​的​SCADA​系统

Abraham K. Kovelil, Captronics System Pvt. Limited

"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。" ​

- Abraham K. Kovelil, Captronics System Pvt. Limited

挑战:

开发​监​控​与​数据​采集​(SCADA)​系统,​使用​高​功率​AC​驱动​器​同步​测试​多个​牵引​试验​对象,​用于​在​高​电磁​干扰​(EMI)​环境​下​需要​更高​转​速​和​扭矩​的​机车。 ​ ​ ​

解决​方案:

使用​功能​强大​的​可​扩展​NI​可​重​配置​I / O(RIO)​平台​(包括​一个​NI CompactRIO​实​时​控制器​和​一个​确定​性​EtherCAT​机​箱)​来​开发​SCADA​系统,​用于​处理​分布​范围​宽广​的​高​I/ O​信号​计数。 ​ ​

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.

​ ​图​1. 安装​原理​图 ​
​ ​图​2. 整体​软件​架构 ​
​ ​图​3. 测试​控制器 ​
​ ​图​4. 测试​评估​器 ​