借助​LabVIEW​和​PXI​模​块​化​仪器​构​建​用于​全​尺寸​列车​牵引​试验​台​的​监​控​和​采集​系统

P. Borghesani, POLITECNICO DI MILANO

"该​设计​充分利用​NI PXI​模​块​化​仪器,​整体​架构​分成​两​个​主要​的​子​系统。"

- P. Borghesani, POLITECNICO DI MILANO

挑战:

协调​用于​列车​牵引​装置​的​全​尺寸​试验​台​的​不同​设备,​监测​试验​台​电机​并​控制​已​安装​的​各种​类型​的​传感器。

解决​方案:

基于​NI PXI​模​块​和​NI LabVIEW Real-​Time​模​块​开发​多​层​系统,​用于​监测​机械​嵌入式​控制器。

作者:

P. Borghesani - POLITECNICO DI MILANO
​P. Pennacchi - POLITECNICO DI MILANO
​S. Chatterton - POLITECNICO DI MILANO
​R. Ricci - POLITECNICO DI MILANO
​F. Mapelli - POLITECNICO DI MILANO
​D. Tarsitano - POLITECNICO DI MILANO

 

我们​设计​了​一个​实验​性​全​尺寸​试验​台​来​监测​列车​牵引​装置,​并​应用​高效​的​基于​状态​的​维修​(CBM)​技术,​以​牵引​组​件​为​重点。​我们​通过​该​试验​台​来​研究​轴承、​齿轮​和​电机​等​主要​机械​部件​的​详细​故障​原因。
​我们​将​真实​列车​上​的​牵引​电机​和​牵引​变速箱​安装​到​一个​带有​制动​电机​的​特殊​试验​台,​模拟​实际​列车​运行​状况。​为了​真实​再现​列车​(如​支​重​轮​悬​架)​运行​时​产生​的​环境​噪声,​我们​将​牵引​电机​和​牵引​齿轮箱​安装​在​四​个​无​刷​电机​驱动​的​振动​平台​上。

 

 

我们​在​变速箱、​轴承​座​和​电机​上​安装​了​加速度​计、​热电​偶、​扭矩​计​及​其他​传感器。​由于​试验​台​的​复杂​性​以及​对​高​功率、​高​转​速​和​重​负载​应用​的​安全​担忧,​我们​需要​一个​复杂​的​系统​来​监视、​监测、​测量​和​记录​试验​台​及其​组​件​的​状态。​因此,​我们​开发​了​一个​双​智能​多​层​系统,​并​将​一部分​系统​安装​到​靠近​试验​台​的​试验​室,​将​另一​部分​系统​安装​到​独立​的​控制​室。

 

该​设计​充分利用​了​NI PXI​模​块​化​仪器,​整体​架构​分成​两​个​主要​子​系统:
​•​监视​系统​(SUSY)​用于​控制​测试​阶段​及​相关​任务
​•​数据​采集​系统​(DASY)​用于​处理​和​存储​传感器​测​得​的​数据

 

监视​和​采集​系统​架构

我们​设计​的​SUSY​具有​三层​架构。​在​第​一层​架构​中,​运行​于​主机​PC​上​的​LabVIEW​应用​程序​负责​管理​图形​用户​界面,​显示​激励​器​的​状态​(如​速度​和​转​矩)​和​存储​用户​输入。​控制​室​中的​用户​可​访问​PC​也​可​控制​试验​台​的​运行​操作​计划,​如​触发​预​热、​转换​和​测试​的​执行。

 

第二​层​架构​解读、​协调​每​个​操作,​并​将​其​转换​成​相应​设备​的​命令,​第二​层​架构​由​NI PXI-1042 8​槽​机​箱、​实​时​嵌入式​处理​器​和​多个​I / O​模​块​组成,​其中​I / O​模​块​包括:

  • 1​个​PXI-8512 CAN/​HS
  • 2 个​PXI-6143​多功能​数据​采集​(DAQ)​模块
  • 1​个​PXI-6521 8​通道​隔离​继电器​和​8​通道​数字​输入​模块
  • 1​个​PXI-6238 M​系列​多功能​DAQ​模块

 

该​设备​安装​于​靠近​控制​室​PC​的​位置。​在此​设备​上​运行​的​LabVIEW​应用​程序​以​2 ms​的​时间​周期​实​时​监测​系统​以及​试验​台上​每​个​设备​的​运行​状况。​此外,​应用​程序​会对​信号​进行​详细​分析,​并​向​第​一层​架构​报告​试验​台​的​状态。​此外,​PXI​模​块​负责​安全​和​应急​管理。 通过​实​时​软件​中的​确定​性​循环,​LabVIEW Real-​Time​可以​快速​检测​来自​电机​的​警告​或​故障​信号​并​自动​解决​紧急情况,​而无​需​等待​PC​主机​的​输入。

 

该​应用​程序​与​电机​控制​单元​的​网络​进行​通信,​通过​不同​的​通道​形成​了​第三​层​架构:

•​我们​选择​CANopen​协议​通过​屏蔽​串​行​电缆​实现​与​振动​平台​驱动​器​的​消息​通信。​我们​采用​该​协议​是​由于​信号​覆盖​的​距离​较​远,​因为​这些​电机​控制​单元​直接​放置​在​测试​室​中,​距离​PXI​模​块​大约​50​米。

•​针对​控制​室​的​牵引​组​件,​我们​采用​模拟​和​数字​信号​的​组合。

 

我们​的​数据​采集​系统​是​基于​另​一个​PXI-1042​模​块,​没有​配置​实​时​处理​器,​该​系统​放置​于​靠近​试验​台​的​测试​室。​我们​通过​一根​长​光纤​电缆​和​一个​远程​遥控​器​将​该​PXI​模​块​连接​到​PC。​我们​选择​光纤​电缆​是​因为​大型​电​动​列车​电机​会​产生​电​干扰,​而​信号​又​需要​传输​很​长​的​一段​距离​且​大量​的​信号​需要​通过​该​电缆​传输。

 

我们​在​PXI​平台​上​安装​了​多个​NI DAQ​设备,​提供​了​用于​加速度​计​信号​的​24​个​模拟​输入​通道​(24​位,​102 kS/​s/​通道)、​用于​音​频​信号​的​4​个​模拟​输入​通道​(24​位,​204.8 kS/​s/​通道)、​16​个​模拟​输入​通道​(16​位,​1 MS/​s/​通道)、​24​个​数字​输入/​输出​以及​两​个​计数​器​(32​位)。​我们​使用​这些​通道​来​测量​试验​台上​各种​传感器​所​测​得​的​信号,​包括:

 

•1​个​扭矩计

•1​个​转​速计

•4​个​三​轴​加速度​计​(1​个​安装​在​电机​底盘​上,​3​个​安装​在​其中​的​一个​变速箱​上)

•4​个​可​测量​温度​的​双​工业​压​电​加速度​计​和​16​个​简单​的​压​电​加速度​计,​均​安装​在​轴承​座上

•2​个​麦克风

•2​个​环境​温度/​湿度​传感器​和​2​个​热​敏​电阻

 

由​LabVIEW​编​程​且​在​DASY PC​上​运行​的​应用​程序​基于​生产​者 - 消费​者​架构,​以​20 kHz​的​采样​频率​采集​并​存储​46​个​信号。​数据​采集​由​SUSY PXI​模​块​发出​的​数字​信号​触发​并​由​DASY PXI​模​块​通过​其中​一个​数字​输入​进行​检测。

 

作者​信息:

P. Borghesani
POLITECNICO DI MILANO
pietro.borghesani@mail.polimi.it