NI技術(shù)使用NI PXI SCXI和 LabVIEW升級(jí) 現(xiàn)有的鐵軌和枕木疲 勞測試系統(tǒng)

1、NI技術(shù)使用NI PXI、 SCXI和 LabVIEW升級(jí) 現(xiàn)有的鐵軌和枕木疲 勞測試系統(tǒng)PXI、SCXI 和LabVIEW是 升級(jí)客戶陳舊的測試 設(shè)備的理想平臺(tái)。其 最主要的優(yōu)勢是從一 個(gè)傳統(tǒng)的，包含了兩 個(gè)大型臺(tái)式設(shè)備的測 試系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成為一個(gè) 獨(dú)立的桌面測試系 統(tǒng)。同時(shí)，我們還用 一個(gè)獨(dú)立直觀的 GUI代替原來笨重 的控制面板、繪圖儀 和示波器來顯示所有 基于電腦控制的設(shè)備 和選項(xiàng)。- Sriram Iyer, The Challenge:使用最先進(jìn)的技術(shù)重 新升級(jí)軌道和枕木的 疲勞測試與控制系 統(tǒng)，具有直觀的圖形 化用戶界面來控制四 個(gè)獨(dú)立的液壓執(zhí)行 器，用戶可以根據(jù)活 塞的位移大小或者

2、施 加在被測單元上的負(fù) 載來配置自定義的頻 率、幅值和波形。The Solution:主界面使用NI PXI和 SCXI配合 LabVIEW實(shí)時(shí) 控制模塊以及 LabVIEW PID和模糊邏輯工 具包來同步并且獨(dú)立 地控制四個(gè)液壓執(zhí)行 機(jī)構(gòu)。Author (s):Sriram Iyer - Starlin Immanuel - Senthil R. Desappan - Apna Technologies and Solutions 私人有限公司提供高 科技工程產(chǎn)品以及自 定制的鐵道解決方 案。我們 與IIT- Kanpur簽定了 合同，并在 Sanjay Gupta博士的帶 領(lǐng)下開發(fā)了一個(gè)項(xiàng)

3、 目。我們的客戶，印 度鐵道公司，擁有一 套80年代的測試設(shè) 備，對(duì)鐵道軌道和枕 木在各種變化的循環(huán) 載荷模式下的疲勞生 命周期進(jìn)行測試，通 過對(duì)縱向和橫向循環(huán) 荷載作用下裂紋萌生 和擴(kuò)展的研究來實(shí)現(xiàn) 結(jié)果的測定。為了滿足持續(xù)增長的 控制精度和周圍時(shí)間 的需求，客戶想要替 換掉傳統(tǒng)的系統(tǒng)，使 用一個(gè)集成的數(shù)據(jù)采 集及控制單元和一套 基于PC的用戶界面 來取代原來幾個(gè)機(jī)架 的控制單元和示波 器。系統(tǒng)描述該系統(tǒng)使用10 V的模擬輸出信號(hào)來 控制四個(gè)獨(dú)立的液壓 執(zhí)行機(jī)構(gòu)。循環(huán)負(fù)載 模式控制是基于來自 NI 0模塊采集的負(fù)載電池 反饋信號(hào)來實(shí)現(xiàn)負(fù)載 控制的，或者通過從 NI模塊采集的線性可變 差分變壓

4、器信號(hào)來實(shí) 現(xiàn)位移控制。用戶可 以定義目標(biāo)負(fù)載模式 的循環(huán)波形（例如三 角波，正弦波或者方 波）、幅值和頻率。 系統(tǒng)同時(shí)可以將循環(huán) 負(fù)載與一個(gè)靜態(tài)負(fù)載 疊加。該系統(tǒng)與多套外圍的 可編程邏輯控制器 （PLC）進(jìn)行通訊 以控制泵和電機(jī)。圖 形化的用戶界面是一 個(gè)基于菜單的應(yīng)用程 序，所有的功能都可 以從程序的主界面上 完成（圖1）。用戶 可以通過設(shè)置以及配 置采集按鈕來對(duì)每一 個(gè)通道進(jìn)行配置（輸 入和輸出）以及完成 輸入通道的校準(zhǔn)。用戶還可以對(duì)每一個(gè) 系統(tǒng)參數(shù)的安全極限 值進(jìn)行設(shè)置，避免在 測試的過程中發(fā)生事 故（圖2）。模塊會(huì)在機(jī)器運(yùn)行的 過程中檢查這些設(shè)置 值。如果有任何參數(shù) 超過了這個(gè)安全的

5、極 限值，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng) 地調(diào)用安全關(guān)閉進(jìn) 程。我們使用的實(shí)時(shí)控制 器為控制與安全性能 提供了保證。這些功 能以2毫秒為周期在 定時(shí)While循環(huán) 中運(yùn)行。在這個(gè)應(yīng)用 程序中，由于執(zhí)行機(jī) 構(gòu)的運(yùn)行以及系統(tǒng)的 實(shí)現(xiàn)結(jié)果都依靠輸出 值，所以這些功能必 須要能夠以2毫秒為 周期精確地運(yùn)行。這 種精度的可靠性只可 能使用實(shí)時(shí)的控制器 和操作系統(tǒng)才能實(shí) 現(xiàn)。實(shí)時(shí)控制器同時(shí) 還以2毫秒為周期對(duì) 傳感器的輸入信號(hào)、 安全值以及緊急信號(hào) 進(jìn)行檢測，確保測試 系統(tǒng)的安全運(yùn)行。在測試開始之前，控 制界面將會(huì)顯示外圍 設(shè)備控件（圖3）。 每一個(gè)按鈕通過 PLC與測試機(jī)架上 的一個(gè)特定功能相 連。用戶可以自由地對(duì)每 一

6、個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行獨(dú) 立配置來實(shí)現(xiàn)任何的 波形。系統(tǒng)同時(shí)可以 在非標(biāo)準(zhǔn)的波形基礎(chǔ) 上進(jìn)行加載來采集實(shí) 際的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，通過 任何數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并 發(fā)送輸入信號(hào)回系統(tǒng) 中。通過這個(gè)功能， 我們可以模擬實(shí)現(xiàn)的 現(xiàn)場負(fù)載條件來提高 測試以及產(chǎn)生的結(jié)果 的質(zhì)量（圖4）。系統(tǒng)同步是指用戶可 以以一組不同的相位 差設(shè)置來驅(qū)動(dòng)一個(gè)以 上的執(zhí)行器并且在不 同的執(zhí)行器之間保持 這些設(shè)定的相位差。 在實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場條件 下，當(dāng)列車車輪壓過 軌道和枕木的時(shí)候會(huì) 產(chǎn)生壓力。所以，不 同的位置的軌道受到 的壓力會(huì)根據(jù)列車速 度的不同的特定的延 時(shí)。枕木的兩端在列 車車輪壓過它們的時(shí) 候?qū)?huì)同時(shí)受到壓 力。我們可以使用同 步的選項(xiàng)來

7、在這個(gè)系 統(tǒng)上模擬這些運(yùn)行現(xiàn) 象（圖5）。系統(tǒng)優(yōu)勢我們創(chuàng)造的新系統(tǒng)為 我們的客戶帶來了以 下的優(yōu)勢：現(xiàn)在他們可以同時(shí)對(duì) 四件不同的測試樣品 進(jìn)行測試，因?yàn)槊恳?個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)都是由一 個(gè)獨(dú)立的輸出、比例 積分微分（PID） 回路以及反饋通道來 控制的。他們可以通過簡單地 將仿真數(shù)據(jù)作為輸入 信號(hào)輸入系統(tǒng)來執(zhí)行 現(xiàn)場數(shù)據(jù)仿真。這樣 可以減少現(xiàn)場條件與 實(shí)驗(yàn)室研究條件之間 的誤差。通過幾個(gè)通 道執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的同 步，用戶還可以進(jìn)行 與實(shí)際現(xiàn)場條件相似 的運(yùn)行測試。實(shí)現(xiàn)控制器使用定時(shí) While循環(huán)來以 2毫秒的固定周期運(yùn) 行整個(gè)進(jìn)程。這樣就 可以保證PID對(duì)系 統(tǒng)控制以及安全性能 的響應(yīng)始終有效。使用

8、基于編程的圖形化用戶界 面，用戶可以在一個(gè) 獨(dú)立的顯示屏中觀察 所有的參數(shù)并且進(jìn)行 實(shí)時(shí)的對(duì)比研究。結(jié)論1/5PXI、SCXI和 LabVIEW是升 級(jí)客戶陳舊的測試設(shè) 備的理想平臺(tái)。最主 要的優(yōu)勢是從一個(gè)傳 統(tǒng)的，包含了兩個(gè)大 型臺(tái)式設(shè)備的測試系 統(tǒng)轉(zhuǎn)變成為一個(gè)獨(dú)立 的桌面測試系統(tǒng)。同 時(shí)，我們還用一個(gè)獨(dú) 立直觀的GUI代替 原來笨重的控制面 板、繪圖儀和示波器 來顯示所有基于電腦 控制的設(shè)備和選項(xiàng)我們的客戶使用全新 的設(shè)備來測試樣品并 且進(jìn)行其它特殊的嘗 試。他們使用得到的 結(jié)論來評(píng)估鐵道系統(tǒng) 的生命周期和耐用 性。.感謝我們與IIT- Kanpur簽定了 合同，并在 Sanjay Gup

9、ta博士的帶 領(lǐng)下為印度鐵道部門 開發(fā)了該項(xiàng)目Author Information:Sriram IyerNo. 1, Coconut Garden Cross, Outer Ring Road, Kalyan Nagar, Post BanaswadiBangaloreIndiaTel: 9940091584sriram. iyerapnatech. com主界面2/5參數(shù)設(shè)置界面3/5外圍設(shè)備控制測試配置界面4/5同步界面LegalThis case study (this case study) was developed by a National Instruments (NI) customer. THIS CASE STUD