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

1、NI技術使用NI PXI、 SCXI和 LabVIEW升級 現(xiàn)有的鐵軌和枕木疲 勞測試系統(tǒng)PXI、SCXI 和LabVIEW是 升級客戶陳舊的測試 設備的理想平臺。其 最主要的優(yōu)勢是從一 個傳統(tǒng)的，包含了兩 個大型臺式設備的測 試系統(tǒng)轉變成為一個 獨立的桌面測試系 統(tǒng)。同時，我們還用 一個獨立直觀的 GUI代替原來笨重 的控制面板、繪圖儀 和示波器來顯示所有 基于電腦控制的設備 和選項。- Sriram Iyer, The Challenge:使用最先進的技術重 新升級軌道和枕木的 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 個獨立的液壓執(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 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實時 控制模塊以及 LabVIEW PID和模糊邏輯工 具包來同步并且獨立 地控制四個液壓執(zhí)行 機構。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 領下開發(fā)了一個項

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

4、器信號來實 現(xiàn)位移控制。用戶可 以定義目標負載模式 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)同時可以將循環(huán) 負載與一個靜態(tài)負載 疊加。該系統(tǒng)與多套外圍的 可編程邏輯控制器 （PLC）進行通訊 以控制泵和電機。圖 形化的用戶界面是一 個基于菜單的應用程 序，所有的功能都可 以從程序的主界面上 完成（圖1）。用戶 可以通過設置以及配 置采集按鈕來對每一 個通道進行配置（輸 入和輸出）以及完成 輸入通道的校準。用戶還可以對每一個 系統(tǒng)參數(shù)的安全極限 值進行設置，避免在 測試的過程中發(fā)生事 故（圖2）。模塊會在機器運行的 過程中檢查這些設置 值。如果有任何參數(shù) 超過了這個安全的

5、極 限值，系統(tǒng)將會自動 地調(diào)用安全關閉進 程。我們使用的實時控制 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While循環(huán) 中運行。在這個應用 程序中，由于執(zhí)行機 構的運行以及系統(tǒng)的 實現(xiàn)結果都依靠輸出 值，所以這些功能必 須要能夠以2毫秒為 周期精確地運行。這 種精度的可靠性只可 能使用實時的控制器 和操作系統(tǒng)才能實 現(xiàn)。實時控制器同時 還以2毫秒為周期對 傳感器的輸入信號、 安全值以及緊急信號 進行檢測，確保測試 系統(tǒng)的安全運行。在測試開始之前，控 制界面將會顯示外圍 設備控件（圖3）。 每一個按鈕通過 PLC與測試機架上 的一個特定功能相 連。用戶可以自由地對每 一

6、個執(zhí)行機構進行獨 立配置來實現(xiàn)任何的 波形。系統(tǒng)同時可以 在非標準的波形基礎 上進行加載來采集實 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)送輸入信號回系統(tǒng) 中。通過這個功能， 我們可以模擬實現(xiàn)的 現(xiàn)場負載條件來提高 測試以及產(chǎn)生的結果 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 差設置來驅動一個以 上的執(zhí)行器并且在不 同的執(zhí)行器之間保持 這些設定的相位差。 在實現(xiàn)的現(xiàn)場條件 下，當列車車輪壓過 軌道和枕木的時候會 產(chǎn)生壓力。所以，不 同的位置的軌道受到 的壓力會根據(jù)列車速 度的不同的特定的延 時。枕木的兩端在列 車車輪壓過它們的時 候將會同時受到壓 力。我們可以使用同 步的選項來

7、在這個系 統(tǒng)上模擬這些運行現(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)在他們可以同時對 四件不同的測試樣品 進行測試，因為每一 個執(zhí)行機構都是由一 個獨立的輸出、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 實驗室研究條件之間 的誤差。通過幾個通 道執(zhí)行機構之間的同 步，用戶還可以進行 與實際現(xiàn)場條件相似 的運行測試。實現(xiàn)控制器使用定時 While循環(huán)來以 2毫秒的固定周期運 行整個進程。這樣就 可以保證PID對系 統(tǒng)控制以及安全性能 的響應始終有效。使用

8、基于編程的圖形化用戶界 面，用戶可以在一個 獨立的顯示屏中觀察 所有的參數(shù)并且進行 實時的對比研究。結論1/5PXI、SCXI和 LabVIEW是升 級客戶陳舊的測試設 備的理想平臺。最主 要的優(yōu)勢是從一個傳 統(tǒng)的，包含了兩個大 型臺式設備的測試系 統(tǒng)轉變成為一個獨立 的桌面測試系統(tǒng)。同 時，我們還用一個獨 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 控制的設備和選項我們的客戶使用全新 的設備來測試樣品并 且進行其它特殊的嘗 試。他們使用得到的 結論來評估鐵道系統(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 領下為印度鐵道部門 開發(fā)了該項目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)設置界面3/5外圍設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