[NI技术]使用NI PXI、 SCXI和 LabVIEW升级 现有的铁轨和枕木疲 劳测试系统

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1、NI技术使用NI PXI、 SCXI和 LabVIEW升级 现有的铁轨和枕木疲 劳测试系统PXI、SCXI 和LabVIEW是 升级客户陈旧的测试 设备的理想平台。其 最主要的优势是从一 个传统的，包含了两 个大型台式设备的测 试系统转变成为一个 独立的桌面测试系 统。同时，我们还用 一个独立直观的 GUI代替原来笨重 的控制面板、绘图仪 和示波器来显示所有 基于电脑控制的设备 和选项。- Sriram Iyer, The Challenge:使用最先进的技术重 新升级轨道和枕木的 疲劳测试与控制系 统，具有直观的图形 化用户界面来控制四 个独立的液压执行 器，用户可以根据活 塞的位移大小或者

2、施 加在被测单元上的负 载来配置自定义的频 率、幅值和波形。The Solution:主界面使用NI PXI和 SCXI配合 LabVIEW实时 控制模块以及 LabVIEW PID和模糊逻辑工 具包来同步并且独立 地控制四个液压执行 机构。Author (s):Sriram Iyer - Starlin Immanuel - Senthil R. Desappan - Apna Technologies and Solutions 私人有限公司提供高 科技工程产品以及自 定制的铁道解决方 案。我们 与IIT- Kanpur签定了 合同，并在 Sanjay Gupta博士的带 领下开发了一个项

3、 目。我们的客户，印 度铁道公司，拥有一 套80年代的测试设 备，对铁道轨道和枕 木在各种变化的循环 载荷模式下的疲劳生 命周期进行测试，通 过对纵向和横向循环 荷载作用下裂纹萌生 和扩展的研究来实现 结果的测定。为了满足持续增长的 控制精度和周围时间 的需求，客户想要替 换掉传统的系统，使 用一个集成的数据采 集及控制单元和一套 基于PC的用户界面 来取代原来几个机架 的控制单元和示波 器。系统描述该系统使用10 V的模拟输出信号来 控制四个独立的液压 执行机构。循环负载 模式控制是基于来自 NI 0模块采集的负载电池 反馈信号来实现负载 控制的，或者通过从 NI模块采集的线性可变 差分变压

4、器信号来实 现位移控制。用户可 以定义目标负载模式 的循环波形（例如三 角波，正弦波或者方 波）、幅值和频率。 系统同时可以将循环 负载与一个静态负载 叠加。该系统与多套外围的 可编程逻辑控制器 （PLC）进行通讯 以控制泵和电机。图 形化的用户界面是一 个基于菜单的应用程 序，所有的功能都可 以从程序的主界面上 完成（图1）。用户 可以通过设置以及配 置采集按钮来对每一 个通道进行配置（输 入和输出）以及完成 输入通道的校准。用户还可以对每一个 系统参数的安全极限 值进行设置，避免在 测试的过程中发生事 故（图2）。模块会在机器运行的 过程中检查这些设置 值。如果有任何参数 超过了这个安全的

5、极 限值，系统将会自动 地调用安全关闭进 程。我们使用的实时控制 器为控制与安全性能 提供了保证。这些功 能以2毫秒为周期在 定时While循环 中运行。在这个应用 程序中，由于执行机 构的运行以及系统的 实现结果都依靠输出 值，所以这些功能必 须要能够以2毫秒为 周期精确地运行。这 种精度的可靠性只可 能使用实时的控制器 和操作系统才能实 现。实时控制器同时 还以2毫秒为周期对 传感器的输入信号、 安全值以及紧急信号 进行检测，确保测试 系统的安全运行。在测试开始之前，控 制界面将会显示外围 设备控件（图3）。 每一个按钮通过 PLC与测试机架上 的一个特定功能相 连。用户可以自由地对每 一

6、个执行机构进行独 立配置来实现任何的 波形。系统同时可以 在非标准的波形基础 上进行加载来采集实 际的现场数据，通过 任何数据采集系统并 发送输入信号回系统 中。通过这个功能， 我们可以模拟实现的 现场负载条件来提高 测试以及产生的结果 的质量（图4）。系统同步是指用户可 以以一组不同的相位 差设置来驱动一个以 上的执行器并且在不 同的执行器之间保持 这些设定的相位差。 在实现的现场条件 下，当列车车轮压过 轨道和枕木的时候会 产生压力。所以，不 同的位置的轨道受到 的压力会根据列车速 度的不同的特定的延 时。枕木的两端在列 车车轮压过它们的时 候将会同时受到压 力。我们可以使用同 步的选项来

7、在这个系 统上模拟这些运行现 象（图5）。系统优势我们创造的新系统为 我们的客户带来了以 下的优势：现在他们可以同时对 四件不同的测试样品 进行测试，因为每一 个执行机构都是由一 个独立的输出、比例 积分微分（PID） 回路以及反馈通道来 控制的。他们可以通过简单地 将仿真数据作为输入 信号输入系统来执行 现场数据仿真。这样 可以减少现场条件与 实验室研究条件之间 的误差。通过几个通 道执行机构之间的同 步，用户还可以进行 与实际现场条件相似 的运行测试。实现控制器使用定时 While循环来以 2毫秒的固定周期运 行整个进程。这样就 可以保证PID对系 统控制以及安全性能 的响应始终有效。使用

8、基于编程的图形化用户界 面，用户可以在一个 独立的显示屏中观察 所有的参数并且进行 实时的对比研究。结论1/5PXI、SCXI和 LabVIEW是升 级客户陈旧的测试设 备的理想平台。最主 要的优势是从一个传 统的，包含了两个大 型台式设备的测试系 统转变成为一个独立 的桌面测试系统。同 时，我们还用一个独 立直观的GUI代替 原来笨重的控制面 板、绘图仪和示波器 来显示所有基于电脑 控制的设备和选项我们的客户使用全新 的设备来测试样品并 且进行其它特殊的尝 试。他们使用得到的 结论来评估铁道系统 的生命周期和耐用 性。.感谢我们与IIT- Kanpur签定了 合同，并在 Sanjay Gup

9、ta博士的带 领下为印度铁道部门 开发了该项目Author Information:Sriram IyerNo. 1, Coconut Garden Cross, Outer Ring Road, Kalyan Nagar, Post BanaswadiBangaloreIndiaTel: 9940091584sriram. iyerapnatech. com主界面2/5参数设置界面3/5外围设备控制测试配置界面4/5同步界面LegalThis case study (this case study) was developed by a National Instruments (NI) customer. THIS CASE STUDY IS PROVIDED AS IS WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND AND SUBJECT TO CERTAIN RESTRICTIONS AS MORE SPECIFICALLY SET FORTH IN NI.COMS TERMS OF USE 5/5