為鐵路諧波干擾的研究搭建一個數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)

　　"通過使用NI PXI平臺，我們?yōu)橐苿訝恳龁卧_發(fā)了一種模塊化、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)"– Daniel Parra Ramos , Ineco

　　The Challenge:

　　設(shè)計一個復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它能夠：測量、監(jiān)控，并抓取各種音頻信號;與其它設(shè)備進行遠程同步;按照特定的協(xié)議通過多功能車輛總線(MVB)與列車進行通信;并且能夠通過管理和處理大量的數(shù)據(jù)來分析軌道網(wǎng)絡(luò)中的諧波干擾。

　　The Solution:

　　開發(fā)一種基于NI PXI硬件平臺以及NI LabVIEW和DIAdem軟件平臺的系統(tǒng)來滿足上述的需求并且能夠迅速而有效地生成報表。

　　Author(s):

　　Daniel Parra Ramos - Ineco

　　Ineco是一家在交通運輸行業(yè)有著廣泛經(jīng)驗的工程公司。 為了研究諧波在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的影響，我們設(shè)計開發(fā)了一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它整合了系統(tǒng)要求的所有特性。

　　數(shù)據(jù)采集

　　我們的團隊通常在一個移動牽引單元上收集鐵路的數(shù)據(jù)。對于這個項目，我們選擇了NI PXIe-1062Q 8槽的機箱來將因振動而產(chǎn)生的影響降到最低。

　　通過基于PXI硬件平臺的NI 6123和NI 6120模塊，我們以50,000赫茲的采樣率同步采集了變化的電壓和電流信號，這使得我們能夠記錄下整個音頻頻率范圍的信號。 為了連接這些模塊，我們使用NI TB-2708、TB-2709和TB-2705這三種接線端子來提供前兩個SMB的連接和最后直接信號電纜的連接。

　　MVB通信

　　我們需要用一塊MVB協(xié)議的通信卡捕獲不同牽引單元上的不同信號。 通過使用DLL-specific LabVIEW VI，PXI平臺和LabVIEW 將整個機箱配置為一個整體，使得數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)卡和應(yīng)用程序之間的傳輸快速而容易。

　　計算機同步

　　我們的主要設(shè)計要求之一是能夠在遠距離運動的情況下精確地同步多臺電腦。

　　為了達到所需的同步，我們決定用NI PXI-6682定時和同步模塊與全球定位系統(tǒng)(GPS)達到同步。 該模塊化的設(shè)備能夠很好的適應(yīng)我們的系統(tǒng)集成，可以很容易融入到整個應(yīng)用程序中，實現(xiàn)更精確地設(shè)備同步。

　　GPS 用戶界面

　　為了形象化的顯示鐵路上測試點運動的位置， 我們通過連接在PXI-6682上的天線接收GPS坐標信號，并將坐標發(fā)送給集成了Google Earth的用戶界面。我們通過3G連接到Google Earth(谷歌地球)，假如該地點沒有信號覆蓋，我們就使用已經(jīng)緩存好的軟件地圖代替。

圖1. 通過GPS同步的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　應(yīng)用程序

　　我們用LabVIEW開發(fā)了應(yīng)用程序， 因為它能夠很容易地將的各種不同的硬件模塊集成，具有強大的圖形化的開發(fā)環(huán)境，并提供了一種可視化的編程環(huán)境。

　　這個應(yīng)用程序被設(shè)計成能夠在兩種完全不同的環(huán)境里運行：第一種是對數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)控和實時處理;第二種是長時間的數(shù)據(jù)采集，這個過程完全自動(沒有任何人的干預(yù))，并且是在一個不間斷電源(UPS)的支持下。

　　我們將這個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分成三個主要模塊。

　　初始化

　　在初始化模塊中，我們的基本參數(shù)有探針使用的數(shù)量、MVB的通信參數(shù)，火車的類型和型號以及各種顯示控件(例如與驅(qū)動單元)的通訊和狀態(tài)的驗證。

　　電壓、電流和GPS

　　這個模塊是負責(zé)配置以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)來自連接到計算機的不同的傳感器和GPS信號。如果應(yīng)用程序正在以實時分析模式運行，那么該部分還執(zhí)行信號處理的任務(wù)，例如信號濾波、均方根值運算、阻抗、速度計算以及結(jié)果顯示。

　　MVB變量

　　這個模塊負責(zé)建立MVB通信，通過使用LabVIEW call functions VI調(diào)用在ANSI C中開發(fā)的動態(tài)鏈接庫(dll)來實現(xiàn)。這些變量也要負責(zé)數(shù)據(jù)記錄和顯示。

　　這些模塊通過定時循環(huán)保持同步。計算機與計算機之間是通過NI 6682模塊提供的GPS時間實現(xiàn)同步的。

　　為了實現(xiàn)記錄過程的自動化，我們通過NI-6120模塊發(fā)送一個模擬信號給UPS(不間斷電源)。這個信號是一個讓UPS斷開的命令，這樣它就進入了待機模式。然后PXI就可以安全的關(guān)閉了，這樣可以防止數(shù)據(jù)丟失。

     圖2. 在LabVIEW中 監(jiān)測MVB變量

　　數(shù)據(jù)管理和處理

　　我們需要一個解決方案來快速地管理大量的數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)信號濾波，在時域和頻域分析數(shù)據(jù)，并且可以生成自動化腳本。所以，我們使用NI DIAdem數(shù)據(jù)管理軟件來滿足這些要求。

　　                                                      圖3. 由DIAdem腳本產(chǎn)生的數(shù)據(jù)

       結(jié)論

　　采用NI PXI平臺，我們?yōu)橐苿訝恳龁卧_發(fā)了一種模塊化、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。我們選擇了LabVIEW作為開發(fā)環(huán)境，因為其直觀的圖形化開發(fā)特性、靈活、易于通過MVB協(xié)議集成和維護。DIAdem數(shù)據(jù)管理軟件通過自動使用腳本報告節(jié)省了我們的數(shù)據(jù)處理時間和精力。

　　隨著NI軟件和硬件所提供的集成效果不斷的發(fā)展和完善，我們可以很容易地更新，以適應(yīng)可能發(fā)生在鐵路部門的系統(tǒng)級的改變。