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1、己0 D 7年月 .第己 6卷第期曲口. . 口. . 白. 曰曰. . 曰. 口飞基于虚拟仪器技术的机车性能测草兴砚申萍王立德(北京交通大学电气工程学院北京10 0 0 44 )摘要:本文介绍了使用PX I和虚拟仪器技术等测试领域新技术设计的新型机车性能测试系统,给出了系统测试原理和结构。测试系统使用了程控硬件校准技术以及软件算法达到了较高的测试精度,能够很好地满足各种类型机车的性能测试要求。关健词:虚拟仪器;机车性能测试;Px l总线;肠b、 q E WTrainPerf or ma nc ete stingsystembasedonvirtualinstr ume ntQinXingku
2、 nS henPingWangLide(E leetriealEngineeringC ollege,B ei ji n gJia ot o吧Univ e r sity,B ei ji呢100044)A城舰t:Inthispaper,itde seribedan ewtrainperfor maneete sti雌systemba sedonPXIbu ste ehnol呀ya ndvirtu alin-str ume ntte ehn ology,andPr e s e nte dthea r ehite etureandPrin eiPleofthesyste讯Thissystemmake
3、suseofPr ogramma-b lehardw aread ju stingte ehn oIO gyandsof twa reskilltoa ehiev ea eeurateme asu r eme nt.Ite a nmeet thedema ndsofPer-f or ma neete stingofva rio u strai几众州留山:vir tu alin str ume nt;trainperf orrnaneete st;PX Ibus;L ab讥EW0引盲近年随着国家铁路建设的高速发展,大量进口和国产新型机车的涌现对测试和评估各种机车的性能提出了新的要求。传统的测试方
4、法使用 的设备陈旧、性能较低、体积较大不便于携带,而其测试数据很多需要手工纪录,数据的归档和管理很不方便。本文介绍 的系统是在最新的Px i总线技术的工业计算机的基础上,配合各种传 感器、检测电路和智能仪器实现的新型的测试系统。对于不同车型的测试只需更改相关测试参数即可,具有一定的通用性。系统软件的开发使用了美国Nl公司的基于图形化G语言的开发环境L abVIEW。它利用技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念,使用 图形化的符号而不是文本式的语言来描述程序的行为,并整合了各种硬件通讯功能,以及丰 富的数据分 析功能和数据图形化显示功能,从而使用户能在较短时间里开发出高效的应用程序。1
5、PXI总线及Lab VIEW简介PX I总线是美国N l公司在199 7年提出的一种专 门为工业数据采集与 自动化应用定制 的包括机械及 电气规范的标准总线结构。它建立在代I总线的基础上,并增加了 1 0MH:参考时钟、8条总线型信号触发线,1 3条本地总线、1 3条星状触发线。将台式PC的强大的性能和价格优势与P CI总线面向仪器领域的必要扩展完美地结合起来,提供了一种以小型、廉价为主要特征的虚拟仪器平台解决方案。随着P CI一E总线标准的推出,PXI一E总线也随 之诞生,提供了更高的总线数据传输带宽,可达到6G B,使得PX I系列总线在数据采集和自动化应用领域有了更广阔的应用前景。Lab
6、VIEW是美国NI公 司的产 品,主要用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域。La bv IEW是一种基于图形编程语言( G语 言)的开发环境,其功能强 大、灵活方便,广泛被工业界、学术界和研究实验室所接受,被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。它与传统编程语言有着诸多相似之处,如相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具等,但二者最大的区别在于:传统编程语言是用文本语言编程,而L abVI EW 用图形语言(即各种图标、图形符号、连线等)编程。用肠bVI EW编程无需太多编程经验,界面非常直观形象,都是工程师们熟悉的旋钮、开关、图形等,对于没有丰富编程经验的工程师们来说无疑是个
7、极好的选择。再者,L abV IEW也提供传统程序语言(如C语言)的接口,对于其 自身不易或不擅长完成的任务可通过利用其他编程语言来实现,从而最终增强了L abV IEW 的整体功能。一个I五bVIEW 程序分为3部分:前面板、框图程序、图标/接线端口。前面板是用于模拟真实仪器的前面板,框图程序则是利用图形语言对前面板上的控件对象(分为控制量和指示量2种)进行控制,图标/接线端口用于把L abV IEW 程序定义成一个子一49一研 究与开发己 DD7年月 第己5卷第3期.!. .程序,从而实现模块化编程。2系统硬件2.1硬件构成根据技术要求,需要对机车的牵引性能、制动性能、防空转性能、辅助电源
8、性能和噪声等进行测试。这些测试对于测量设备而言,要求其基本的测量功能指标有:电压及电流测量、频率测量、温度测量、时间间隔侧量、噪声强度测量、波形参数测量等.以此为基础再综合考虑测量精度、采样率、价格等因素,对传感器、模块仪器及PX I数据采集设备进行选择,最终选型方案如下:(1 )传感器:美国莱姆公 司LT 505一S、LT1 0OS一S、H A Z40 00 - -S RI、CV4一4 00 0,美 国Flu ke公司901一6105、110 10,德意达DF16、DR印5,上海优合UH106以及一部分自制传感器.(2)模块仪器:德国Testo公司545照度计、杭州爱华AWA6218C D型
9、声级计。(3)P XI数据采集系统:PXllolo、P XI8196、PX16 254、PXI5 124、PX14 070、PX16608。3系统软件3.1软件总体结构本系统的软件主要包括:参数设t、性能测试 和数据分析和管理3大部分.其中参数设里中提供了对性能评估的相关参数和系统硬件工作参数的设定功能.性能侧试模块划分为5个测试任务,每个测试任务包括数据采 集、数据处理、数据显示。数据分析和管理模块提供历史测量数据的数据库管理、事后数据分析、相关曲线绘制和图3软件总体结构图2、2提离系统洲t 精度、自适应性和安全性的措施对于测试需要测量的模拟信号,其测量点在车体内分布比较分散,而且很多位于机
10、车主动力回路上不便于再其上进行扩展,故只能将传感器分散安装在机车各处。由此导致传感器的输出信号需经过较长的传翰线才能到达信号调理箱.为克服信号在较长传翰线上的衰减及减小由车内复杂电磁环境造成的干扰,所有传感器的输出均使用42 0mA的电流信号,此外信号传输线都采用了屏蔽线。传感器输出的42 0m A的电流信号在自制的信号调理箱中使用高精度电阻取样,并采用了二阶阻容撼波电路滤波和高精度线性光藕隔离.调理箱内里标准参考电源,用由5 1单片机控制的具有程控零漂校正和放大功能的高精度仪表放大器实现 自校准。单片机外接一块UART芯片扩展 申口,可以同时连接多个模块仪器和计算机。此外对于各种机构动作的开
11、关信号或者电平信号以及模块化仪器的串口信号也使用了光藕进行隔离。调理箱的结构如软件使用L abV IEW集成开发环境编写,由前面板进行显示。在编写数据采集部分的程序前需要先使用L ab-们U w自带的Me a su r eme nt二是其他软件算法,如双采集速率法、软件定时补偿法等。在关于系统测试算法优化的考虑上,采用了软件算法.没有使用硬件法的原因有2点:一是硬件同步措施的加入,增加了系统的复杂性;二是使系统测试成本提高。图4牵引性能测试界面3.3软件框圈设计框图主要由4个主v i组成:机车性能测试v i、数据分析和管理v i、参数设置v i和帮助v i。此外对一些在主要框图中复用次数较多的
12、功能都设计成子v i,这些子v i有数据保存子v i、数据采集子v i、报表生成子v i等。其中报表生成子v i的G语言程序框图如图5所示。4结束语目前,虚拟仪器技术已主要应用于航空航天、军事等领域和科研院所等,在铁路领域应用还不多。但随着虚拟 现实技术的不断完善和发展,以及硬件设备价格的不断下降,虚拟仪器技术在铁路测蚤控制领域将会得到更加广泛 的应用.本文介绍的就是采用基于P xl总线的虚拟仪器技术和L abv iEW可视化编程软件设计完成的一套模块化、通用化的机车性能测试系统.该系统降低了侧试系统 的硬件成本,并且使机车性能侧试系统的便挽性成为可能。系统在数据处理的软件算法上采取了一定的措
13、施提高了系统测试精度,整个系统达到预定 的设计指标,运行稳定可靠。参 考文献图5报表生成子v i的G语言程序框图3.4软件优化算法在测试计量系统中,直流量以及 电阻量的测试算法就目前的测试水平而言,已经达到了相当高的水平,影响整 个系统测试计量精度的测量在于交流信号的测量,具体到本系统中主要包 括交 流电流、电压、有功功率等 的测量。在使用原始采样数据进行各种量值的计算前,使用了软件1刘文彦,周学平,刘辉.现代测试系统LMj.长沙:国防科技大学出版社,199 5.2ROB ERTH.BishopL之ar ni明州thL abview7Expre s sM.乔瑞萍,林欣,译.北京:电子工业出版社,2005 .3陈泽宇.虚拟仪器在自动测试系统设计中的实际应用Jj.计算机应用,199 6(z 一):71一75.4张介秋,陈观圃,翠昌洪,等.虚拟仪器在自动测试系统设计中的实际应用Jj.仪 器仪表学报,2005,26(2):17 2一176.5裘云,王健,秦霆镐.两种改进的软件同步采样实现方法的分析口.电测与仪表,2000,37(9):5一7. 幻北京中科泛华测控技术有限公司.PX I总线技术z.北京:北京中科泛华测控技术有限公司,200 0.
