為鐵路諧波干擾的研究搭建一個數據采集和監控系統

　　"通過使用NI PXI平臺，我們為移動牽引單元開發了一種模塊化、結構緊湊、穩定可靠的數據采集系統"– Daniel Parra Ramos , Ineco

　　The Challenge:

　　設計一個復雜的數據采集系統，它能夠：測量、監控，并抓取各種音頻信號;與其它設備進行遠程同步;按照特定的協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據來分析軌道網絡中的諧波干擾。

　　The Solution:

　　開發一種基于NI PXI硬件平臺以及NI LabVIEW和DIAdem軟件平臺的系統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有著廣泛經驗的工程公司。 為了研究諧波在鐵路基礎設施建設方面的影響，我們設計開發了一種數據采集系統，它整合了系統要求的所有特性。

　　數據采集

　　我們的團隊通常在一個移動牽引單元上收集鐵路的數據。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，使得數據在數據卡和應用程序之間的傳輸快速而容易。

　　計算機同步

　　我們的主要設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(GPS)達到同步。 該模塊化的設備能夠很好的適應我們的系統集成，可以很容易融入到整個應用程序中，實現更精確地設備同步。

　　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，我們就使用已經緩存好的軟件地圖代替。

圖1. 通過GPS同步的數據采集系統

　　應用程序

　　我們用LabVIEW開發了應用程序， 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環境，并提供了一種可視化的編程環境。

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

　　我們將這個系統的結構分成三個主要模塊。

　　初始化

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

　　電壓、電流和GPS

　　這個模塊是負責配置以及實現數據采集，這些數據來自連接到計算機的不同的傳感器和GPS信號。如果應用程序正在以實時分析模式運行，那么該部分還執行信號處理的任務，例如信號濾波、均方根值運算、阻抗、速度計算以及結果顯示。

　　MVB變量

　　這個模塊負責建立MVB通信，通過使用LabVIEW call functions VI調用在ANSI C中開發的動態鏈接庫(dll)來實現。這些變量也要負責數據記錄和顯示。

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

　　為了實現記錄過程的自動化，我們通過NI-6120模塊發送一個模擬信號給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就可以安全的關閉了，這樣可以防止數據丟失。

     圖2. 在LabVIEW中 監測MVB變量

　　數據管理和處理

　　我們需要一個解決方案來快速地管理大量的數據，能夠實現信號濾波，在時域和頻域分析數據，并且可以生成自動化腳本。所以，我們使用NI DIAdem數據管理軟件來滿足這些要求。

　　                                                      圖3. 由DIAdem腳本產生的數據

       結論

　　采用NI PXI平臺，我們為移動牽引單元開發了一種模塊化、結構緊湊、穩定可靠的數據采集系統。我們選擇了LabVIEW作為開發環境，因為其直觀的圖形化開發特性、靈活、易于通過MVB協議集成和維護。DIAdem數據管理軟件通過自動使用腳本報告節省了我們的數據處理時間和精力。

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