基于PXI總線技術的風電測控系統設計

　面向儀器系統的PCI擴展PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）是一種堅固的基于PC的測量和自動化平臺。PXI充分利用了當前最普及的臺式計算機高速標準接口――PCI，結合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。這使它成為測量和自動化系統的高性能、低成本運載平臺。
　　本文設計了基于PXI總線技術的風電測控系統。該系統通過直流調速設備控制電機對風力發電機齒輪箱產品進行實際的運行環境模擬，并對采集到的環境參數及噪聲振動數據進行分析，最后生成檢測報告。本文運用PXI硬件優越的定時、觸發性能及LabVIEW虛擬儀器軟件開發平臺設計系統的軟硬件結構，并運用實時操作系統對復雜的聲音振動進行分析計算和資源分流，以保證系統長期穩定可靠地運行。
　　風電測控系統將兩個齒輪箱產品放置在步進電機主軸的兩側同時進行檢測，依靠步進電機的帶動來模擬齒輪箱實際工作狀況。齒輪箱試驗方法如圖1所示，工作過程分為三個階段驅動電機運行：第一個階段給齒輪箱加載283kNm的負載，電機首先以1620r/min的轉速正轉60min，然后再以同樣的速度反轉60min，如此重復三次，每次加載不同的負載；第二、三階段的負載分別為566kNm、850kNm。在電機穩定運行的狀態下，以檢測環境參數及振動噪聲的相關指標來評定齒輪箱產品的質量。

　　系統總體設計
　　整個系統主要包含運動控制子系統、環境參數測試子系統和振動噪聲測試子系統三個部分。
　　運動控制子系統包含運動決策模塊、分布式運動控制器和步進電機。決策模塊向指定的運動控制器發送指令，控制器根據決策模塊指令和電機反饋參量調整電機的轉速和旋轉方向。
　　環境參數測試子系統負責在電機轉速穩定期間采集溫度、壓力等環境參量，并按照用戶指定的報警范圍檢測各環境參量，判斷電機狀態是否正常，若環境參量報警，系統通過數字量輸出驅動繼電器和接觸器關斷電機。
　　振動噪聲測試子系統負責測量電機系統環境噪聲及產品多個位置振動信號的同步采集，并對聲音振動信號進行實時分析和離線分析。
　　測控系統采用上下位機架構。上位機為監控終端和人機界面，包含運動控制決策模塊、數據存儲及離線分析模塊、通信模塊和參數顯示模塊等。下位機包含嵌入式實時控制器、信號調理模塊、環境參數采集模塊、報警檢測模塊、振動噪聲采集模塊及通信模塊。
　　系統硬件設計
　　系統硬件包含環境參數信號調理及采集部分、振動噪聲采集部分、數字I/O部分、信號電氣連接器部分、運動控制部分、嵌入式控制器及監控終端等。硬件結構如圖2所示，總體架構采用NI公司PXI總線設備，機箱為可集成SCXI模塊的PXI-1050，嵌入式控制器為PXI-8106，外設模塊包括4塊動態信號分析儀PXI-4472用來采集振動噪聲信號，1塊數字I/O PXI-6528，1塊數據采集卡PXI-6221。環境參數信號調理部分使用SCXI模塊，RTD溫度輸入使用SCXI-1102和SCXI-1581，壓力輸入使用2塊SCXI-1125。數據采集卡通過機箱背板總線控制信號調理模塊，減少了電纜連接，提高了系統的集成度和擴展性。