測控系統(tǒng)是重要系統(tǒng)之一,，缺少測控系統(tǒng)，諸多系統(tǒng)的安全性無法得以保障,。對于測控系統(tǒng),，小編在往期文章中有所介紹。為增進(jìn)大家對測控系統(tǒng)的認(rèn)識，本文將對基于PXI總線技術(shù)的風(fēng)電測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案予以介紹,。

    面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展PXI(PCIeXtensionsforInstrumentaTIon)是一種堅(jiān)固的基于PC的測量和自動(dòng)化平臺,。PXI充分利用了當(dāng)前最普及的臺式計(jì)算機(jī)高速標(biāo)準(zhǔn)接口——PCI，結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅(jiān)固性,、模塊化及Eurocard機(jī)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(dòng)化系統(tǒng)的高性能,、低成本運(yùn)載平臺,。

    本文設(shè)計(jì)了基于PXI總線技術(shù)的風(fēng)電測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過直流調(diào)速設(shè)備控制電機(jī)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境模擬,，并對采集到的環(huán)境參數(shù)及噪聲振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,，最后生成檢測報(bào)告。本文運(yùn)用PXI硬件優(yōu)越的定時(shí),、觸發(fā)性能及LabVIEW虛擬儀器軟件開發(fā)平臺設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟硬件結(jié)構(gòu),，并運(yùn)用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)對復(fù)雜的聲音振動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算和資源分流，以保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定可靠地運(yùn)行,。

    風(fēng)電測控系統(tǒng)將兩個(gè)齒輪箱產(chǎn)品放置在步進(jìn)電機(jī)主軸的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行檢測,，依靠步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)來模擬齒輪箱實(shí)際工作狀況。齒輪箱試驗(yàn)方法如圖1所示,，工作過程分為三個(gè)階段驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行：第一個(gè)階段給齒輪箱加載283kNm的負(fù)載,，電機(jī)首先以1620r/min的轉(zhuǎn)速正轉(zhuǎn)60min，然后再以同樣的速度反轉(zhuǎn)60min,，如此重復(fù)三次,，每次加載不同的負(fù)載;第二、三階段的負(fù)載分別為566kNm,、850kNm,。在電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下,，以檢測環(huán)境參數(shù)及振動(dòng)噪聲的相關(guān)指標(biāo)來評定齒輪箱產(chǎn)品的質(zhì)量,。

    1.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

    整個(gè)系統(tǒng)主要包含運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)、環(huán)境參數(shù)測試子系統(tǒng)和振動(dòng)噪聲測試子系統(tǒng)三個(gè)部分,。

    運(yùn)動(dòng)控制子系統(tǒng)包含運(yùn)動(dòng)決策模塊,、分布式運(yùn)動(dòng)控制器和步進(jìn)電機(jī)。決策模塊向指定的運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送指令,，控制器根據(jù)決策模塊指令和電機(jī)反饋參量調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向,。

    環(huán)境參數(shù)測試子系統(tǒng)負(fù)責(zé)在電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定期間采集溫度、壓力等環(huán)境參量,，并按照用戶指定的報(bào)警范圍檢測各環(huán)境參量,，判斷電機(jī)狀態(tài)是否正常，若環(huán)境參量報(bào)警,，系統(tǒng)通過數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)繼電器和接觸器關(guān)斷電機(jī),。

    振動(dòng)噪聲測試子系統(tǒng)負(fù)責(zé)測量電機(jī)系統(tǒng)環(huán)境噪聲及產(chǎn)品多個(gè)位置振動(dòng)信號的同步采集,，并對聲音振動(dòng)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和離線分析。

    測控系統(tǒng)采用上下位機(jī)架構(gòu),。上位機(jī)為監(jiān)控終端和人機(jī)界面,，包含運(yùn)動(dòng)控制決策模塊、數(shù)據(jù)存儲及離線分析模塊,、通信模塊和參數(shù)顯示模塊等,。下位機(jī)包含嵌入式實(shí)時(shí)控制器、信號調(diào)理模塊,、環(huán)境參數(shù)采集模塊,、報(bào)警檢測模塊、振動(dòng)噪聲采集模塊及通信模塊,。

    2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    系統(tǒng)硬件包含環(huán)境參數(shù)信號調(diào)理及采集部分,、振動(dòng)噪聲采集部分、數(shù)字I/O部分,、信號電氣連接器部分,、運(yùn)動(dòng)控制部分、嵌入式控制器及監(jiān)控終端等,。硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示,，總體架構(gòu)采用NI公司PXI總線設(shè)備，機(jī)箱為可集成SCXI模塊的PXI-1050,，嵌入式控制器為PXI-8106,，外設(shè)模塊包括4塊動(dòng)態(tài)信號分析儀PXI-4472用來采集振動(dòng)噪聲信號，1塊數(shù)字I/OPXI-6528,，1塊數(shù)據(jù)采集卡PXI-6221,。環(huán)境參數(shù)信號調(diào)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(shù)據(jù)采集卡通過機(jī)箱背板總線控制信號調(diào)理模塊，減少了電纜連接,，提高了系統(tǒng)的集成度和擴(kuò)展性,。

    監(jiān)控終端應(yīng)用程序?qū)⒂脩襞渲煤玫脑囼?yàn)流程信息使用TCP/IP協(xié)議下載到PXI-8106嵌入式實(shí)時(shí)控制器，運(yùn)行在實(shí)時(shí)控制器上的應(yīng)用程序按照自動(dòng)流程信息配置決定當(dāng)前時(shí)刻試驗(yàn)臺應(yīng)該打開的電磁閥,，由PXI-6528驅(qū)動(dòng)繼電器完成,。同樣監(jiān)控終端按照流程配置通過Profibus通信卡設(shè)定直流調(diào)速器轉(zhuǎn)速，控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行,，使齒輪箱產(chǎn)品處于試驗(yàn)要求的工作狀態(tài),。工作狀態(tài)穩(wěn)定后，對環(huán)境參數(shù)和振動(dòng)噪聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

    實(shí)時(shí)控制器應(yīng)用程序?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理,，按照流程配置信息決定當(dāng)前時(shí)刻哪些環(huán)境參數(shù)需要進(jìn)行報(bào)警檢測,，如發(fā)生報(bào)警按照用戶配置的報(bào)警等級決定流程執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到不同的安全流程，像正常停車或緊急停車;按照流程配置信息決定當(dāng)前時(shí)刻是否進(jìn)行振動(dòng)噪聲采集和實(shí)時(shí)分析;按照流程配置信息決定哪些試驗(yàn)數(shù)據(jù)需要存入硬盤,。

    3.環(huán)境參數(shù)信號調(diào)理

    由于現(xiàn)場強(qiáng)電弱電環(huán)境并存,、直流調(diào)速器中變頻器的使用等，導(dǎo)致電磁環(huán)境比較復(fù)雜,，這對傳感器變送器等弱電信號的傳輸和采集提出了較高的要求,。為了保證設(shè)備及人員安全并準(zhǔn)確采集傳感器信號，首先,，將試驗(yàn)臺,、數(shù)字量控制柜及測量系統(tǒng)機(jī)柜單點(diǎn)接地，避免地環(huán)干擾;其次,，各傳感器信號線及激勵(lì)線經(jīng)過屏蔽接入測量系統(tǒng),，減小電磁干擾;最后使用SCXI調(diào)理模塊對傳感器變送器信號進(jìn)行隔離、放大,、濾波,，最大限度地提高測量精度。

    在本系統(tǒng)的風(fēng)電齒輪箱產(chǎn)品測試中,，溫度,、壓力等環(huán)境參數(shù)分別使用Pt100熱電阻、壓力變送器將物理信號轉(zhuǎn)化為電信號,，通過SCXI-1581電流激勵(lì)模塊和SCXI-1102放大輸入模塊對鉑電阻信號進(jìn)行信號調(diào)理,，通過SCXI-1125隔離輸入模塊對壓力信號進(jìn)行隔離、放大,、濾波,。為消除線路電阻對鉑電阻信號的影響，Pt100熱電阻使用4線制接入系統(tǒng),。環(huán)境參數(shù)屬于緩變信號,，系統(tǒng)使用4Hz低通濾波器消除50～60Hz工頻干擾。