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大佬讲解测控系统(五),风电测控系统设计方案(下篇)

2020-06-23
来源:21ic

    测控系统的重要性不言而喻,在诸多系统中,测控系统为必不可少的组成模块。在上篇文章中,小编对风电测控系统设计已有初步介绍。本文中,将对风电测控系统剩余内容予以探讨。

    1.振动噪声采集

    对振动噪声信号的采集,试验方法关心24个测试点振动信号的相位关系,因此要求系统对振动信号进行同步采集。系统采用8通道NIPXI-4472动态信号分析仪对噪声和振动信号进行采集,根据试验标准,齿轮箱测试关心24路振动和2路噪声信号,需要使用4块PXI-4472。PXI-4472通道间可做到同步采集,为解决各模块间的同步问题,使用PXI-1050背板上的10MHz系统时钟,将这个统一的时钟信号通过PXI时钟触发同步总线传递到各个模块。

    要做到模块间真正的同步,除时钟信号统一外,还需要触发信号触发各模块同时开始工作,系统将插在PXI-1050机箱2槽的PXI-4472作为主板卡(MasterDevice),其它槽位的PXI-4472作为从板卡(SlaveDevice),从主板卡发送触发信号,该信号通过星形触发总线(StarTrigger)到达各从板卡,电路设计上保证了星形触发线传送到每个模块的时间相等,触发信号偏斜小于1ns,主板卡到各从板卡之间的时延不超过5ns。利用PXI高度集成的时钟触发特性,以较高的性价比,完成了对多个振动噪声通道的同步数据采集。

    以一块主板卡、一块从板卡为例,以上同步触发工作通过LabVIEW编程实现的代码如图3所示。

    

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    2.嵌入式控制器

    齿轮箱测试试验标准要求试验过程中每隔15min进行一次振动噪声信号采集和实时频域傅立叶分析,关心的频率分辨率为0.5Hz,带宽为20kHz,16次谱平均,对于振动信号需要进行频带能量计算,噪声信号需要进行等效声压级计算。这就要求每次计算对时域振动噪声信号以80kS/s采样率采集2s,连续进行16次采集及计算。一次实时处理的程序代码如图4所示。

    除上述振动噪声采集计算外,处理器还要同时进行流程执行、环境参数采集、运动控制通信及数字I/O通信等多项任务,这对处理器的速度和内存提出了更高的要求。另外由于系统需要实时监控直流调速器以及电机运行状态,控制器必须连续稳定运行,对危险状况具备紧急决断能力,因此为保证控制器的时间精确性和性能可靠性,在PXI-8106嵌入式控制器上运行实时操作系统,负责流程执行、数据采集、数据实时处理等时间紧急任务,使用TCP/IP协议通过千兆以太网卡与上位监控终端工控机进行通信,将配置、显示、存储、报表及查询等非实时任务转移到监控终端程序进行处理。

    如果将监控终端应用程序和嵌入式实时控制器程序合并到一台运行Windows操作系统的PC机(配置和PXI-8106相同)上运行,采集程序和图4所示的计算代码连续运行16次需要4~5min,计算过程中,资源基本耗尽,有时还会出现内存溢出的情况。系统应用程序在实时控制器中可独立运行,保证高优先级的数据采集和控制任务优先执行,而且实时操作系统不需要外围设备,单任务运行平台,后台程序和服务少,在这样的系统设计保证下,内存和CPU资源得到分流,上述代码执行16次仅需40s,应用程序的时间精确性和稳定性得到提高,另外由于运行在实时操作系统上的应用程序使用多线程技术编程,与监控终端的通信在计算执行过程中基本不受影响,系统的性能得到大大改善。

    

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    3.信号电气连接器

    系统数据采集及控制部分基于PXI总线设计,具有设备高度集成模块化特性及随之带来的灵活性和扩展性。为了保证整个系统的可扩展性、可更换性、维修简易性,测试系统到现场传感器执行器之间必须具备扩展性强、可靠性强的信号电气连接器

    为实现测试系统资源与被测件测试信号的可靠连接,信号电气连接器装置必须具有测试要求的功率容率、信号频率和使用寿命,由电气连接器所引入的附加信号衰减和干扰必须控制在测试所允许的范围内。

    系统设计了混装模块连接器实现到现场的电气连接。将信号分为环境参数、数字I/O信号及噪声振动信号三组电气连接,使用DIN标准外壳和铝制框分别封装,接口采用线簧连接器。插拔次数大于2万次,具有模块化可扩展性强、接触电阻小、负载电流大、抗震性能好及插拔力轻等优点。使用耐高温的高质量屏蔽线缆进行连接。

    

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