為鐵路諧波干擾搭建一個數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)

　　挑戰(zhàn)：

　　設(shè)計一個復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它能夠：測量、監(jiān)控，并抓取各種音頻信號；與其它設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程同步；按照特定的協(xié)議通過多功能車輛總線（MVB）與列車進(jìn)行通信；并且能夠通過管理和處理大量的數(shù)據(jù)來分析軌道網(wǎng)絡(luò)中的諧波干擾。

　　解決方案：

　　開發(fā)一種基于NI PXI硬件平臺以及NI LabVIEW和DIAdem軟件平臺的系統(tǒng)來滿足上述的需求并且能夠迅速而有效地生成報表。

　　Ineco是一家在交通運(yùn)輸行業(yè)有著廣泛經(jīng)驗(yàn)的工程公司。 為了研究諧波在鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方面的影響，我們設(shè)計開發(fā)了一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它整合了系統(tǒng)要求的所有特性。

　　數(shù)據(jù)采集

　　我們的團(tuán)隊(duì)通常在一個移動牽引單元上收集鐵路的數(shù)據(jù)。對于這個項(xiàng)目，我們選擇了NI PXIe-1062Q 8槽的機(jī)箱來將因振動而產(chǎn)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(xié)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(jī)箱配置為一個整體，使得數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)卡和應(yīng)用程序之間的傳輸快速而容易。

　　計算機(jī)同步

　　我們的主要設(shè)計要求之一是能夠在遠(yuǎn)距離運(yùn)動的情況下精確地同步多臺電腦。

　　為了達(dá)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(tǒng)（GPS）達(dá)到同步。 該模塊化的設(shè)備能夠很好的適應(yīng)我們的系統(tǒng)集成，可以很容易融入到整個應(yīng)用程序中，實(shí)現(xiàn)更精確地設(shè)備同步。

　　GPS 用戶界面

　　為了形象化的顯示鐵路上測試點(diǎn)運(yùn)動的位置， 我們通過連接在PXI-6682上的天線接收GPS坐標(biāo)信號，并將坐標(biāo)發(fā)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(diǎn)沒有信號覆蓋，我們就使用已經(jīng)緩存好的軟件地圖代替。

　　應(yīng)用程序

　　我們用LabVIEW開發(fā)了應(yīng)用程序， 因?yàn)樗軌蚝苋菀椎貙⒌母鞣N不同的硬件模塊集成，具有強(qiáng)大的圖形化的開發(fā)環(huán)境，并提供了一種可視化的編程環(huán)境。

　　這個應(yīng)用程序被設(shè)計成能夠在兩種完全不同的環(huán)境里運(yùn)行：第一種是對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)控和實(shí)時處理；第二種是長時間的數(shù)據(jù)采集，這個過程完全自動（沒有任何人的干預(yù)），并且是在一個不間斷電源（UPS）的支持下。

　　我們將這個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(shù)有探針使用的數(shù)量、MVB的通信參數(shù)，火車的類型和型號以及各種顯示控件（例如與驅(qū)動單元）的通訊和狀態(tài)的驗(yàn)證。

　　電壓、電流和GPS

　　這個模塊是負(fù)責(zé)配置以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)來自連接到計算機(jī)的不同的傳感器和GPS信號。如果應(yīng)用程序正在以實(shí)時分析模式運(yùn)行，那么該部分還執(zhí)行信號處理的任務(wù)，例如信號濾波、均方根值運(yùn)算、阻抗、速度計算以及結(jié)果顯示。

　　MVB變量

　　這個模塊負(fù)責(zé)建立MVB通信，通過使用LabVIEW call functions VI調(diào)用在ANSI C中開發(fā)的動態(tài)鏈接庫（dll）來實(shí)現(xiàn)。這些變量也要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)記錄和顯示。

　　這些模塊通過定時循環(huán)保持同步。計算機(jī)與計算機(jī)之間是通過NI 6682模塊提供的GPS時間實(shí)現(xiàn)同步的。

　　為了實(shí)現(xiàn)記錄過程的自動化，我們通過NI-6120模塊發(fā)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(jìn)入了待機(jī)模式。然后PXI就可以安全的關(guān)閉了，這樣可以防止數(shù)據(jù)丟失。

　　數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)信號濾波，在時域和頻域分析數(shù)據(jù)，并且可以生成自動化腳本。所以，我們使用NI DIAdem數(shù)據(jù)管理軟件來滿足這些要求。

　　結(jié)論

　　采用NI PXI平臺，我們?yōu)橐苿訝恳龁卧_發(fā)了一種模塊化、結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。我們選擇了LabVIEW作為開發(fā)環(huán)境，因?yàn)槠渲庇^的圖形化開發(fā)特性、靈活、易于通過MVB協(xié)議集成和維護(hù)。DIAdem數(shù)據(jù)管理軟件通過自動使用腳本報告節(jié)省了我們的數(shù)據(jù)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(fā)展和完善，我們可以很容易地更新，以適應(yīng)可能發(fā)生在鐵路部門的系統(tǒng)級的改變。