開(kāi)發(fā)SCADA無(wú)線(xiàn)電設備的自動(dòng)化測試系統

Aprisa SR典型應用網(wǎng)絡(luò )圖

NI PXI 射頻平臺是一個(gè)理想的選擇，因為它具有成套的范例，組件易于獲取，并且運行快速。工程師們用于理解射頻原理的時(shí)間變少，這樣他們就可以集中精力開(kāi)發(fā)更加優(yōu)化且易于使用的測試序列應用。

- Christopher Farmer, CPE Systems

挑戰:

為一個(gè)智能監控和數據采集(SCADA)無(wú)線(xiàn)電設備設計和開(kāi)發(fā)一個(gè)具有成本效益的測試解決方案，使其能夠適應較大的生產(chǎn)產(chǎn)量，并可以進(jìn)行一系列復雜的設備編程、測試和射頻校準任務(wù)，而且整個(gè)過(guò)程中只需極少的操作人員干預，每個(gè)單元的測試時(shí)間少于5分鐘。

解決方案:

使用NI 射頻PXI技術(shù)，并結合性能強大的NI TestStand和NI LabVIEW軟件，開(kāi)發(fā)一個(gè)可靠的測試系統，提供滿(mǎn)足大型組件測試要求所需的靈活性。

NI 聯(lián)盟合作伙伴 CPE Systems Pty Ltd (CPE)公司與各個(gè)行業(yè)的領(lǐng)先者已經(jīng)合作長(cháng)達15年之久。他們在測試、視覺(jué)、狀態(tài)監測與控制方面，設計和開(kāi)發(fā)了超過(guò)700個(gè)創(chuàng )新解決方案。他們的客戶(hù)遍及航空航天、國防、農業(yè)、電力/能源/水、科研、信息和通信技術(shù)、以及生物醫藥行業(yè)。

4RF Communications公司專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)一點(diǎn)到多點(diǎn)的遠程無(wú)線(xiàn)鏈接產(chǎn)品。Aprisa SR 是一個(gè)點(diǎn)到多點(diǎn)的智能SCADA無(wú)線(xiàn)電系統，在 400MHz到470MHz的許可頻段間運行，具有12.5kHz帶寬和9.6 kbit/s容量的窄帶。它被應用于石油、天然氣和公用事業(yè)公司的大范圍檢測和控制應用中?；贗P的設計具有更強的安全性，對復雜的SCADA網(wǎng)絡(luò )的處理更加有效。上述的無(wú)線(xiàn)電產(chǎn)品可配置為一個(gè)基站、遠程站或者中繼器，并使用大量的串口和以太網(wǎng)接口。

這一最新的低成本無(wú)線(xiàn)電產(chǎn)品專(zhuān)門(mén)針對現場(chǎng)應用而設計，并批量地用于工業(yè)市場(chǎng)。這意味著(zhù)4RF Communications公司需要改變測試策略，以確保每個(gè)單元具有較低的測試成本，以及較高的吞吐量，而且可以對產(chǎn)品的許多功能都具有較好的測試覆蓋率。

4RF Communications公司決定將測試系統的開(kāi)發(fā)外包給測試和測量領(lǐng)域的領(lǐng)導者之一，也是NI聯(lián)盟合作伙伴的CPE Systems公司。CPE公司在NI PXI 射頻平臺和 NI TestStand 和LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境方面的知識，與4RF在RF測試和校準方面的豐富經(jīng)驗形成了互補。

測試開(kāi)發(fā)過(guò)程

系統的測試目標如下：

· 五分鐘內完成板卡的測試

· 適用于大批量生產(chǎn)

· 可無(wú)人值守運行

· 由非技術(shù)人員操作

· 用測試板卡一邊上的測試探針訪(fǎng)問(wèn)所有測試點(diǎn)

· 包括一個(gè)調試工具

· 允許未來(lái)擴展其它產(chǎn)品品種(更多的RF頻段和帶寬)

測試分為三個(gè)主要領(lǐng)域：

· 直流測試——用于測試組件值、電源電壓、電源消耗以及低電壓關(guān)閉、開(kāi)關(guān)面板和LED指示的功能測試。

· 內置自測試(BIST)——用于引導加載程序和軟件安裝，測試RAM和閃存，并確認以太網(wǎng)地址分配。這些測試被編程到設備中，并通過(guò)命令行接口進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

· RF功能測試和校準——用于測試和校準發(fā)射器、接收器和Aprisa SR板卡的系統功能。

開(kāi)發(fā)系統時(shí)所面臨的挑戰

根據產(chǎn)品開(kāi)發(fā)計劃的要求，測試系統與產(chǎn)品需要并行開(kāi)發(fā)，這通常需要多個(gè)版本的板卡設計。然而，由于測試系統采用了特殊的設計方法、非常靈活，使得印刷電路板(PCB)的重新設計工作只需要改變一下測試引腳布局(也被稱(chēng)為釘床)即可。通過(guò)使用NI硬件和軟件，極大地提高了CPE Systems公司的能力，實(shí)現了同步開(kāi)發(fā)。而且，這一開(kāi)發(fā)過(guò)程也得益于4RF Communications和CPE Systems之間的溝通，以及高效的項目和配置管理過(guò)程。

NI TestStand固有的模塊化架構使得所開(kāi)發(fā)的測試序列、LabVIEW軟件驅動(dòng)以及測試夾具硬件可以很容易地分布在CPE Systems公司位于澳大利亞和新西蘭的多個(gè)的辦公室之中，并允許多個(gè)開(kāi)發(fā)人員在遠程分別開(kāi)發(fā)各個(gè)組件。該項目在位于奧克蘭的新西蘭辦公室內統一協(xié)調，系統在最終交付用戶(hù)的生產(chǎn)設施(位于克賴(lài)斯特徹奇)之前的集成與測試工作也在這里進(jìn)行。

測試系統的主要制約因素之一是測試時(shí)間，每個(gè)板卡的測試需共計要在5分鐘之內完成。這一測試時(shí)間目標需要對射頻校準算法進(jìn)行大量的優(yōu)化，以確保它們運行更加高效。所選的PXI 射頻信號分析儀和PXI射頻信號發(fā)生器的速度和功能要支持這個(gè)算法優(yōu)化過(guò)程。

Aprisa SR PCBA包括射頻發(fā)射和接收電路，并且要在它的外殼以外進(jìn)行測試。因此，需要考慮射頻干擾和屏蔽的問(wèn)題，并在夾具設計中需要確保信號完整性和安全性。通過(guò)使用產(chǎn)品外殼的CAD模型滿(mǎn)足了這一要求，用機器制造了一個(gè)射頻屏蔽外殼，它形成了夾具頂板的一部分。這種屏蔽的方法使得來(lái)自測試夾具的結果非常接近于板卡在殼中時(shí)所獲取的結果。

Aprisa SR無(wú)線(xiàn)電產(chǎn)品具有內部數據加密，使其無(wú)法產(chǎn)生仿真的數據流來(lái)測試接收器的靈敏度。使用NI矢量信號分析儀，我們能夠記錄和轉發(fā)無(wú)線(xiàn)電信號。然后，我們可以在不同級別上使用NI失量信號發(fā)生器，以實(shí)際數據測試接收器的靈敏度。這種方法意味著(zhù)即使加密過(guò)程在未來(lái)發(fā)生了改變，也不會(huì )影響測試系統軟件。

結果

射頻測試系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在一些令人關(guān)注的挑戰，其中既有在管理過(guò)程中需要協(xié)調跨多個(gè)網(wǎng)站的項目的問(wèn)題，還有在引入屏蔽的同時(shí)以一個(gè)很高的速度測試一個(gè)復雜的射頻產(chǎn)品等技術(shù)難題。

CPE Systems公司迎難而上，開(kāi)發(fā)了一個(gè)可靠的測試系統，可以滿(mǎn)足所有客戶(hù)的需求。它能夠按時(shí)交付，滿(mǎn)足了緊張的產(chǎn)品發(fā)布進(jìn)度要求。他們所開(kāi)發(fā)的成果是一個(gè)自定義的、且價(jià)格合理的測試系統，能夠對創(chuàng )新型的高性能SCADA無(wú)線(xiàn)電產(chǎn)品進(jìn)行測試和支持。

NI PXI射頻平臺是一個(gè)理想的選擇，因為它具有成套的范例，組件易于獲取，并且運行快速。工程師們用于理解射頻原理的時(shí)間變少，這樣他們就可以集中精力開(kāi)發(fā)一個(gè)更加優(yōu)化且易于使用的測試序列應用。