基于PXI總線(xiàn)技術(shù)的風(fēng)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(dòng)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(xiàn)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(zhuān)門(mén)的同步總線(xiàn)和主要軟件特性。這使它成為測量和自動(dòng)化系統的高性能、低成本運載平臺。
　　本文設計了基于PXI總線(xiàn)技術(shù)的風(fēng)電測控系統。該系統通過(guò)直流調速設備控制電機對風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)際的運行環(huán)境模擬，并對采集到的環(huán)境參數及噪聲振動(dòng)數據進(jìn)行分析，最后生成檢測報告。本文運用PXI硬件優(yōu)越的定時(shí)、觸發(fā)性能及LabVIEW虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺設計系統的軟硬件結構，并運用實(shí)時(shí)操作系統對復雜的聲音振動(dòng)進(jìn)行分析計算和資源分流，以保證系統長(cháng)期穩定可靠地運行。
　　風(fēng)電測控系統將兩個(gè)齒輪箱產(chǎn)品放置在步進(jìn)電機主軸的兩側同時(shí)進(jìn)行檢測，依靠步進(jìn)電機的帶動(dòng)來(lái)模擬齒輪箱實(shí)際工作狀況。齒輪箱試驗方法如圖1所示，工作過(guò)程分為三個(gè)階段驅動(dòng)電機運行：第一個(gè)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(tài)下，以檢測環(huán)境參數及振動(dòng)噪聲的相關(guān)指標來(lái)評定齒輪箱產(chǎn)品的質(zhì)量。

　　系統總體設計
　　整個(gè)系統主要包含運動(dòng)控制子系統、環(huán)境參數測試子系統和振動(dòng)噪聲測試子系統三個(gè)部分。
　　運動(dòng)控制子系統包含運動(dòng)決策模塊、分布式運動(dòng)控制器和步進(jìn)電機。決策模塊向指定的運動(dòng)控制器發(fā)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(huán)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(huán)境參量，并按照用戶(hù)指定的報警范圍檢測各環(huán)境參量，判斷電機狀態(tài)是否正常，若環(huán)境參量報警，系統通過(guò)數字量輸出驅動(dòng)繼電器和接觸器關(guān)斷電機。
　　振動(dòng)噪聲測試子系統負責測量電機系統環(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(xiàn)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(dòng)控制決策模塊、數據存儲及離線(xiàn)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(shí)時(shí)控制器、信號調理模塊、環(huán)境參數采集模塊、報警檢測模塊、振動(dòng)噪聲采集模塊及通信模塊。
　　系統硬件設計
　　系統硬件包含環(huán)境參數信號調理及采集部分、振動(dòng)噪聲采集部分、數字I/O部分、信號電氣連接器部分、運動(dòng)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(xiàn)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(dòng)態(tài)信號分析儀PXI-4472用來(lái)采集振動(dòng)噪聲信號，1塊數字I/O PXI-6528，1塊數據采集卡PXI-6221。環(huán)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(guò)機箱背板總線(xiàn)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。