基于PXI總線(xiàn)技術(shù)的風(fēng)電測控系統設計

嵌入式控制器
齒輪箱測試試驗標準要求試驗過(guò)程中每隔15min進(jìn)行一次振動(dòng)噪聲信號采集和實(shí)時(shí)頻域傅立葉分析，關(guān)心的頻率分辨率為0.5Hz，帶寬為20kHz，16次譜平均，對于振動(dòng)信號需要進(jìn)行頻帶能量計算，噪聲信號需要進(jìn)行等效聲壓級計算。這就要求每次計算對時(shí)域振動(dòng)噪聲信號以80kS/s采樣率采集2s，連續進(jìn)行16次采集及計算。一次實(shí)時(shí)處理的程序代碼如圖4所示。
除上述振動(dòng)噪聲采集計算外，處理器還要同時(shí)進(jìn)行流程執行、環(huán)境參數采集、運動(dòng)控制通信及數字I/O通信等多項任務(wù)，這對處理器的速度和內存提出了更高的要求。另外由于系統需要實(shí)時(shí)監控直流調速器以及電機運行狀態(tài)，控制器必須連續穩定運行，對危險狀況具備緊急決斷能力，因此為保證控制器的時(shí)間精確性和性能可靠性，在PXI-8106嵌入式控制器上運行實(shí)時(shí)操作系統，負責流程執行、數據采集、數據實(shí)時(shí)處理等時(shí)間緊急任務(wù)，使用TCP/IP協(xié)議通過(guò)千兆以太網(wǎng)卡與上位監控終端工控機進(jìn)行通信，將配置、顯示、存儲、報表及查詢(xún)等非實(shí)時(shí)任務(wù)轉移到監控終端程序進(jìn)行處理。
如果將監控終端應用程序和嵌入式實(shí)時(shí)控制器程序合并到一臺運行Windows操作系統的PC機（配置和PXI-8106相同）上運行，采集程序和圖4所示的計算代碼連續運行16次需要4～5min，計算過(guò)程中，資源基本耗盡，有時(shí)還會(huì )出現內存溢出的情況。系統應用程序在實(shí)時(shí)控制器中可獨立運行，保證高優(yōu)先級的數據采集和控制任務(wù)優(yōu)先執行，而且實(shí)時(shí)操作系統不需要外圍設備，單任務(wù)運行平臺，后臺程序和服務(wù)少，在這樣的系統設計保證下，內存和CPU資源得到分流，上述代碼執行16次僅需40s，應用程序的時(shí)間精確性和穩定性得到提高，另外由于運行在實(shí)時(shí)操作系統上的應用程序使用多線(xiàn)程技術(shù)編程，與監控終端的通信在計算執行過(guò)程中基本不受影響，系統的性能得到大大改善。

圖4 振動(dòng)噪聲信號一次實(shí)時(shí)處理的程序代碼

信號電氣連接器
系統數據采集及控制部分基于PXI總線(xiàn)設計，具有設備高度集成模塊化特性及隨之帶來(lái)的靈活性和擴展性。為了保證整個(gè)系統的可擴展性、可更換性、維修簡(jiǎn)易性，測試系統到現場(chǎng)傳感器執行器之間必須具備擴展性強、可靠性強的信號電氣連接器。
為實(shí)現測試系統資源與被測件測試信號的可靠連接，信號電氣連接器裝置必須具有測試要求的功率容率、信號頻率和使用壽命，由電氣連接器所引入的附加信號衰減和干擾必須控制在測試所允許的范圍內。
系統設計了混裝模塊連接器實(shí)現到現場(chǎng)的電氣連接。將信號分為環(huán)境參數、數字I/O信號及噪聲振動(dòng)信號三組電氣連接，使用DIN標準外殼和鋁制框分別封裝，接口采用線(xiàn)簧連接器。插拔次數大于2萬(wàn)次，具有模塊化可擴展性強、接觸電阻小、負載電流大、抗震性能好及插拔力輕等優(yōu)點(diǎn)。使用耐高溫的高質(zhì)量屏蔽線(xiàn)纜進(jìn)行連接。
系統軟件設計
本系統的軟件使用LabVIEW開(kāi)發(fā)。LabVIEW是高效圖形化應用開(kāi)發(fā)環(huán)境，將簡(jiǎn)單易用的圖形化開(kāi)發(fā)方式與靈活強大的編程語(yǔ)言的優(yōu)勢合二為一。系統分為監控終端程序和嵌入式控制器程序兩部分。