基于NI LabVIEW、PXI和CompactRIO创建铁路实验室测试台

CETEST S.L.是一个经完全认证的独立测试实验室，为系统和组件提供设计验证和认证服务。我们专注于铁路车辆（车辆及组件）领域，在整个欧洲已享有较高知名度。由于该领域需要进行各种各样的测试，我们采用先进的机电一体化解决方案，通过自行研发或与其他公司合作开发相应的测试系统。此外，我们还可对实验室组件进行结构完整性、抗疲劳性、性能和耐用性测试，以及进行噪声、振动测量和现场动态行为测试。

最近几年，客户的测试需求不断增加，迫使我们需要采用新的测试台与采集和控制设备。得益于NI产品的多功能特性，我们基于NI架构进行了许多更新。

大型结构测试

我们拥有一个专用于大型结构完整性测试的测试台。该测试台可以测试长达35米且具有不同负载组合的结构，可仿真特殊负载和各种工作负载。用于施加纵向负载（可高达100吨）的气动管路通过基于LabVIEW的界面进行控制（见图1）。其他部分的模拟负载（不同高度的压缩或牵引）通过液压执行器施加，可高达400吨。这些测试可监测20个执行器的位移和负载读数，以及来自液压和气动系统的所有信号。为了搭建多功能测试台，我们设计了不同的控制回路。因此，该系统可以独立控制或与其他系统配合控制执行器的位移和负载。此外，必要时，用户还可以手动控制测试台。

完整性和抗疲劳测试

为了了解结构的完整性和抗疲劳性，我们将应变计和位移传感器测量应用于结构的不同位置，这就需要借助多通道采集系统。因此，我们将NI PXIe-4330同步桥输入模块与NI PXI-6225多功能M系列模块相结合，自定义了两个NI PXIe-8108嵌入式控制器采集系统。独立使用时，每个系统可包含多达18个板卡。但如果需要更多的通道，可以在两个系统之间建立通信。为了使系统适应各种测试需求，我们使用LabVIEW Real-Time和LabVIEW FPGA模块开发了配置、可视化和采集软件。

高静态或准静态负载测试

由于其他类型的结构和组件处在各种不同的负载条件下，其所需进行的测试也不尽相同，所以不可能建立统一的标准配置。对于高静态或准静态负载的情况，我们采用700 bar的液压系统和执行器。我们可以控制这些组件的负载和位移。为了实现这些应用，我们使用基于FPGA的系统对NI cRIO-9076实时处理器进行编程，从而远程控制用户定义的负载序列。此外，该系统可以测量、评估并采集来自传感器的信号。

测试车辆旋转元件

为了测试特定的车辆旋转元件（如变速箱和轴承），我们基于NI产品开发了多个采集和控制系统。其中一个是具有可变转速和扭矩的正方形测试台，用于测量变速箱，还有两个用于测试铁路轴箱的功能性能测试台。这些测试台的目的是研究不同的运行状态变量和温度以及润滑脂和燃油分布。

具有负载应用的变速箱测试台

在具有负载应用的变速箱测试台中，我们可以通过控制350 kW的发动机来测试功率高达1 MW的变速箱。我们可以实现高达6000 rpm的速度和高达10千牛/米的扭矩。基于NI PXI-8102嵌入式控制器的测试台控制提供了用户定义的扭矩和速度周期。此外，该系统可以测量、估算以及采集来自传感器（扭矩、速度和温度传感器）的信号和变速器参数。

铁路轴承轴箱

借助铁路轴承轴箱测试台，我们可以创建用户定义的轴向负载和速度周期。此外，该系统可以测量、估算以及采集来自传感器（测压元件、速度和温度传感器）的信号和变速器参数。在本案例中，其中一个测试台的控制是基于NI cRIO-9022嵌入式实时控制器，而另一个测试台则是基于NI PXI-8102嵌入式控制器。

旋转阻力静态特性分析

最后再举一个例子，我们还拥有一个用于转向车车身接头的旋转阻力静态特性分析的测试台。这一阻力测量对于不同理论模型的比较以及曲线循环安全性分析来说至关重要。该控制系统基于NI sbRIO-9631嵌入式控制和采集设备，负责管理210 bar液压系统、设置警报和极限，并生成相对转速控制波形。此外，该系统可以采集位移和扭矩传感器信号。

我们选择基于NI平台的系统来开发铁路车辆集成实验室所需的控制软件和数据采集系统。截至目前，我们使用LabVIEW Real-Time或LabVIEW FPGA来编程CompactRIO、PXI和NI单板RIO。我们也选择了用于采集应变计和上层信号的多通道采集系统来替代结构测试常用的采集系统。

作者信息：

Eduardo Elizalde
CETEST S.L.
西班牙