使用CompactRIO和LabVIEW的SCADA机车测试系统

作者：

Abraham K. Kovelil－Captronics System Pvt.Ltd
Rohit Pandey－Captronic Systems Pvt Ltd
S R. Kumaresh－Captronic Systems Pvt Ltd

Captronic Systems Pvt Ltd是NI的白金级联盟合作伙伴，专注于设计和开发用于研发、设计验证和生产测试的自定义自动化测试、控制和采集系统。

我们的客户之一专门测试用于电力机车的牵引设备，如交流电机和交流发电机。他们过去都是通过手动的方法对在高电压和高额定电流下运行的牵引设备进行不同类型的测试。 

我们使用NI硬件和NI LabVIEW系统设计软件开发了先进的SCADA系统。借助全新的SCADA系统，我们可同时对多种类型的牵引设备进行测试，并将测试过程自动化，同时还可监控重要信号并进行互锁保护。SCADA系统还可分析所采集的信号来提高牵引对象的性能。

系统概述

图1所示为我们使用NI CompactRIO硬件和NI LabVIEW软件创建的SCADA系统的整体设置。该设置包括一个驾驶区、驱动器面板操作室和控制室。

在驾驶区将待测设备(UUT)按照图1所示的方法进行安装，以进行车载和离车测试。通过一个容纳NI 9144 EtherCAT机箱（从设备）的面板来连接附近的传感器，并将数据传送到NI cRIO-9022控制器（主设备）。

驱动器面板操作室安装了交流驱动器和变压器，根据测试是处于驾驶模式还是再生模式，转换来自传输线的功率，从而驱动UUT，反之亦然。通过一个容纳cRIO-9022控制器（主设备）的面板来连接附近驱动器面板室的传感器和执行器（模拟和数字），并通过控制室进行数据采集和控制相应的驱动器。

控制室由两台计算机组成：测试控制器（服务器）和测试评估器（客户端）。测试控制器PC用于运行测试、监测一些参数、分析记录的数据并创建报告。测试评估器PC用于显示与测试相关的所有参数的实时数据，并具有更高级的分析工具。

系统可采集并控制下列信号：

• 10 V－2,000 V高电压、100 A－3,000 A高电流
• 温度参数范围为50 ℃－1,200 ℃
• 数字I/O线
• 转速高达6,000 rpm
• 压力和扭矩参数
• 用于闭环控制的模拟输出

软件架构

整体软件架构分为三个部分：使用LabVIEW FPGA模块构建的FPGA部分、使用LabVIEW Real-Time模块构建的实时部分和主机部分（见图2）。

该应用中的FPGA部分有时运行于cRIO-9022控制器（主设备）中，通过DMA和前面板通信将数据传输到LabVIEW Real-Time模块，有时运行于NI 9144机箱（从设备）中，通过用户定义的变量将数据传输到LabVIEW Real-Time模块。

LabVIEW Real-Time应用程序读写主/从FPGA的数据，并根据用户配置同步、过滤和调整所需的通道。TCP/IP循环用于实现控制器和主机应用程序（测试控制器）之间的通信。它还可以实现启动、测试（手动和自动）、诊断、比例积分微分(PID)控制、互锁和关机循环。

系统具有两个主机应用：测试控制器和测试评估器。测试控制器直接与实时控制器通信，使用户可以通过图形化或模拟面板发送命令、记录数据以及监测一些参数。在测试评估器中，用户只能监控所有有效参数的实时数据。

测试控制器

经设计，测试控制器具有以下功能（见图3）：

• 配置模块：以合适的换算、单位和标志（用于显示和记录）配置模拟输入(AI)、模拟输出(AO)、数字输入(DI)、数字输出(DO)、速度、热电偶(TC)通道，并设置互锁报警限值。借助该模块，用户还可以创建自定义参数（衍生参数）。
• 互锁模块：用于添加/编辑运行测试时所需的互锁。
• 测试编辑器模块：用于添加/编辑运行自动测试所需的测试序列。
• 诊断模块：用于诊断AI、AO、DI、DO、速度和TC信号的运行状况。该模块还能够进行PID参数调整，以控制电动机的速度和电流。
• 校准模块：用于校正AI和AO通道，补偿线路损耗。
• 手动测试模块：设置手动运行测试的条件。以图形化和模拟方式显示已配置的通道。用户可在任何特定时间同时记录高低采样数据。
• 自动测试模块：自动执行配置的测试序列、数据记录和报告生成。以图形化和模拟方式显示已配置的通道。
• 趋势模块：用于离线分析频谱和时间谱中记录的数据。该模块预加载了多个函数（时域和频域）以正确分析数据。
• 报表模块：为针对测试对象进行的所有测试生成一份自定义报告。

测试评估器

该测试评估器（图4）是在客户端PC上独立运行的应用程序，用于在特定测试运行过程中以表格、图像方式查看所采集的数据。用户可同时查看两个测试的数据，也可以轻松地在测试之间进行切换，以查看各自的数据。

生产率提高100%

我们使用CompactRIO和LabVIEW开发了SCADA系统，该系统可独立运行，并可同时进行两个测试。该系统帮助客户将生产率提高了100％，与之前手动测试技术相比，客户现在每天可测试的UUT数量是以前的两倍。此外，借助新增和改进的数据分析和报告生成功能，用户可以密切监测重要参数，执行高级分析，甚至可以验证未来的UUT。

LabVIEW以其用户友好、简单易用的GUI帮助我们快速完成了整个系统的安装和验证。最新的NI产品可帮助我们为客户提供稳定可靠的可扩展系统，以解决当前的测试需求，并使客户现有的测试系统也适用于未来产品的测试和验证。

NI联盟伙伴是独立于NI的商业实体，与NI之间不存在代理、合伙或合资关系。

作者信息：

Abraham K. Kovelil
Captronics System PvtLtd
# 3, Victorian Meadows,Airport－Varthur Road, Marathahalli P.O.
Bangalore
India
abraham@captronicsystems.com.