基于PXI總線技術(shù)的風(fēng)電測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

嵌入式控制器
齒輪箱測(cè)試試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)過(guò)程中每隔15min進(jìn)行一次振動(dòng)噪聲信號(hào)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(duì)于振動(dòng)信號(hào)需要進(jìn)行頻帶能量計(jì)算，噪聲信號(hào)需要進(jìn)行等效聲壓級(jí)計(jì)算。這就要求每次計(jì)算對(duì)時(shí)域振動(dòng)噪聲信號(hào)以80kS/s采樣率采集2s，連續(xù)進(jìn)行16次采集及計(jì)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(jì)算外，處理器還要同時(shí)進(jìn)行流程執(zhí)行、環(huán)境參數(shù)采集、運(yùn)動(dòng)控制通信及數(shù)字I/O通信等多項(xiàng)任務(wù)，這對(duì)處理器的速度和內(nèi)存提出了更高的要求。另外由于系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控直流調(diào)速器以及電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，控制器必須連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)危險(xiǎn)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(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)流程執(zhí)行、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)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(jiān)控終端工控機(jī)進(jìn)行通信，將配置、顯示、存儲(chǔ)、報(bào)表及查詢等非實(shí)時(shí)任務(wù)轉(zhuǎn)移到監(jiān)控終端程序進(jìn)行處理。
如果將監(jiān)控終端應(yīng)用程序和嵌入式實(shí)時(shí)控制器程序合并到一臺(tái)運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)（配置和PXI-8106相同）上運(yùn)行，采集程序和圖4所示的計(jì)算代碼連續(xù)運(yùn)行16次需要4～5min，計(jì)算過(guò)程中，資源基本耗盡，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存溢出的情況。系統(tǒng)應(yīng)用程序在實(shí)時(shí)控制器中可獨(dú)立運(yùn)行，保證高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)采集和控制任務(wù)優(yōu)先執(zhí)行，而且實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)不需要外圍設(shè)備，單任務(wù)運(yùn)行平臺(tái)，后臺(tái)程序和服務(wù)少，在這樣的系統(tǒng)設(shè)計(jì)保證下，內(nèi)存和CPU資源得到分流，上述代碼執(zhí)行16次僅需40s，應(yīng)用程序的時(shí)間精確性和穩(wěn)定性得到提高，另外由于運(yùn)行在實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上的應(yīng)用程序使用多線程技術(shù)編程，與監(jiān)控終端的通信在計(jì)算執(zhí)行過(guò)程中基本不受影響，系統(tǒng)的性能得到大大改善。

圖4 振動(dòng)噪聲信號(hào)一次實(shí)時(shí)處理的程序代碼

信號(hào)電氣連接器
系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及控制部分基于PXI總線設(shè)計(jì)，具有設(shè)備高度集成模塊化特性及隨之帶來(lái)的靈活性和擴(kuò)展性。為了保證整個(gè)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、可更換性、維修簡(jiǎn)易性，測(cè)試系統(tǒng)到現(xiàn)場(chǎng)傳感器執(zhí)行器之間必須具備擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性強(qiáng)的信號(hào)電氣連接器。
為實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)資源與被測(cè)件測(cè)試信號(hào)的可靠連接，信號(hào)電氣連接器裝置必須具有測(cè)試要求的功率容率、信號(hào)頻率和使用壽命，由電氣連接器所引入的附加信號(hào)衰減和干擾必須控制在測(cè)試所允許的范圍內(nèi)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)了混裝模塊連接器實(shí)現(xiàn)到現(xiàn)場(chǎng)的電氣連接。將信號(hào)分為環(huán)境參數(shù)、數(shù)字I/O信號(hào)及噪聲振動(dòng)信號(hào)三組電氣連接，使用DIN標(biāo)準(zhǔn)外殼和鋁制框分別封裝，接口采用線簧連接器。插拔次數(shù)大于2萬(wàn)次，具有模塊化可擴(kuò)展性強(qiáng)、接觸電阻小、負(fù)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)量屏蔽線纜進(jìn)行連接。
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的軟件使用LabVIEW開(kāi)發(fā)。LabVIEW是高效圖形化應(yīng)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(qiáng)大的編程語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)合二為一。系統(tǒng)分為監(jiān)控終端程序和嵌入式控制器程序兩部分。