[ni技术]使用 labview real- time, pxi, 和 fieldpoint 来测试高速铁路轴承

NI 技术使用 LabVIEW Real- Time, PXI, 和 FieldPoint 来测试高速铁路轴承 “基于虚拟仪器的概 念，我们搭建了铁路 试验台架的测试监测 和控制系统，通过使 用 LabVIEW、 实时 PXI 和 FieldPoint， 我们开发了一个有 效、可靠的高速铁路 轴承寿命测试系 统。“ - Senthil R. Desappan, . The Challenge: 为铁路试验台架开发 一个机器控制和监测 系统，以测试高速铁 路轴承。 The Solution: 图 1 使用 NI LabVIEW Real-Time 模块，实时 PXI 硬 件以及 NI FieldPoint 模块为铁路试验台架 开发一个控制系 统。 Author (s): Senthil R. Desappan - . Lakshmana Kumar - . Dampur Srinivasulu - . M Suresh Kumar - . 介绍 铁路试验台架模拟带 有轴承座的机车车 轴，在每侧可以安装 两个轴承。两个液压 加载装置分别在轴向 和径向对轴承施加载 荷。一个高速电机驱 动整个平台向前 或者 向后转动。试验台架 将按照一个用户定义 的速度曲线运行，并 且同时施加轴向和径 向的载荷。这个试验 台架可以模拟高速机 车的实际运行工况， 在施加载 荷的条件 下，对承受载荷的轴 承进行数百万个周期 的测试。测试中得到 的数据将用于分析和 了解轴承的性能。 在启动台架之前，我 们需要先检查一系列 的状态条件，例如液 压油油面、自动模 式、电机连接、急停 和开关状态。各状态 条件均通过测试后， 表明该台架已做好运 行准备。 Timken Engineering Research India 是一个研 发中心，他们通过预 先定义的条件测试各 种类型的轴承。我们 需要建立一个铁路试 验台架来对高速铁路 轴承进行寿命测 试。 我们翻新了一个装有 轴承的试验台架，并 在预先定义的测试条 件下进行了寿命测 试。我们开发的应用 程序能够控制铁路试 验台架、检测和控制 测试参数，并在轴 承 发生失效时停止测 试。 该铁路试验台架有如 下特点： 具有 2 个安装于台架 的的轴承 具有 1 个主电机，用 于旋转驱动 具有预定义的速度曲 线，用于控制主电机 速度以旋转轴承 速度曲线在一个用户 自定义的时间内以一 个特定的速度旋转轴 承，然后在用户自定 义的时间内反方向旋 转，从而模拟机车向 前和向后的行驶 利用两个液压加载系 统对轴承施加轴向和 径向载荷 按照用户自定义的模 式施加载荷，类似于 速度曲线 监测每个轴承的几个 温度点，其中包括轴 承侧面和轴承座的温 度 监测和记录每个轴承 的振动 持续监控参数，例如 温度、载荷和振动， 以检查这些参数是否 超出了关机限制 在必要的情况下，动 态修改关机限制 在 Excel， Word 和 HTML 中分析和总结记录的 参数 系统说明 我们选择了 NI PXI 实时平台及 FieldPoint， 是因为它们的可靠性 可以满足试验台架进 行实际工况运行的要 求。整个系统由 LabVIEW Real-Time 控制。 PXI 实时系统由带 有 PXI 实时控制器 的 NI PXI- 1002 机箱，一个 用于振动输入的 NI PXI- 4472，一个用于 闭环速度和载荷控制 的 NI PXI- 7344，以及用于 连接开关、指示灯和 外部设备的 NI PXI-6527 组 成。PXI 实时系统 使用 Optomux 协议，通过实时 RS232 总线与 FieldPoint 进行交互。 FieldPoint 系统包含 NI FP-1000 网 络模块，带有用于模 拟输 入的 FP-AI-110、用于 台架和轴承上热电偶 输入的 FP-TC- 120 以及用于速度 和转数输入的 FP- CTR-500。 测试定义 在安装轴承之前，用 户必须定义速度和载 荷曲线。该测试系统 首先创建速度、轴向 和径向加载循环，并 将它们配置到曲线 中。这些曲线构成了 一个测试，该测试被 定义和保存在 Microsoft Access 数据库 中，以便调用（如图 1 所示）。 用户必须为每个测试 定义一个轴向载荷曲 线、一个径向载荷曲 线以及一个速度曲 线。当测试开始时， 该试验台架按照所定 义的速度曲线，并依 据所定义的轴向 和径 向载荷曲线施加载荷 （如图 2 所示）。 创建测试后，用户通 过选择一个测试定义 一个项目，然后录入 其它详细信息，如用 客户名称、轴承安装 的松紧和使用的润滑 脂等等。当创建一个 项目时，用户还 要录 入所有参数的关机限 制、数据记录速率和 邮件地址。在现有的 项目中，用户可以修 改项目参数，将其重 命名为一个新项目 （如图 3 所示）。 执行项目 当用户定义了一个项 目后，可以通过 TCP/IP 通信将 它下载到 PXI 实时 系统中。一个新项目 可以被下载，一个暂 定的项目也可以被下 载，并重新启动。一 旦项目被下载， 台架 便开始启动，而且显 示有铁路台架测试的 细节将显示在主机系 统的屏幕上。此外， 主机系统中将创建一 个 Access 文 件。 1/5 测试控制和监测 一旦应用程序被下载 到 PXI 实时系统 中，该系统将完全控 制台架。实时应用程 序将打开一系列数字 线来启动台架。主电 机、冷却风机和液压 系统等组件是通过实 时系统的 PXI-6527 模块的数字 线来启动的。 定义的速度曲线通过 PXI-7344 运 动控制模块控制主电 机速度。该四轴运动 控制模块中的一轴控 制主电机，其它三个 轴的模拟输出控制液 压加载系统：其中两 个用于径向加载， 一 个用于轴向加载。当 台架开始旋转后，将 以指定的速率记录测 试参数。轴承的振动 状况，则通过连接到 PXI-4472 模 块的加速度计进行测 量。 轴承温度、环境温度 和电机温度由连接到 FP-TC-120 模块的热电偶进行测 量。在台架前的接近 传感器有一个脉冲输 出（一个脉冲对应一 转）与 FP- CTR-500 模块 连 接，用于计算总转 数和当前速度。径向 和轴向载荷由连接到 FP-AI-110 模块的载荷传感器测 量，并且所有的 FieldPoint 模块都通过 FP- 1000 网络接口模 块，经由 RS232 通信连接到 PXI 实 时系统。 测试程序根据预先定 义的曲线文件来运 行。该系统同时监测 测试参数，并且在任 一参数超过限制时停 止台架。当台架运行 时，实时系统将收集 的数据通过 TCP/IP 通 信协 议发送到主机，用于 显示和记录（如图 4 所示）。 从实时系统接收到的 数据显示在屏幕上， 以描绘铁路试验台架 的运行状态。该屏幕 提供了可选的图形显 示，使用户能够动态 地查看记录参数的图 形。使用 LabVIEW，整 个 Timken 网络 都能够查看该屏幕， 而无需任何额外的编 程。用户可以选择 Excel 、 Word 或者以 HTML 文件的方式 来查看报告。 用户可以累计台架在 一个月内的总运行时 间，并考虑停机或者 其它问题的时间，计 算台架使用情况。如 果任何参数超过限 制，测试程序将被暂 停。所有的数字 线都 将变为低电平，而且 系统还会发送一个消 息至主机，通知主机 测试暂停。主电机将 会停止，而且所有的 载荷将全部为零。 结论 基于虚拟仪器的概 念，我们建立了铁路 台架测试监测和控制 应用程序。使用 LabVIEW、实 时 PXI 和 FieldPoint， 我们开发了一个有 效、可靠的高速铁路 轴承寿命测试系统。 Author Information: SenthilR. Desappan . #1, Coconut Garden Crs, Outer Ring Rd, Kalyan Nagar Bangalore India Tel: +91- 80- 25426463 senthilapnagroup. com 图 1 2/5 图 2 3/5 图 3 4/5 图 4 Legal This case study (this “case study“) was developed by a National Instrum