利用labview為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制軟件測(cè)試開發(fā)硬件在環(huán)仿真器
概述：使用NI TestStand、LabVIEW實(shí)時(shí)模塊、LabVIEW FPGA模塊和NI PXI平臺(tái)創(chuàng)建用于西門子風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的嵌入式控制軟件發(fā)布的硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試系統(tǒng)。
由于我們的軟件定期發(fā)布控制器的軟件新版本，我們需要測(cè)試軟件，驗(yàn)證這些軟件將會(huì)在風(fēng)力站的環(huán)境下可靠執(zhí)行。在每個(gè)軟件發(fā)布時(shí)，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)使用軟件之前，需要先在工廠接受性能測(cè)試。這個(gè)全新的測(cè)試系統(tǒng)讓我們能夠自動(dòng)化這個(gè)流程。
從過去系統(tǒng)中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)
我們之前的測(cè)試系統(tǒng)是在10年前開發(fā)的，它基于另一個(gè)軟件環(huán)境和PCI數(shù)據(jù)采集板卡。測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和性能無法滿足我們對(duì)全新的測(cè)試時(shí)間和擴(kuò)展性的需求。維護(hù)也十分困難，并且不能自動(dòng)化完成有效的測(cè)試。它還缺乏對(duì)測(cè)試結(jié)果自動(dòng)生成文檔和測(cè)試的可跟蹤性，不提供所需的遠(yuǎn)程控制功能。此外，過去的HIL測(cè)試環(huán)境不支持多核處理，因此我們無法利用新多核處理器的計(jì)算能力。
未來系統(tǒng)的決定
在評(píng)價(jià)可用的技術(shù)之后，我們選擇了LabVIEW軟件和基于PXI的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）硬件，開發(fā)我們?nèi)碌臏y(cè)試解決方案。我們相信這個(gè)技術(shù)會(huì)帶來靈活性和可擴(kuò)展性，滿足我們未來的技術(shù)需求。同時(shí)，我們從NI提供的服務(wù)與產(chǎn)品質(zhì)量中，建立了對(duì)解決方案的信心。
由于我們?cè)跍y(cè)試內(nèi)部系統(tǒng)中并沒有深入的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們將開發(fā)外包給位于丹麥的CIM Industrial Systems A/S公司。我們選擇CIM Industrial Systems A/S是因?yàn)樗麄兙哂袦y(cè)試工程能力和歐洲多的LabVIEW認(rèn)證架構(gòu)師。CIM成功開發(fā)了這個(gè)項(xiàng)目，我們對(duì)得到的服務(wù)感到十分高興。
靈活的實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
全新的測(cè)試系統(tǒng)通過在LabVIEW實(shí)時(shí)模塊系統(tǒng)中，運(yùn)行組件仿真模型，仿真實(shí)時(shí)風(fēng)機(jī)組件的行為，為被測(cè)系統(tǒng)提供仿真信號(hào)。

圖2：西門子風(fēng)力測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
主計(jì)算機(jī)包含直觀的LabVIEW用戶圖形界面，能夠方便地通過在面板中移動(dòng)組件進(jìn)行調(diào)整。Windows操作系統(tǒng)應(yīng)用程序與兩個(gè)不兼容實(shí)時(shí)任務(wù)的外部儀器進(jìn)行通信。

圖3：主計(jì)算機(jī)具有直觀的LabVIEW用戶圖形界面。
在主計(jì)算機(jī)上的軟件通過以太網(wǎng)與位于PXI-1042Q機(jī)箱中的LabVIEW實(shí)時(shí)目標(biāo)進(jìn)行通信。LabVIEW實(shí)時(shí)模塊運(yùn)行通常包含20到55個(gè)并行執(zhí)行的仿真DLL的仿真軟件。這個(gè)解決方案能夠調(diào)用使用幾乎所有建模環(huán)境開發(fā)的用戶模型，例如NI LabVIEW控制設(shè)計(jì)與仿真模塊、The MathWorks, Inc. Simulink?軟件或是ANSI C代碼。我們仿真循環(huán)的典型執(zhí)行速率是24 ms，為滿足未來處理能力擴(kuò)展需求提供了大量裕量。
用于定制風(fēng)力渦輪協(xié)議和傳感器仿真的FPGA板卡
由于缺少現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，在風(fēng)機(jī)中使用的定制通信協(xié)議很多。使用基于NI PXI-7833R FPGA多功能RIO模塊和LabVIEW FPGA模塊，我們能夠與這些協(xié)議進(jìn)行通信并仿真。除了協(xié)議交互之外，我們使用這個(gè)設(shè)備仿真磁性傳感器和三相電壓電流仿真。其他的FPGA板卡與NI 9151R系列擴(kuò)展機(jī)箱連接，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)通道數(shù)。
全新測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
相比上一代解決方案有許多優(yōu)點(diǎn)。由于系統(tǒng)的模塊化特性，進(jìn)行改進(jìn)、修改和進(jìn)一步開發(fā)十分簡單。被測(cè)系統(tǒng)可以在無需測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)任何變化的情況下進(jìn)行快速替換。遠(yuǎn)程控制功能和系統(tǒng)的簡單復(fù)制讓我們能夠在需要進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，靈活地將系統(tǒng)復(fù)制到其他站點(diǎn)。
仿真器為環(huán)境提供了在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證新軟件發(fā)布和測(cè)試特殊解決方案的能力。它還給了我們測(cè)試我們正在研究的新技術(shù)和新概念的工具。

使用 NI TestStand、LabVIEW 與 PXI 開發(fā)植入式助聽器測(cè)試系統(tǒng)
概述：使用 NI LabVIEW、PXI 電腦式儀器與 NI TestStand，建立一套自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，能以 70% 的開發(fā)時(shí)間提供更多更靈活的功能。
我們針對(duì)內(nèi)部研發(fā)使用了新的 PXI 架構(gòu)功能測(cè)試系統(tǒng)，從電路板到組裝完成的產(chǎn)品，測(cè)試了 8 種不同的應(yīng)用。我們也使用這套系統(tǒng)在公司內(nèi)部以及不同的代工廠中進(jìn)行生產(chǎn)測(cè)試。系統(tǒng)需要執(zhí)行眾多的動(dòng)作，包括捕捉、儲(chǔ)存與分析 5 MHz 信號(hào)的波形，將電力與資料穿越皮膚，傳送到植入物中。我們使用聲音測(cè)量、電壓參數(shù)測(cè)量、在不同負(fù)載情況下的電流測(cè)量，同時(shí)通過數(shù)字 I / O及 GPIB與外部設(shè)備溝通。我們使用 USB 通訊設(shè)備來控制定制電路板上的繼電器、開關(guān)與其他的硬件。系統(tǒng)也能夠準(zhǔn)確調(diào)整共振電路并測(cè)試 I2C 通訊。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行存貯，供日后統(tǒng)計(jì)分析之用。

我們使用 NI LabVIEW 與 NI TestStand 開發(fā)靈活的軟件架構(gòu)，以解決目前及未來的測(cè)試需求。這套軟件的功能眾多，能夠測(cè)試不同版本的產(chǎn)品，以及開放式與封閉式硬件。使用 NI TestStand，我們可以利用商業(yè)可用的測(cè)試執(zhí)行功能來節(jié)省開發(fā)時(shí)間。
使用定制化的操作界面，操作員可以登陸、載入選出的測(cè)試序列，然后監(jiān)控測(cè)試過程。界面也會(huì)提供即時(shí)資料更新給操作員、生成測(cè)試報(bào)告，然后將所有的測(cè)試資訊記錄到資料庫中，供日后分析之用。我們?cè)?LabVIEW 中撰寫個(gè)別的測(cè)試，這也可以節(jié)省開發(fā)時(shí)間，因?yàn)槲覀儞碛旋嫶蟮暮瘮?shù)庫可以測(cè)量、與硬件連接、分析結(jié)果，以及顯示。通過模塊化操作界面進(jìn)行序列控制，并將其與個(gè)別測(cè)試模塊分開，我們便能將開發(fā)的成果使用于更多有類似測(cè)試需求的產(chǎn)品上。以統(tǒng)一的格式記錄所有的數(shù)據(jù)，我們的研發(fā)與生產(chǎn)工程師就能進(jìn)行分析并找出趨勢(shì)，并制作生產(chǎn)收益的報(bào)告。他們也會(huì)使用數(shù)據(jù)分析失敗原因，并在設(shè)備制造的過程中找出待改進(jìn)之處。記錄中擁有所有的測(cè)試資料，包含使用的序列、參數(shù)、測(cè)試儀器的校正日期、測(cè)試時(shí)間，以及產(chǎn)品的通過 / 失敗狀態(tài)。

使用CompactRIO、labview 平臺(tái)監(jiān)控露天礦場(chǎng)使用的機(jī)器鏟
概述：使用NI CompactRIO平臺(tái)與NI LabVIEW軟體來創(chuàng)造的客制化振動(dòng)與壓力連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)。

露天礦場(chǎng)使用的機(jī)器鏟是大型、活動(dòng)式、非靜止的機(jī)器，用來裝載卡車，將礦石運(yùn)送到加工廠。通常機(jī)器鏟與卡車的數(shù)量比例約為1 比12，所以機(jī)器鏟若發(fā)生意外的停工，便會(huì)對(duì)產(chǎn)量造成直接的影響，所以機(jī)器鏟被視為關(guān)鍵性的機(jī)器。
習(xí)慣上來說，要為這種機(jī)器鏟進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控與預(yù)測(cè)性技術(shù)是很困難的，這是因?yàn)槿狈ψ銐虻姆治鲞\(yùn)算法與設(shè)備，而且環(huán)境太過惡劣。普通設(shè)備的傳統(tǒng)振動(dòng)分析(旋轉(zhuǎn)機(jī)器進(jìn)行預(yù)測(cè)性維修的主要工具) 是根據(jù)傅葉爾轉(zhuǎn)換來執(zhí)行的，傅葉爾轉(zhuǎn)換會(huì)假設(shè)旋轉(zhuǎn)速度不變。這對(duì)機(jī)器鏟來說是不夠的，所以便使用另1 種方法。
因?yàn)榧毙鑿幕貞?yīng)式、預(yù)防式的維修策略轉(zhuǎn)變成預(yù)測(cè)式、主動(dòng)式的策略，所以便開發(fā)了SiAMFlex 這種彈性監(jiān)控系統(tǒng)(Advanced System for Flexible Monitoring)。原先是智利Concepción 大學(xué)Pedro Saavedra 教授所進(jìn)行的計(jì)畫，目的是要為機(jī)器鏟的振動(dòng)信號(hào)發(fā)展出適當(dāng)?shù)恼駝?dòng)分析運(yùn)算法。等到運(yùn)算法發(fā)展完畢之后，下一步就是執(zhí)行SiAMFlex 做為連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)的核心。現(xiàn)在SiAMFlex 是由CADETECH 公司支援并持續(xù)更新，以維持完整的機(jī)械結(jié)構(gòu)資產(chǎn)完整管理與分析工具。

監(jiān)控系統(tǒng)包括了車載設(shè)備(on-board equipment)、1 個(gè)無線(off-board) 伺服器、電腦與無線網(wǎng)路設(shè)備。機(jī)器鏟的車載設(shè)備包括：
? 加上NI cRIO-9014 - 8 槽式機(jī)箱的CompactRIO 系統(tǒng)
? 供振動(dòng)量測(cè)用的NI 9233 模組
? 供動(dòng)態(tài)應(yīng)變量測(cè)用的NI 9237 模組
? 提供、高解析度轉(zhuǎn)速測(cè)定資料的NI 9422 模組
? 提供機(jī)器鏟控制系統(tǒng)補(bǔ)償訊號(hào)的NI 9205 模組
? 裝在機(jī)器鏟主要旋轉(zhuǎn)元件(馬達(dá)與齒輪箱傳動(dòng)裝置) 上的壓電加速度計(jì)
? 裝在機(jī)器鏟主要結(jié)構(gòu)元件上的應(yīng)變計(jì)
? 主馬達(dá)上的增量編碼器
? 無線網(wǎng)路設(shè)備
? 電力濾波設(shè)備
車載的CompactRIO系統(tǒng)需要加速度計(jì)、編碼器與應(yīng)變計(jì)同時(shí)提供信號(hào)。振動(dòng)與應(yīng)變信號(hào)持續(xù)受到監(jiān)控，并與設(shè)定的警報(bào)值做比較，在問題產(chǎn)生時(shí)可以搶先通報(bào)。如果發(fā)生警報(bào)時(shí)，信號(hào)會(huì)以使用者定義的間隔定期儲(chǔ)存。發(fā)生這種狀況時(shí)，CompactRIO平臺(tái)的監(jiān)控應(yīng)用可以尋找佳的分析量測(cè)時(shí)段，并佳化信號(hào)雜訊比。運(yùn)用本法，資料會(huì)定期以預(yù)設(shè)的間隔儲(chǔ)存，以控制終的機(jī)械改變，而發(fā)生突發(fā)事件時(shí)資料也會(huì)記錄下來。碰到以上2種狀況時(shí)，機(jī)器鏟控制系統(tǒng)的補(bǔ)償信號(hào)會(huì)儲(chǔ)存起來供參考之用，并提高主動(dòng)校正的可能性。
使用LabVIEW 與DAQ 監(jiān)控人體于動(dòng)態(tài)平臺(tái)上的擺動(dòng)
概述：使用NI LabVIEW軟體搭配NI資料擷取(DAQ)硬體建構(gòu)平臺(tái)，其表面具備122組應(yīng)力感測(cè)電阻器(FSR)并能以200 Hz進(jìn)行取樣，以量測(cè)人體擺動(dòng)與平衡的控制情形。

人體即使在直立時(shí)，亦需隨時(shí)保持著穩(wěn)定性。人體整合多種機(jī)制，才能避免身體在靜、動(dòng)態(tài)的條件下跌倒。測(cè)力板(Force platform) 與Stabilogram 均為量測(cè)、量化人體平衡度的標(biāo)準(zhǔn)。另根據(jù)時(shí)間概念而搜集壓力中心(COP)，以呈現(xiàn)姿勢(shì)控制的結(jié)果?；旧鲜且员砻嬷稳梭w中心，再垂直投射相關(guān)應(yīng)力。主機(jī)電腦將根據(jù)FSR 的訊號(hào)而執(zhí)行一系列的計(jì)算作業(yè)，以取得COP (如圖1)。

圖1. 負(fù)責(zé)計(jì)算人體足部擺動(dòng)的程式圖區(qū)塊
大多數(shù)的姿勢(shì)與平衡計(jì)量技術(shù)，均是主動(dòng)操作姿勢(shì)或平衡狀態(tài)，再計(jì)算出人體的反應(yīng)。在此系統(tǒng)中，我們是讓人體于不穩(wěn)定的支撐表面上保持平衡，達(dá)到自我反應(yīng)的效果。若讓人體站在可移動(dòng)的支撐表面上，亦可達(dá)到相同的變數(shù)。針對(duì)任何測(cè)試點(diǎn)，我們的平臺(tái)可達(dá)到不同方向的平衡紊亂(如圖2)。
在銜接儀器之后，此平臺(tái)可隨時(shí)追蹤人體COP 的移動(dòng)，再顯示各種狀態(tài)下的人體穩(wěn)定程度。此時(shí)如BOSU Balance Trainer 的動(dòng)態(tài)表面就極其重要，可完整補(bǔ)償姿勢(shì)控制器統(tǒng)，而模擬動(dòng)態(tài)條件。與僅能模擬靜態(tài)條件的靜態(tài)平臺(tái)相較，動(dòng)態(tài)表面更能呈現(xiàn)病理學(xué)方面的問題。
儀器控制
此堅(jiān)固平臺(tái)的直徑為635 mm，非平面的圓頂直到動(dòng)態(tài)平臺(tái)之處均為柔軟材質(zhì)(如圖2)。另有薄薄一層FSR 排列為陣列，固定于平臺(tái)之上。我們另于平臺(tái)之上安裝感測(cè)器，以捕捉不同的站立姿勢(shì)，并達(dá)到更大的儀控面積(如圖2)。此系統(tǒng)好能盡量減少各種限制。