圖1.耐壓測(cè)試中的獵戶座載人艙
"G Systems 使用NI軟硬件組件開(kāi)發(fā)各個(gè)系統(tǒng)，幫助我們縮短開(kāi)發(fā)周期，保持高級(jí)功能。"
- Dave Baker, G Systems
挑戰(zhàn):
在6個(gè)月的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出三個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，運(yùn)用于獵戶座載人探索飛行器的結(jié)構(gòu)測(cè)試。
解決方案:
使用并行開(kāi)發(fā)和現(xiàn)成即用的NI軟硬件工具，如NI LabVIEW和PXI、SCXI和CompactRIO硬件，快速設(shè)計(jì)出這三個(gè)系統(tǒng)。
作者:
Dave Baker - G Systems
簡(jiǎn)介
2010年8月，我們首次成功地在獵戶座GTA上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)測(cè)試。此項(xiàng)1.05大氣壓下的耐壓測(cè)試需要以下三個(gè)分布式系統(tǒng)共同運(yùn)作完成：
·增壓和排氣(P&V)系統(tǒng)，用于自動(dòng)控制載人艙內(nèi)壓力
·數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），用于結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、虛擬通道實(shí)時(shí)計(jì)算以及限制和警報(bào)分析
·數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)（DDS），用于實(shí)時(shí)和測(cè)試后分布同步參數(shù)、視頻和音頻數(shù)據(jù)以測(cè)試控制器和數(shù)據(jù)客戶端
G Systems 使用NI軟硬件組件開(kāi)發(fā)各個(gè)系統(tǒng)，幫助我們縮短開(kāi)發(fā)周期，保持高級(jí)功能。 圖1顯示了各個(gè)系統(tǒng)部件之間的關(guān)系。
圖1. 系統(tǒng)架構(gòu)概覽
圖2.耐壓測(cè)試中的獵戶座載人艙艙
增壓和排氣(P&V)系統(tǒng)
在測(cè)試過(guò)程中精確地控制載人艙的內(nèi)部壓力的P&V系統(tǒng)，擁有高壓氣瓶的便攜式運(yùn)載，能在加壓過(guò)程中提供氣體。
圖3.增壓和排氣(P&V)系統(tǒng)
該系統(tǒng)在CompactRIO旁擁有一個(gè)控制單元。 它同時(shí)控制壓力和監(jiān)視關(guān)鍵故障或警報(bào)。 我們選擇可信賴的CompactRIO和LabVIEW實(shí)時(shí)模塊控制著這一關(guān)鍵進(jìn)程。 觸屏“磚頭電腦”在可拆卸掛式組成結(jié)構(gòu)中提供了一個(gè)LabVIEW的圖形用戶界面，操作員因此可在一個(gè)安全的地點(diǎn)控制加壓過(guò)程。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
DAS收集參數(shù)數(shù)據(jù)，主要用于應(yīng)變測(cè)量。 DAS的核心由PXI和LabVIEW實(shí)時(shí)系統(tǒng)組成，可在1800多條信道內(nèi)收集同步數(shù)據(jù)。 此外，DAS還可以同步計(jì)算數(shù)千條用戶定義的虛擬通道，并同時(shí)監(jiān)控可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)試關(guān)閉的警報(bào)和限制程度。 四核PXI實(shí)時(shí)控制器，優(yōu)化執(zhí)行每個(gè)處理器上的特定循環(huán)，以維持確定性的性能，并行執(zhí)行所有活動(dòng)。
DAS將數(shù)據(jù)記錄至技術(shù)數(shù)據(jù)管理流（TDMS）文件，然后再轉(zhuǎn)移至DDS文件服務(wù)器。 在測(cè)試過(guò)程中，所有的數(shù)據(jù)都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸至用戶，進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。 圖4顯示了DAS設(shè)備機(jī)架、7個(gè)SCXI機(jī)箱其中一個(gè)的內(nèi)部情況和用于系統(tǒng)設(shè)置和控制的配置圖形用戶界面。
圖4.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
我們使用DAS控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接編程更改系統(tǒng)配置并定義計(jì)算信道、警報(bào)和限制。 DAS還包括堅(jiān)固的電纜和接線板，使用軍用標(biāo)準(zhǔn)的圓形連接器，以確保信號(hào)連接穩(wěn)定。
過(guò)去我們?cè)诒３指咄ǖ罃?shù)系統(tǒng)校準(zhǔn)上遇到了難題，因此，我們開(kāi)發(fā)了一個(gè)核查系統(tǒng)，供操作員將電纜連接到42個(gè)前面板連接器上，并自動(dòng)運(yùn)行每個(gè)連接器通道上的校準(zhǔn)驗(yàn)證程序。 校準(zhǔn)系統(tǒng)通過(guò)源測(cè)量單元和交換數(shù)字萬(wàn)用表檢查應(yīng)變模塊激勵(lì)源、感應(yīng)線，并在每次測(cè)試前確認(rèn)這些線在可接受范圍內(nèi)。
數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)
DDS實(shí)時(shí)收集、同步、呈現(xiàn)數(shù)千條數(shù)據(jù)通道并發(fā)布回放。 DDS不僅呈現(xiàn)P&V和DAS中的數(shù)據(jù)，而且還有監(jiān)察測(cè)試進(jìn)展的32個(gè)IP攝像機(jī)和8個(gè)麥克風(fēng)中的數(shù)據(jù)。 圖5顯示了整個(gè)系統(tǒng)的分布式性質(zhì)和DDS收集的數(shù)據(jù)來(lái)源。
圖5.網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施
6個(gè)或更多的測(cè)試觀察者使用LabVIEW圖形用戶界面來(lái)觀察測(cè)試進(jìn)程或檢索過(guò)去的測(cè)試數(shù)據(jù)。 在任何時(shí)候，我們都可以查看測(cè)試進(jìn)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和緩沖的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，或從過(guò)去的測(cè)試中讀取數(shù)據(jù)。 DDS包括兩個(gè)用于記錄和傳輸視頻通道的專用視頻服務(wù)器，以及將模擬音頻轉(zhuǎn)換成基于IP數(shù)據(jù)流的編碼器，可實(shí)時(shí)應(yīng)用或傳回至MP3格式。 專用服務(wù)器，同時(shí)也是測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的域控制器，在TDMS文檔中存儲(chǔ)了測(cè)試配置和參數(shù)數(shù)據(jù)。
測(cè)試觀察員可以使用系統(tǒng)來(lái)定義他們的多屏圖形用戶界面，其中的表格、圖表和視頻窗口大小和位置可供選擇。 他們可以保存并在今后調(diào)用這些配置，來(lái)重新創(chuàng)建相同的數(shù)據(jù)通道集合和顯示。 LabVIEW圖形用戶界面可在任何Windows筆記本電腦上運(yùn)行，也可在專用的客戶端機(jī)器上運(yùn)行，這些大型、壁掛式多媒體顯示器顯示圖形用戶界面，用于群體觀察或展示。 圖6顯示了DDS服務(wù)器機(jī)架和可配置的圖形用戶界面。
圖6.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
使用圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的益處
這三個(gè)系統(tǒng)體現(xiàn)了NI軟硬件在極短的開(kāi)發(fā)時(shí)間內(nèi)顯示出的強(qiáng)大功能。 這些系統(tǒng)在以下方面體現(xiàn)了NI產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)：
·P&V系統(tǒng)需要CompactRIO和LabVIEW實(shí)時(shí)模塊的穩(wěn)定性和可靠性。
·DAS依靠于一個(gè)連接至SCXI和PXI數(shù)據(jù)采集設(shè)備的高性能多核實(shí)時(shí)控制器。
·DDS擁有LabVIEW中的可配置圖形用戶界面，同時(shí)可連接到多種網(wǎng)絡(luò)資源，提供了豐富的用戶體驗(yàn)。
結(jié)論
這三個(gè)系統(tǒng)都提出了各自的工程挑戰(zhàn) - 機(jī)械、電氣和軟件。 憑借NI產(chǎn)品，G Systems在6個(gè)月的時(shí)間完成了這些集成系統(tǒng)，并且為首次成功的獵戶座乘員艙結(jié)構(gòu)測(cè)試提供了穩(wěn)定性和可靠性。
