淺析虛擬儀器在軌道交通中的作用

范永亮

（山東省交通科學(xué)研究所，山東 濟南 250031）

人們隨時間的重要性的認(rèn)識日愈加深，人們對出行方式及時間的要求也越來越高，工程師們也在努力的尋求新的技術(shù)方法來縮短運行時間，使得軌道交通這一交通方式在不斷尋求新的方向。軌道交通的主要特點是運行速度快、運輸量大、運營安全系數(shù)高、運行時間可確定性。此外，軌道交通相對公路交通更加環(huán)保。這些都優(yōu)點已經(jīng)被世界各國所公認(rèn)。所以，軌道交通的質(zhì)量則成為了一項重要的大事。為了保障日后軌道運輸?shù)陌踩?，必須要在運營之前經(jīng)過各種相關(guān)測試，所有測試數(shù)據(jù)首先要被傳感器轉(zhuǎn)化成為電信號，然后被儀器整理后傳送到將機器的記錄系統(tǒng)進(jìn)行智能分析，這些智能分析工作，近年來已經(jīng)被計算機虛擬儀器所取代。

所謂的虛擬儀器指的是先進(jìn)的軟件技術(shù)與模塊化硬件有機的結(jié)合在一起，充分利用的計算機計算性能強的優(yōu)勢，從而形成性能強、計算便利、準(zhǔn)確的測試控制系統(tǒng)。通過虛擬儀器，使得測試儀器的硬件不論從占地體積還是從儀器成本方面都得到了有效的減小。此外，虛擬儀器對所測試的數(shù)據(jù)所進(jìn)行的計算、儲存、分析性能都得到了提高。值得一提的是，虛擬儀器的更新十分便利，它可以隨時保持最新狀態(tài)，依托互聯(lián)網(wǎng)的便利使得軟件升級更加實時。用戶在使用時可以用更低的成本得到更高的技術(shù)服務(wù)。

近幾年來，技術(shù)人員為了將虛擬儀器運用到與日常生活息息相關(guān)的軌道交通工程上，進(jìn)行了無數(shù)次的實驗，這本文中將主要介紹LabVIEW6.1，通過講解其技術(shù)原理，使得更多的人了解虛擬儀器，以便大力推廣其在軌道交通中的使用。

1 虛擬儀器的優(yōu)點

現(xiàn)在，出現(xiàn)在市場上的傳感器品種繁多，大部分傳感器是可以滿足技術(shù)人員對測試精準(zhǔn)度的要求的，并且各個生產(chǎn)廠家也在大力的創(chuàng)新提高其精準(zhǔn)度，同時放大器也隨之出現(xiàn)在市場之上。光線示波器、模擬磁帶機等一套老式的儀器不僅價格昂貴，使用不方便，不利于攜帶，而且性能較差，很多情況下不能夠滿足人們對數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的要求，技術(shù)更新不方便，不及時，不是全智能化，還需要人工進(jìn)行記錄存儲。這樣一來就大大加長了計算周期和精準(zhǔn)效率。而現(xiàn)在，計算機被廣泛的在各個工作領(lǐng)域中使用，新的虛擬儀器終將取代傳統(tǒng)的記錄分析儀器。

2 虛擬儀器的軟件平臺

為了在日后的工作中虛擬儀器使用起來更方便和保持軟件更新，技術(shù)人員選用了LabVIEW6.1作為軌道動力學(xué)測試軟件的開發(fā)平臺。使用更高版本LabVIEW的部門只需對已開發(fā)的VI進(jìn)行重新編譯即可。

3 LabVIEW的采集程序

在此環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)盡量進(jìn)行簡單處理，這樣才能將更多的軟件資源留給后面更需要資源的步驟。系統(tǒng)可以通過對各項數(shù)據(jù)的有效分析之后將其重新數(shù)組拆分后，然后將其送入制定的窗口，此時數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)過程是可監(jiān)控的，這樣就可以再第一時間對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行定位以及修改。

4 LabVIEW的處理程序

在處理程序上，分為自動回放處理和手工回放處理兩種。一些數(shù)據(jù)較為規(guī)整且有規(guī)律大多可以選用自動回放處理，相反則選用手動回放處理。在手動回放程序中需要有“磁吸”的配合，來獲取峰谷數(shù)值。軟件的更新和性能方面的拓展則滿足了一些特殊的需求，比如需要現(xiàn)場分析數(shù)值的情況，F(xiàn)FTPowerSpectralDensity“函數(shù)模塊就發(fā)揮了重要的作用。

5 虛擬儀器在軌道交通中的技術(shù)優(yōu)勢

5.1 可以滿足軌道交通對時間方面的要求

眾所周知，軌道交通是一項極其復(fù)雜且需要各個部門緊密配合的工程。時間的精準(zhǔn)必須嚴(yán)格掌控。所以需要技術(shù)人員對其作出極其精準(zhǔn)的測試。虛擬儀器的運用可以實時查看畫面，第一時間發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)行排除。

5.2 虛擬儀器所需的資源小

使用LabVIEW軟件，WriteToSGLFile.vi可以直接將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后存盤，大大節(jié)約了資源，等待中的數(shù)據(jù)將不被存儲。

5.3 虛擬儀器完成了初步自動化

虛擬儀器在采集后立即對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，檢測出所需的數(shù)據(jù)，按實驗要求計算出結(jié)果，調(diào)用MicrosoftWord(等)形成報表。整個初步的分析過程由計算機自動完成更為快捷和可靠。

5.4 虛擬儀器軟件的更新更加及時，性能更加可拓展

LabVIEW采用模塊化的開發(fā)方式，由“流”驅(qū)動軟件的運行，功能強大的模塊化函數(shù)庫，使現(xiàn)場維護(hù)擴展成為可能.另外，由于條件所限，各實驗部門使用的計算機操作系統(tǒng)有可能會是 Windows9x、WindowsME、Win dows2000、WindowsXP 甚 至是Linux等.以常見的Windows系列操作系統(tǒng)為例，這些系統(tǒng)下同一種硬件的驅(qū)動方式可能大不相同.如果在選購采集卡時統(tǒng)一選擇NationalInstruments公司的產(chǎn)品，那么，即使由于條件所限，各部門的采集卡型號不同，也可以通過NationalInstruments提供的NI-DAQ使程序達(dá)到G語言源代碼級兼容。NI-DAQ為硬件驅(qū)動與頂層調(diào)用提供了一個接口層，在LabVIEW中表現(xiàn)為一些函數(shù)模塊.無論什么操作系統(tǒng)下，這些函數(shù)模塊在G語言源代碼級兼容，開發(fā)者在編寫VI時通過調(diào)用NI-DAQ操作硬件，完全不必考慮底層的驅(qū)動問題，在使用不同硬件以及跨平臺維護(hù)擴展時也不存在任何問題。

5.5 使用虛擬儀器的成功案例

2002年9月山海關(guān)秦沈鐵路客運提速實驗，測試地點在野外，空氣溫度在35℃以上，采集卡等儀器的工作溫度可達(dá)80℃，個別工況的連續(xù)測試時間超過2小時。要求每趟試驗車通過后立即將有關(guān)的安全運營指標(biāo)的分析結(jié)果上報，以幫助決策部門指導(dǎo)后續(xù)試驗，確保人身財產(chǎn)安全。2003年4月齊齊哈爾鐵路測試，除通常實驗特點外，適逢全世界人民共同抵抗非典之際，為保障實驗者的人身安全，要求參加人員盡可能少，實驗周期盡可能短。

結(jié)語

虛擬儀器運用到軌道運輸中是必然的趨勢，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)必將進(jìn)一步帶動軌道運輸行業(yè)。大大降低工程成本，同時又提高了其工作性能。軟件平臺LabVIEW采用圖形化的開發(fā)方式，配以功能強大的函數(shù)工具箱以及各種專業(yè)軟件包，開發(fā)效率很高，會進(jìn)一步引導(dǎo)軌道運輸走向全自動化發(fā)展。

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