利用labview為風機系統(tǒng)控制軟件測試開發(fā)硬件在環(huán)仿真器
概述：使用NI TestStand、LabVIEW實時模塊、LabVIEW FPGA模塊和NI PXI平臺創(chuàng)建用于西門子風機控制系統(tǒng)的嵌入式控制軟件發(fā)布的硬件在環(huán)（HIL）測試系統(tǒng)。
由于我們的軟件定期發(fā)布控制器的軟件新版本，我們需要測試軟件，驗證這些軟件將會在風力站的環(huán)境下可靠執(zhí)行。在每個軟件發(fā)布時，我們在現(xiàn)場使用軟件之前，需要先在工廠接受性能測試。這個全新的測試系統(tǒng)讓我們能夠自動化這個流程。
從過去系統(tǒng)中學到的經(jīng)驗
我們之前的測試系統(tǒng)是在10年前開發(fā)的，它基于另一個軟件環(huán)境和PCI數(shù)據(jù)采集板卡。測試系統(tǒng)體系結構和性能無法滿足我們對全新的測試時間和擴展性的需求。維護也十分困難，并且不能自動化完成有效的測試。它還缺乏對測試結果自動生成文檔和測試的可跟蹤性，不提供所需的遠程控制功能。此外，過去的HIL測試環(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算能力。
未來系統(tǒng)的決定
在評價可用的技術之后，我們選擇了LabVIEW軟件和基于PXI的實時現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）硬件，開發(fā)我們全新的測試解決方案。我們相信這個技術會帶來靈活性和可擴展性，滿足我們未來的技術需求。同時，我們從NI提供的服務與產(chǎn)品質量中，建立了對解決方案的信心。
由于我們在測試內部系統(tǒng)中并沒有深入的開發(fā)經(jīng)驗，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是因為他們具有測試工程能力和歐洲多的LabVIEW認證架構師。CIM成功開發(fā)了這個項目，我們對得到的服務感到十分高興。
靈活的實時測試系統(tǒng)體系結構
全新的測試系統(tǒng)通過在LabVIEW實時模塊系統(tǒng)中，運行組件仿真模型，仿真實時風機組件的行為，為被測系統(tǒng)提供仿真信號。

圖2：西門子風力測試系統(tǒng)體系結構
主計算機包含直觀的LabVIEW用戶圖形界面，能夠方便地通過在面板中移動組件進行調整。Windows操作系統(tǒng)應用程序與兩個不兼容實時任務的外部儀器進行通信。

圖3：主計算機具有直觀的LabVIEW用戶圖形界面。
在主計算機上的軟件通過以太網(wǎng)與位于PXI-1042Q機箱中的LabVIEW實時目標進行通信。LabVIEW實時模塊運行通常包含20到55個并行執(zhí)行的仿真DLL的仿真軟件。這個解決方案能夠調用使用幾乎所有建模環(huán)境開發(fā)的用戶模型，例如NI LabVIEW控制設計與仿真模塊、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展需求提供了大量裕量。
用于定制風力渦輪協(xié)議和傳感器仿真的FPGA板卡
由于缺少現(xiàn)有標準，在風機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)議進行通信并仿真。除了協(xié)議交互之外，我們使用這個設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系列擴展機箱連接，進一步提高了系統(tǒng)通道數(shù)。
全新測試系統(tǒng)的優(yōu)點
相比上一代解決方案有許多優(yōu)點。由于系統(tǒng)的模塊化特性，進行改進、修改和進一步開發(fā)十分簡單。被測系統(tǒng)可以在無需測試系統(tǒng)體系結構任何變化的情況下進行快速替換。遠程控制功能和系統(tǒng)的簡單復制讓我們能夠在需要進行擴展時，靈活地將系統(tǒng)復制到其他站點。
仿真器為環(huán)境提供了在實驗室中驗證新軟件發(fā)布和測試特殊解決方案的能力。它還給了我們測試我們正在研究的新技術和新概念的工具。

利用labview為太陽能車開發(fā)遙測系統(tǒng)
概述：使用1組NI CompactRIO控制器與8槽式機箱，監(jiān)控車輛的電壓、電流、溫度，與速度，再透過2.4 GHz數(shù)據(jù)機，將資訊無線傳送至太陽能車后方的追蹤車輛。

遙測(Telemetry)
WSC 與其他太陽能車賽不同之處，乃是團隊完成達爾文(Darwin) 到阿德雷得(Adelaide) 共3,000 公里的距離；亦表示比賽期間可能隨時發(fā)生問題，甚至影響車輛能否完成賽事。使用CompactRIO 可重設機箱與NI LabVIEW 軟體，我們開發(fā)的搖測系統(tǒng)可監(jiān)控、記錄，并傳輸資料，以隨時反應太陽能電池的狀態(tài)(如上圖1 )。受監(jiān)控的資料可觸發(fā)警示，在問題發(fā)生之前避免之；因此該筆即時資料可協(xié)助團對隨時擬定佳對策，以縮短除錯時間。同時系統(tǒng)亦將監(jiān)控并記錄駕駛的動作，以利賽后分析。
研發(fā)
雖然太陽能車本身的機械與電力資料，即為搜集與分析要點，但由于電子資料才是打造車輛的關鍵比賽要素，所以我們額外注重電子資料。我們所搜集的資料，包含設計階段的電池與太陽能電池，還有電池的體積與其效能曲線均有。在賽程中搜集到的即時資料，有助于我們佳化車輛的性能，亦可比較車輛實際規(guī)格與設計規(guī)格之間的差異。另外，策略團隊則使用此資料搭配天氣預測，以計算出理想的賽程速度。我們并透過CompactRIO 內建記憶體而記錄所有資料，以利賽后分析并供未來改進之用。
使用CompactRIO 與可重設機箱
因為CompactRIO能在可客制化輸入通道上整合即時資料擷取功能，亦可記錄并傳輸資料，所以我們選用CompactRIO。而NI cRIO-9104 - 8槽式機箱可安裝任何必要模組，以滿足我們的監(jiān)控需求。透過多款NI模組，我們可隨著專案發(fā)展而調整機箱，并著重于太陽能車的不同面向。NI cRIO-9014 - Real-Time控制器另內建記憶體與多種I/O，可提供彈性介面與次要的資料儲存媒體。
我們的客制化機箱包含1組SEA cRIO-GPS+模組，可即時提供車輛位置；1組NI 9870序列介面模組，具備RS232介面，可擷取電池監(jiān)控系統(tǒng)的資料；1組NI 9401數(shù)位I /O模組，可透過馬達控制器端點取得車輛速度，并輸出資料；4個NI 9219類比I/O模組，可監(jiān)控火星塞、剎車、電流，與太陽能電池陣列的電壓；還有1個NI 9211熱電偶模組，可感測車輛周圍的溫度。我們另透過NI 9219通用類比I/O模組，以高度與解析度監(jiān)控多種資料，包含電壓、電流、溫度，與電阻。
利用LabVIEW FPGA Module 進行程式設計
使用LabVIEW FPGA Module即可迅速且輕松設計此系統(tǒng)。另外，Express VI具備捷徑功能，可讓使用者迅速變更程式以滿足需求。此外，我們在啟動CompactRIO時隨即執(zhí)行程式，讓整個系統(tǒng)成為無線架構，而不需實際接至系統(tǒng)再手動開始程式。我們雖屬業(yè)余團隊且程式設計經(jīng)驗有限，但直覺且圖形化的圖示與接線，都讓我們能加快程式設計的速度且趣味盎然。因為并非所有模組都支援CompactRIO的Scan Mode，所以我們透過FPGA程式設計模式，整合了共8個模組。我們檢視由追蹤車即時搜集的資料，再根據(jù)公式化的程式擬定比賽策略(圖2)。

圖2. 追蹤車上的即時資料
應用
在專案設計階段，我們使用CompactRIO 控制器記錄太陽電池的效能，以建立電池于不同氣候條件下的效能曲線。我們連接電池與系統(tǒng)，以了解不同溫度下的放電情形，并于每次試駕時記錄駕駛的動作，以協(xié)助團隊判別駕駛行動是否正確。
因為車輛完全由太陽能供電，我們將電子設備的耗電量降至低，讓馬達獲得大部分的電力，才能完成賽程?？椭苹? 槽式機箱可擷取如GPS、電池資訊、太陽能電池狀態(tài)、馬達效能，與駕駛動作的資料。接著將所有資料儲存于cRIO-9014 – Real-Time 控制器內建的2 GB 記憶體，同時透過LabVIEW VI 將資料格式化為字串，再透過低耗電的2.4 GHz 無線電數(shù)據(jù)機，將資料傳輸?shù)阶粉欆嚿?圖3)。

圖3. 遙測系統(tǒng)的程式區(qū)塊圖

Real-Time 控制器具備足夠的儲存空間，追蹤車上亦裝備1 組筆記型電腦。策略團隊在追蹤車上分析資料，并參考如道路、駕駛，與天候狀況的外部因素，以決定車行速度。
完成所有試駕之后，我們接著分析資料并微調太陽能車的機械元件，如調整車輪、轉向靈敏度、懸吊，與胎壓，以提升太陽能車的性能。透過LabVIEW，我們可模擬澳洲所有的可能天候狀況，這樣我們更能有效評估太陽能陣列所提供的電力與功率。此外，我們也會在賽事過后分析所得的資料，以進一步強化新一代的太陽能車。
結論
因為我們在這個專案使用即時監(jiān)測系統(tǒng)，且太陽能車所能提供的資料范圍太過廣泛，所以我們初并無法確定主要的焦點為何。隨著專案的進展，我們于競賽與設計階段，均透過CompactRIO 繪制出電池在不同溫度下的放電率圖表，并借以了解自制太陽能矩陣的效能。本專案從設計、實際比賽，到后續(xù)分析的所有階段，CompactRIO 實在助益良多。我們成功使用CompactRIO 為太陽能車開發(fā)了監(jiān)控系統(tǒng)，且針對未來的更多太陽能專案，我們亦準備繼續(xù)使用相同的機箱與控制器。

使labview用于電廠保護的發(fā)電機綜合數(shù)據(jù)采集與分析裝置
概述：采用NI 的LabVIEW 和CompactRIO 硬件平臺實現(xiàn)了水輪發(fā)電機的數(shù)據(jù)采集及分析裝置各個裝置通過以太網(wǎng)將相應的數(shù)據(jù)和故障分析的結果傳輸?shù)奖O(jiān)控中的服務器上。

應用方案：
水輪發(fā)電機側裝配一套數(shù)據(jù)采集及分析裝置，各個裝置通過以太網(wǎng)將相應的數(shù)據(jù)和故障分析的結果傳輸?shù)奖O(jiān)控中的服務器上，整個系統(tǒng)主要包括三個部分：
1. 采用工業(yè)控制計算機作為，監(jiān)控中心的存儲以及監(jiān)控服務器
2. 采用NI 公司的實時嵌入式處理器、FPGA模塊、采集卡組成高速數(shù)據(jù)采集及分析裝置
3. 采用相應的傳感器對相關的電測量和非電量進行采集，通過前端信號處理模塊處理之后送到高速數(shù)據(jù)采集及分析裝置的采集卡，以作為后續(xù)存儲與分析的信號輸入。


投放市場的必要性
發(fā)電廠的機組故障錄波器基本上都沒有使用，老式的故障錄波器也正是要更新?lián)Q代的時候，而且隨著國民經(jīng)濟的快速增長，電力的需求越來越緊張，電網(wǎng)的建設步伐也在加快，電力系統(tǒng)故障錄波器作為系統(tǒng)事故分析不可缺少的組成部分，市場的需求正在日益的增加。
使用NI 的硬件提高開發(fā)速度
CompactRIO硬件的高可靠性，實時處理器的，以及FPGA的并行高速計算能力以及LabVIEW的信號處理能力和便捷開發(fā)為本裝置的研制提供了一個比較合適的軟硬件平臺。

使用CompactRIO、labview 平臺監(jiān)控露天礦場使用的機器鏟
概述：使用NI CompactRIO平臺與NI LabVIEW軟體來創(chuàng)造的客制化振動與壓力連續(xù)監(jiān)控系統(tǒng)。

露天礦場使用的機器鏟是大型、活動式、非靜止的機器，用來裝載卡車，將礦石運送到加工廠。通常機器鏟與卡車的數(shù)量比例約為1 比12，所以機器鏟若發(fā)生意外的停工，便會對產(chǎn)量造成直接的影響，所以機器鏟被視為關鍵性的機器。
習慣上來說，要為這種機器鏟進行狀態(tài)監(jiān)控與預測性技術是很困難的，這是因為缺乏足夠的分析運算法與設備，而且環(huán)境太過惡劣。普通設備的傳統(tǒng)振動分析(旋轉機器進行預測性維修的主要工具) 是根據(jù)傅葉爾轉換來執(zhí)行的，傅葉爾轉換會假設旋轉速度不變。這對機器鏟來說是不夠的，所以便使用另1 種方法。
因為急需從回應式、預防式的維修策略轉變成預測式、主動式的策略，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Pedro Saavedra 教授所進行的計畫，目的是要為機器鏟的振動信號發(fā)展出適當?shù)恼駝臃治鲞\算法。等到運算法發(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?，F(xiàn)在SiAMFlex 是由CADETECH 公司支援并持續(xù)更新，以維持完整的機械結構資產(chǎn)完整管理與分析工具。

監(jiān)控系統(tǒng)包括了車載設備(on-board equipment)、1 個無線(off-board) 伺服器、電腦與無線網(wǎng)路設備。機器鏟的車載設備包括：
? 加上NI cRIO-9014 - 8 槽式機箱的CompactRIO 系統(tǒng)
? 供振動量測用的NI 9233 模組
? 供動態(tài)應變量測用的NI 9237 模組
? 提供、高解析度轉速測定資料的NI 9422 模組
? 提供機器鏟控制系統(tǒng)補償訊號的NI 9205 模組
? 裝在機器鏟主要旋轉元件(馬達與齒輪箱傳動裝置) 上的壓電加速度計
? 裝在機器鏟主要結構元件上的應變計
? 主馬達上的增量編碼器
? 無線網(wǎng)路設備
? 電力濾波設備
車載的CompactRIO系統(tǒng)需要加速度計、編碼器與應變計同時提供信號。振動與應變信號持續(xù)受到監(jiān)控，并與設定的警報值做比較，在問題產(chǎn)生時可以搶先通報。如果發(fā)生警報時，信號會以使用者定義的間隔定期儲存。發(fā)生這種狀況時，CompactRIO平臺的監(jiān)控應用可以尋找佳的分析量測時段，并佳化信號雜訊比。運用本法，資料會定期以預設的間隔儲存，以控制終的機械改變，而發(fā)生突發(fā)事件時資料也會記錄下來。碰到以上2種狀況時，機器鏟控制系統(tǒng)的補償信號會儲存起來供參考之用，并提高主動校正的可能性。
擷取的資料暫時儲存在CompactRIO 的內部快閃硬碟中，然后透過無線連結自動下載到主要伺服器中，資料在主要伺服器中處理、與更多復雜的警報參數(shù)比較，然后儲存在資料庫中。如果無法無線連結到伺服器時，使用者可以透過短程、點對點的無線連結(使用者靠近機器鏟以建立連結) 連上并手動下載資料；接上乙太網(wǎng)路連接線，或是在CompactRIO的USB 插槽上插入隨身碟，資料便會自動上傳。<0}
資料一旦處理儲存好了，就可以供下列之用：使用者視覺化、分析、手動處理，以及在伺服器上進行趨勢管理，或是有網(wǎng)路可存取資料庫的電腦，也可進行趨勢管理。所有的組態(tài)、資料移轉、處理、視覺化與分析軟體都充分內建在LabVIEW 里。
使用labview、CompactRIO開發(fā)嵌入式渦輪增壓器性能檢測系統(tǒng)
概述：與之前的解決方案相比，使用NI CompactRIO開發(fā)嵌入式渦輪增壓器檢測系統(tǒng)，提供更高的精度、準確性和穩(wěn)定性。

我們用基于CompactRIO的嵌入式系統(tǒng)替換了現(xiàn)有的可編程邏輯控制器（PLC）檢測系統(tǒng)，從而提高了控制的精度級別。與之前的PLC解決方案相比，新系統(tǒng)具有多個優(yōu)勢，包括的閥門控制和更的溫度、壓力和轉速測量。由于CompactRIO具有更高的性能和穩(wěn)定性，新系統(tǒng)能夠快速地完成例如渦輪增壓器預備性能檢測和信息分析等功能，從而可以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
在開發(fā)時間和資源分配方面，需要一個人進行硬件設計兩個月，一個人進行軟件開發(fā)三個月以及一個人進行調試和檢測一個月。
基于CompactRIO的全新檢測系統(tǒng)可以測量用于船只引擎驅動的渦輪增壓器的性能，。天然氣、空氣和汽油的輸入量需要根據(jù)安裝的閥門進行調節(jié)。根據(jù)調節(jié)后的量，渦輪增壓器、渦輪映射和壓縮機映射的效率使用關于渦輪增壓器的壓力、溫度和速度值進行測量。
使用LabVIEW 與DAQ 監(jiān)控人體于動態(tài)平臺上的擺動
概述：使用NI LabVIEW軟體搭配NI資料擷取(DAQ)硬體建構平臺，其表面具備122組應力感測電阻器(FSR)并能以200 Hz進行取樣，以量測人體擺動與平衡的控制情形。

人體即使在直立時，亦需隨時保持著穩(wěn)定性。人體整合多種機制，才能避免身體在靜、動態(tài)的條件下跌倒。測力板(Force platform) 與Stabilogram 均為量測、量化人體平衡度的標準。另根據(jù)時間概念而搜集壓力中心(COP)，以呈現(xiàn)姿勢控制的結果?；旧鲜且员砻嬷稳梭w中心，再垂直投射相關應力。主機電腦將根據(jù)FSR 的訊號而執(zhí)行一系列的計算作業(yè)，以取得COP (如圖1)。

圖1. 負責計算人體足部擺動的程式圖區(qū)塊
大多數(shù)的姿勢與平衡計量技術，均是主動操作姿勢或平衡狀態(tài)，再計算出人體的反應。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，達到自我反應的效果。若讓人體站在可移動的支撐表面上，亦可達到相同的變數(shù)。針對任何測試點，我們的平臺可達到不同方向的平衡紊亂(如圖2)。
在銜接儀器之后，此平臺可隨時追蹤人體COP 的移動，再顯示各種狀態(tài)下的人體穩(wěn)定程度。此時如BOSU Balance Trainer 的動態(tài)表面就極其重要，可完整補償姿勢控制器統(tǒng)，而模擬動態(tài)條件。與僅能模擬靜態(tài)條件的靜態(tài)平臺相較，動態(tài)表面更能呈現(xiàn)病理學方面的問題。
儀器控制
此堅固平臺的直徑為635 mm，非平面的圓頂直到動態(tài)平臺之處均為柔軟材質(如圖2)。另有薄薄一層FSR 排列為陣列，固定于平臺之上。我們另于平臺之上安裝感測器，以捕捉不同的站立姿勢，并達到更大的儀控面積(如圖2)。此系統(tǒng)好能盡量減少各種限制。
使用LabVIEW和PXI進行東海大橋結構健康監(jiān)測
概述：部署一個堅固耐用的PXI系統(tǒng)來監(jiān)測環(huán)境對大橋產(chǎn)生的影響，進行實時計算以確定大橋的即時結構健康狀況，并將數(shù)據(jù)儲存，進行離線處理。

東海大橋作為中國跨海大橋，耗資12億美元，于2005年完成通車。六車道的大橋將上海與洋山島連在了一起，大橋全長32.5千米，并設計成S形以避開臺風和海浪區(qū)，以車輛安全行駛。
我們搭建了一個結構健康監(jiān)測（SHM）系統(tǒng)，它能夠提供大量的數(shù)據(jù)來評估大橋損壞和退化程度、結構性能狀況、對于突發(fā)性災難的反應。利用這些數(shù)據(jù)可以對橋梁的設計和建造技術進行研究。
我們使用基于NI PXI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，源于其良好的堅固性和小巧的體積，適用于放置在大橋的保護區(qū)域中。事實證明，系統(tǒng)在安裝完畢后成功地克服了大橋所遇到的濕度、灰塵、震動和化學腐蝕等各種難題。使用LabVIEW，工程師能夠進行重要的實時分析，同時，能夠對大橋上大量的傳感器產(chǎn)生的信號進行離線處理。
硬件系統(tǒng)設置
對東海大橋實施監(jiān)控需要使用超過500個傳感器，在大橋每段都放置了加速度計和FBG光學傳感器，來采集環(huán)境激勵所引起的頻率響應。同時，大橋還配備了風速儀和壓式傳感器，以記錄頻率響應所對應的環(huán)境條件。大橋每一段還設有一個數(shù)據(jù)采集站，配備NI PXI-4472B動態(tài)信號采集卡（DSA）從周圍的加速度計采集相關數(shù)據(jù)。
另外，我們使用NI PXI-6652同步模塊和?NI PXI-6602計數(shù)器模塊，以及NI PXI-8187機箱控制器，來解決數(shù)據(jù)采集的同步問題。
在對東海大橋上的系統(tǒng)進行設置時，我們給每個PXI機箱都安裝了一個GPS，使用脈沖每秒（PPS）和IRIG-B定時信號分別進行信號同步和時間標識。PPS每秒傳輸一千萬脈沖，為每個機箱提供采樣基準時鐘。這使得采集模塊可以在100納秒的分辨率下對大橋上所有設備的通道實現(xiàn)同步采樣。