電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1、石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)the design of electrified railway catenary parameters automatic test system software 2013 屆 電氣工程 系專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 完成日期 2013年 5月 27日畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)題目電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱評(píng) 定 成 績(jī)指導(dǎo)教師得分評(píng)閱人得分答辯小組組長(zhǎng)得分成績(jī)：院長(zhǎng)(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題目基于射頻卡

2、的電子門鎖設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué)號(hào)8班級(jí)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程系導(dǎo)師姓名導(dǎo)師職稱一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)接觸網(wǎng)電壓電流的測(cè)量方法，利用虛擬儀器數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)故障數(shù)據(jù)的高速實(shí)時(shí)采集，以圖形化軟件labview作為自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，該系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及軟件的編寫。二、基本要求1. 自學(xué)labview語(yǔ)言，掌握用該語(yǔ)言對(duì)接觸網(wǎng)故障數(shù)據(jù)采集的方法。2. 掌握電氣化鐵路接觸網(wǎng)電壓電流的檢測(cè)方法。3. 實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。4. 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，要求條目清楚、計(jì)算正確、文本整潔。5. 提供有關(guān)課題的英文資料原文和譯文各一套。6. 提交開題報(bào)告一份。 三、設(shè)計(jì)的主

3、要技術(shù)指標(biāo)及要求：1. 分析接觸網(wǎng)故障電壓電流的檢測(cè)方法，確定總體設(shè)計(jì)方案。 2. 選擇數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)計(jì)算及選型。 3. 完成高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)，包括正常數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，各種參數(shù)的采集，交流電壓ac，直流電壓dc、均方根值、采樣頻率、采樣周期；報(bào)警任務(wù)；故障數(shù)據(jù)記錄存盤；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示等； 4. 完成數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，對(duì)故障信號(hào)及時(shí)存盤，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)分類查詢、綜合統(tǒng)計(jì)查詢的功能，并提供查詢結(jié)果等功能設(shè)置； 5. 對(duì)多路信號(hào)實(shí)現(xiàn)三維立體顯示。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn) 1高速電氣化鐵路接觸網(wǎng) 于萬(wàn)聚主編 西南交通大學(xué)出版社 2接觸網(wǎng) 吉鵬霄主編 化學(xué)工業(yè)出版社

4、3labview實(shí)用教程 喬瑞平主編 電子工業(yè)出版社 4labview高級(jí)程序設(shè)計(jì) 楊樂平主編 清華大學(xué)出版社五、進(jìn)度計(jì)劃1-3周： 課題調(diào)研、收集、學(xué)習(xí)參考資料，查閱外文資料，制定畢業(yè)設(shè)計(jì)方案，作開題報(bào)告4周： 熟悉labview特點(diǎn)和功能、整理參考資料5-6周： 數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)計(jì)算及選型7-8周： 完成高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)，期中檢查9-10周： 完成數(shù)據(jù)處理功能，完成軟件程序并調(diào)試運(yùn)行11-14周： 完成數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送， 修改并調(diào)試運(yùn)行15-16周： 答辯教研室主任簽字時(shí) 間 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題 目電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化一

5、、研究背景高速鐵路是當(dāng)今世界鐵路發(fā)展的潮流,隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展和交通運(yùn)輸?shù)募ち腋?jìng)爭(zhēng),高速鐵路以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)被許多國(guó)家作為大力研制和重點(diǎn)發(fā)展的目標(biāo),高速鐵路和客運(yùn)專線接觸網(wǎng)是高速鐵路牽引供電系統(tǒng)和鐵路客運(yùn)專線的主體和關(guān)鍵。接觸網(wǎng)是電氣化鐵路一種特殊形式的供電線路，它的任務(wù)是保證對(duì)電力機(jī)車可靠的不間斷的供應(yīng)電能，但是接觸網(wǎng)是電氣化鐵路中的薄弱環(huán)節(jié)。接觸網(wǎng)一旦發(fā)生故障，對(duì)牽引供電系統(tǒng)，受電設(shè)備及整個(gè)鐵路運(yùn)輸都會(huì)造成重大損失?，F(xiàn)在正值電氣化鐵路普遍提速時(shí)期，列車運(yùn)行快速而密集，顯然故障發(fā)生后不能及時(shí)排除，將極大影響鐵路運(yùn)行安全，所以研究接觸網(wǎng)的智能故障診斷技術(shù)具有非常重要的意義。接觸網(wǎng)是電氣化鐵路的供

6、電系統(tǒng)，其在鐵路空間位置的準(zhǔn)確測(cè)量十分重要是保證列車安全運(yùn)行的根本所在。二、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)：由于高速鐵路具有速度快、運(yùn)量大、安全性好、能耗低、占地少、污染少、屬于公共交通系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，所以我國(guó)在制定政策是明確提出要大力發(fā)展高速鐵路，我國(guó)高速鐵路發(fā)展迅速。而作為高速鐵路的重要組成部分接觸網(wǎng)，對(duì)其研究更是其中的重中之重。我國(guó)的接觸網(wǎng)正向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化方向發(fā)展；懸掛的彈性均勻性會(huì)進(jìn)一步提高；接觸網(wǎng)的電氣載流量會(huì)進(jìn)一步增加；接觸網(wǎng)的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)進(jìn)一步提高；接觸線的機(jī)電性能將會(huì)成為制約和評(píng)價(jià)接觸網(wǎng)優(yōu)劣的核心。受電弓和接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及其匹配關(guān)系會(huì)得到進(jìn)一步優(yōu)化。接觸網(wǎng)的防腐能力會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。作為保障接觸網(wǎng)

7、正常工作的檢測(cè)系統(tǒng)，我國(guó)也出了一批自己的檢測(cè)診斷產(chǎn)品，推動(dòng)了我國(guó)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。國(guó)內(nèi)在一些特定設(shè)備的診斷研究方面很有特色，形成了一批自己的監(jiān)測(cè)診斷產(chǎn)品。如西安交通大學(xué)的“大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械計(jì)算機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)”，鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“復(fù)線電力牽引網(wǎng)瞬時(shí)與永久性故障自動(dòng)識(shí)別裝置”，“牽引變電所安全監(jiān)控與綜合自動(dòng)化成套技術(shù)研究”，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的 “機(jī)組振動(dòng)微機(jī)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)”。綜合我國(guó)的設(shè)備診斷技術(shù)現(xiàn)狀，其應(yīng)用集中在電力、機(jī)械等行業(yè)，各種國(guó)際會(huì)議舉辦過數(shù)次。這對(duì)我國(guó)診斷技術(shù)的發(fā)展將起到巨大的推動(dòng)作用。國(guó)外：20世紀(jì)60年代，開始發(fā)展設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)。先是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和軍用車

8、輛上，裝備震動(dòng)噪聲檢測(cè)儀器和記錄裝置。fft的出現(xiàn)是數(shù)字信號(hào)處理發(fā)展史上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以此為契機(jī)，加之超大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，使得數(shù)字信號(hào)處理理論獲得了飛速發(fā)展。近年來，傳感器技術(shù)，信號(hào)處理系列技術(shù)(如各種濾波技術(shù)和譜分析技術(shù)等)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系列技術(shù)以及它在診斷中的應(yīng)用，使診斷技術(shù)逐漸完善，形成了一門新的故障診斷學(xué)，在生產(chǎn)中發(fā)揮愈來愈大的作用，其經(jīng)濟(jì)效益很高。據(jù)介紹，應(yīng)用診斷技術(shù)后，可減少事故75，降低設(shè)備維修費(fèi)2530。從診斷技術(shù)來看，美國(guó)占有領(lǐng)先地位，如美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(asme)。美國(guó)宇航局(nasa)在這一領(lǐng)域中投入了大量的資金，美國(guó)一些公司，如bently,hp,scie

9、ntific atlanta等，它們的診斷產(chǎn)品基本上代表了當(dāng)今診斷技術(shù)的最高水平。其它一些國(guó)家，診斷技術(shù)的發(fā)展也各有特色，如日本等在診斷技術(shù)應(yīng)用方面具有優(yōu)勢(shì)。高速鐵路從開始出現(xiàn)至今已經(jīng)有40多年的歷史，其中以日本、法國(guó)、德國(guó)的高速鐵路技術(shù)最為突出。國(guó)外高速接觸網(wǎng)懸掛類型基本上可歸為3類：即以日本為代表的復(fù)鏈形懸掛、以法國(guó)為代表的簡(jiǎn)單鏈形懸掛和以德國(guó)為代表的彈性鏈形懸掛。國(guó)外高速接觸網(wǎng)發(fā)展總趨勢(shì)是盡可能地簡(jiǎn)化接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，以提高接觸網(wǎng)的可靠性，在材質(zhì)一定的條件下，盡可能地提高接觸線的張力，以提高接觸線的波動(dòng)傳播速度，積極研制和開發(fā)與接觸網(wǎng)參數(shù)及運(yùn)營(yíng)速度相匹配的高速受電弓。三、論文的主要工作和所采

10、的方法手段：主要工作：電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是利用虛擬儀器數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)故障數(shù)據(jù)的高速實(shí)時(shí)采集， 以圖形化軟件labview作為自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，該系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及軟件的編寫。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，對(duì)故障信號(hào)及時(shí)存盤，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)分類查詢、綜合統(tǒng)計(jì)查詢的功能，并提供查詢結(jié)果以及系統(tǒng)維護(hù)等功能設(shè)置?；竟ぷ饔幸韵聨追矫妫?.了解接觸網(wǎng)參數(shù)的種類.2.選擇數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)計(jì)算及選型。3.自學(xué)labview語(yǔ)言，掌握用該語(yǔ)言對(duì)接觸網(wǎng)故障數(shù)據(jù)采集的方法。4.完成高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)，對(duì)正常和故障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和各種參數(shù)的采集。5.將數(shù)據(jù)錄入la

11、bview，實(shí)現(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)信號(hào)的高速實(shí)時(shí)采樣，軟件包括波形顯示，參數(shù)測(cè)量，數(shù)據(jù)分析等功能。四、預(yù)期達(dá)到的結(jié)果：設(shè)計(jì)的軟件要符合實(shí)際需求，準(zhǔn)確實(shí)時(shí)測(cè)定接觸網(wǎng)各類參數(shù)，并能分析參數(shù)類型，處理數(shù)據(jù)等功能，對(duì)故障信號(hào)及時(shí)存盤，建立數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)分類查詢、綜合統(tǒng)計(jì)查詢的功能，并提供了查詢結(jié)果以及系統(tǒng)維護(hù)等功能設(shè)置。指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間 年 月 日摘 要從我國(guó)鐵路發(fā)展的歷程和趨勢(shì)來看，電氣化鐵路在路網(wǎng)中所占的比例將越來越大，對(duì)公用電網(wǎng)的影響也將越來越嚴(yán)重。因此，建立和實(shí)施接觸網(wǎng)參數(shù)的檢測(cè)與分析，是保證接觸網(wǎng)正常使用的一個(gè)重要技術(shù)手段。研制一種新型的接觸網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效地對(duì)接觸網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于保證電力系統(tǒng)

12、運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，都具有重要意義。本文主要基于虛擬儀器技術(shù)，以電氣化鐵路接觸網(wǎng)的信號(hào)為例進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)需要的初步數(shù)據(jù)采集和分析任務(wù)，利用虛擬儀器技術(shù)對(duì)接觸網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，借助數(shù)據(jù)采集卡，在虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)labview2010上開發(fā)了電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與儲(chǔ)存，儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)接觸網(wǎng)參數(shù)的高速實(shí)時(shí)采樣。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)接觸網(wǎng)參數(shù)的采集、實(shí)時(shí)顯示與儲(chǔ)存查詢，并能完成報(bào)警任務(wù)，對(duì)保障電氣化鐵路安全暢通運(yùn)行有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：labview 虛擬儀器 數(shù)據(jù)采集 abstract from the history and trend

13、 of chinas railway development, electrified railway in network of the proportion of more and more big, the impact on the public power grid will be more and more serious. therefore, establishing and implementing the catenary power quality monitoring and analysis, is an important technical means to im

14、prove power quality. to develop a new type of power quality parameters monitoring system, power quality parameters monitoring effectively, to ensure the safety, economy and reliability of power system operation, has important significance. based on virtual instrument technology,fault signals of over

15、head catenary system are collected with the help of card and signal adjustement circuit,etc.by the tool of labview 2010,the writer develops the signal analysis software that can collect data high speed and real-time. the whole system realizes data acquisition and analysis of overhead catenary system

16、,it is realistic significance to make electrified railway work saftly and smoothly.key words：labview virtual instruments data acquisition 目 錄第1章 緒論1 1.1 課題研究的目的意義1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1 1.3 論文研究?jī)?nèi)容4第2章 總體設(shè)計(jì)方案5第3章 調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7 3.1 信號(hào)調(diào)理電路7 3.2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)簡(jiǎn)述9 3.3 數(shù)據(jù)采集卡的選擇10 3.4 數(shù)據(jù)采集卡的安裝12第4章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)13 4.1 labv

17、iew簡(jiǎn)介13 4.1.1 labview軟件的特點(diǎn)13 4.1.2 labview的程序組成14 4.2 labview的常用數(shù)據(jù)類型15 4.3 采用labview編制虛擬儀器程序的步驟17 4.4 采用labview實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理19 4.5 接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)20第5章結(jié)論與展望26 5.1 結(jié)論26 5.2 展望26參考文獻(xiàn)27致謝28附錄29 附錄a 外文翻譯29 附錄b 程序面板36第1章 緒 論1.1 課題研究的目的意義近年來，我國(guó)電氣化鐵路發(fā)展迅速，越來越長(zhǎng)的電氣化鐵路擔(dān)負(fù)著越來越重的運(yùn)輸任務(wù)。在整個(gè)電氣化鐵路中，接觸網(wǎng)是電力機(jī)車良好受流和安全運(yùn)行的關(guān)鍵，它是電氣

18、化鐵路一種特殊形式的供電線路，它的任務(wù)是保證對(duì)電力機(jī)車可靠的不間斷的供應(yīng)電能，但是接觸網(wǎng)是電氣化鐵路中的薄弱環(huán)節(jié)。接觸網(wǎng)一旦發(fā)生故障，對(duì)牽引供電系統(tǒng)，受電設(shè)備及整個(gè)鐵路運(yùn)輸都會(huì)造成重大損失，現(xiàn)在正值電氣化鐵路普遍提速時(shí)期，列車運(yùn)行快速而密集，顯然故障發(fā)生后如不能及時(shí)排除，將極大影響鐵路運(yùn)行安全，所以研制接觸網(wǎng)的智能故障診斷技術(shù)，對(duì)精確定位故障點(diǎn)、判斷故障類型、縮短事故停電時(shí)間、保證鐵路安全運(yùn)行具有非常重要的意義。因此，實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)故障的智能診斷，已成為保障電氣化鐵路安全運(yùn)行的一個(gè)重要課題。當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，短路點(diǎn)及附近電力設(shè)備中流過的短路電流可能達(dá)到額定電流的幾倍乃至幾十倍，將對(duì)電氣設(shè)備造成嚴(yán)

19、重?fù)p壞1 。與電力系統(tǒng)其它元器件相比，接觸網(wǎng)一方面凈空低，穿越地形復(fù)雜，另一方面，長(zhǎng)期暴露在環(huán)境惡劣的戶外，并受電力機(jī)車受電弓和機(jī)械沖擊，各種尺寸結(jié)構(gòu)、連接狀態(tài)都處于動(dòng)態(tài)變化之中，受潮氣、鹽污、工業(yè)粉塵的影響，難以進(jìn)行有效的維護(hù)，所以容易導(dǎo)致故障。而這類故障造成的局部絕緣損傷一般沒有明顯的痕跡，給故障點(diǎn)的查找?guī)順O大的困難2。如果能快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行故障定位，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣隱患，從技術(shù)上保證接觸網(wǎng)的安全運(yùn)行，才能面對(duì)發(fā)展高速、重載鐵路的新形勢(shì)，把電氣化鐵路提高到一個(gè)新水平，具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：目前，我國(guó)在一些特定設(shè)備的診斷研究方面很有特色，形成了

20、一批自己的監(jiān)測(cè)診斷產(chǎn)品。如西安交通大學(xué)的“大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械計(jì)算機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)”，鐵道部科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“復(fù)線電力牽引網(wǎng)瞬時(shí)與永久性故障自動(dòng)識(shí)別裝置”，“牽引變電所安全監(jiān)控與綜合自動(dòng)化成套技術(shù)研究”，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的 “機(jī)組振動(dòng)微機(jī)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)”。綜合我國(guó)的設(shè)備診斷技術(shù)現(xiàn)狀，其應(yīng)用集中在電力、機(jī)械等行業(yè)，各種國(guó)際會(huì)議舉辦過數(shù)次。這對(duì)我國(guó)診斷技術(shù)的發(fā)展將起到巨大的推動(dòng)作用。高阻抗故障是電力系統(tǒng)故障診斷久已存在的問題，至今仍沒有得到很好解決。高阻抗故障一般指導(dǎo)體對(duì)高電阻率物體或大地的短路故障，一般都有電弧產(chǎn)生，而電阻為非線性電阻，使短路電流中含有大量高、低頻諧波成分(有噪聲)，且有突發(fā)性

21、和間斷性特點(diǎn)，與牽引負(fù)荷電流的諧波成分有明顯的差別，這正是高阻故障不同于有牽引負(fù)荷電流的特征5。我國(guó)第一條重載電氣化鐵路大秦鐵路自1988年底開通以來已發(fā)生過幾十次高阻故障，其中幾次造成了事故的擴(kuò)大，給國(guó)家?guī)砹司薮蟮慕?jīng)濟(jì)損失。分析表明，故障阻抗與負(fù)荷阻抗區(qū)重迭，因而傳統(tǒng)的保護(hù)方法無法檢出故障，必須尋找新的保護(hù)措施。作為儀器領(lǐng)域中的新興技術(shù)，虛擬儀器的開發(fā)技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有了一定的研究。20世紀(jì)90年代以來，重慶大學(xué)，哈工大，西安交大，在研究和開發(fā)虛擬儀器設(shè)計(jì)平臺(tái)以及引進(jìn)和消化ni公司、hp公司的產(chǎn)品等方面作了一系列有益工作，并取得了一批矚目的成就。國(guó)外研究現(xiàn)狀：診斷技術(shù)是近幾十年來發(fā)展起來的一

22、門新學(xué)科。它是適應(yīng)工程實(shí)際需要而形成的交叉綜合學(xué)科。診斷技術(shù)理論、電子技術(shù)、自動(dòng)化儀器儀表的進(jìn)步，超大規(guī)模集成電路，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為診斷技術(shù)提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代，開始發(fā)展設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)釜測(cè)與故障診斷技術(shù)。先是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和軍用車輛上，裝備震動(dòng)噪聲檢測(cè)儀器和記錄裝置3。fft的出現(xiàn)是數(shù)字信號(hào)處理發(fā)展史上的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以此為契機(jī)，加之超大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，使得數(shù)字信號(hào)處理理論獲得了飛速發(fā)展。近年來，傳感器技術(shù)，信號(hào)處理系列技術(shù)(如各種濾波技術(shù)和譜分析技術(shù)等)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系列技術(shù)以及它在診斷中的應(yīng)用，使診斷技術(shù)逐漸完善，形成了一門新的故障診斷學(xué)，在生產(chǎn)中發(fā)揮愈來

23、愈大的作用，其經(jīng)濟(jì)效益很高。據(jù)介紹，應(yīng)用診斷技術(shù)后，可減少事故75，降低設(shè)備維修費(fèi)25304。從診斷技術(shù)來看，美國(guó)占有領(lǐng)先地位，如美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)(asme)。美國(guó)宇航局(nasa)在這一領(lǐng)域中投入了大量的資金，美國(guó)一些公司，如bently，hp，scientificatlanta等，它們的診斷產(chǎn)品基本上代表了當(dāng)今診斷技術(shù)的最高水平。其它一些國(guó)家，診斷技術(shù)的發(fā)展也各有特色，如日本在診斷技術(shù)應(yīng)用方面具有優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)80年代以來，國(guó)外不少研究機(jī)構(gòu)，特別是美國(guó)am學(xué)院開始研究高阻抗故障的保護(hù)問題，相繼報(bào)道了許多研究成果。德國(guó)在上世紀(jì)80年代也開始研制非接觸式檢測(cè)方法，主要利用兩個(gè)ccd線陣列攝像

24、機(jī)，然后利用數(shù)字圖像實(shí)時(shí)處理方法同時(shí)得到參數(shù)。意大利研制的非接觸式弓網(wǎng)檢測(cè)方法主要采用激光照射、伺服跟蹤和圖像處理技術(shù)。檢測(cè)裝置中的攝像機(jī)依靠直線馬達(dá)拉動(dòng)。自動(dòng)重合閘技術(shù)是診斷系統(tǒng)中的有效措施之一，在國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用6。架空輸電線路的故障大多是瞬時(shí)的，若能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并采用自動(dòng)重合閘措施，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)斷路器迅速跳閘，經(jīng)一定時(shí)間(約0.31s)后斷路器自動(dòng)合閘，重合閘后系統(tǒng)能正常運(yùn)行。根據(jù)運(yùn)行資料的統(tǒng)計(jì)，60-90的重合閘是成功的。少數(shù)不成功的重合閘由繼電保護(hù)作用再次跳閘。當(dāng)然這種情況下斷路器多跳閘一次，切除短路的總時(shí)間也長(zhǎng)了一些。但是由于這種情況是少數(shù)的，自動(dòng)重

25、合閘技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)還是主要的，因而獲得廣泛的采用。目前，電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)中的自動(dòng)重合閘大都是盲目進(jìn)行的，即無論是瞬時(shí)性故障還是永久性故障都進(jìn)行一次重合閘。如果線路故障是瞬時(shí)性的，重合閘重合成功，對(duì)系統(tǒng)影響不大：如果故障是永久的，再次重合不僅會(huì)給電氣設(shè)備帶來?yè)p壞，對(duì)系統(tǒng)造成不必要的二次沖擊，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞7。據(jù)統(tǒng)計(jì)瞬時(shí)性故障發(fā)生概率占60-90，永久性故障占10-40，即重合于永久性故障的概率為10-40，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，研制能夠正確識(shí)別瞬時(shí)與永久性故障且能在最佳重合時(shí)間進(jìn)行重合操作的智能重合閘已成為可能。設(shè)備診斷分為信號(hào)采集，信號(hào)處理，故障診斷三個(gè)階段。圍繞

26、這一問題，設(shè)備診斷技術(shù)在下述方面展開了理論研究。信號(hào)采集技術(shù)的研究。采集實(shí)際狀態(tài)的信號(hào)，為診斷后續(xù)工作打下基礎(chǔ)。系統(tǒng)診斷過程診斷技術(shù)的快速發(fā)展與虛擬儀器的快速發(fā)展是密切相關(guān)的。虛擬儀器是隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件和總線技術(shù)的飛速發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)為數(shù)據(jù)的高速實(shí)時(shí)采集打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，虛擬儀器是指通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能化模塊硬件結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面來操作計(jì)算機(jī)，從而完成被測(cè)試量的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。20世紀(jì)80年代，美國(guó)國(guó)家儀器公司(national instruments corporation簡(jiǎn)稱ni)首先提出了虛擬儀器的概念。ni提出的“軟件就是儀器” 的口號(hào)，徹底打敗了傳統(tǒng)儀

27、器只能由生產(chǎn)廠家定義，用戶無法改變的局面，自20世紀(jì)80年代以來，ni公司已研制出多種總線系統(tǒng)的虛擬儀器，特別是它提出的labview圖形化編程環(huán)境已享譽(yù)世界8。在ni之后，美國(guó)惠普(hp)緊緊跟上，該公司推出的hpvee編程系統(tǒng)可提供數(shù)十至數(shù)百種虛擬儀器的組建單元和整機(jī)。綜上所述，診斷技術(shù)是一門緊密結(jié)合實(shí)際的工程科學(xué)，生產(chǎn)實(shí)際的需要是它發(fā)展的根本原因，因此，它具有廣闊的工程背景和實(shí)用價(jià)值，具有相當(dāng)廣闊一要 主要研究?jī)?nèi)容交流電氣化鐵路接觸網(wǎng)智能診斷系統(tǒng)涉及到數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、交流電氣化鐵道牽引技術(shù)、供變電技術(shù)、智能診斷技術(shù)、模式識(shí)別等諸多技術(shù)和理論，是一項(xiàng)十分復(fù)雜的系統(tǒng)工程9。 1.3 論文研

28、究?jī)?nèi)容本課題的內(nèi)容：通過學(xué)習(xí)labview軟件，結(jié)合學(xué)習(xí)的接觸網(wǎng)的相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)的軟件。本軟件包括數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和查詢，以及波形的顯示，完成報(bào)警任務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的三維立體顯示等功能。本文利用虛擬儀器數(shù)據(jù)采集卡，研究電氣化鐵路接觸網(wǎng)的信號(hào)，以圖形化軟件labview2010作為測(cè)控系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，確定接觸網(wǎng)故障檢測(cè)的方法，確定總體設(shè)計(jì)方案。首先設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路，確定各元件參數(shù)及型號(hào)。該信號(hào)調(diào)理電路要完成濾波和放大功能。濾波負(fù)責(zé)去除噪聲，放大電路可以將發(fā)出的信號(hào)調(diào)整到數(shù)據(jù)采集卡的可接收范圍內(nèi)。其次選擇數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)及具體參數(shù)。再次完成多通道高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)，包括正常數(shù)據(jù)

29、和故障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，各種參數(shù)的采集，交流電壓ac，直流電壓dc、均方根值、報(bào)警任務(wù)；數(shù)據(jù)存盤；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示等；完成數(shù)據(jù)處理功能包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，對(duì)多路信號(hào)實(shí)現(xiàn)三維立體顯示。最后對(duì)所設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行檢測(cè)，看是否完成軟件所需要的各個(gè)功能。第2章 總體設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)主要分為硬件部分和軟件部分。其中軟件部分是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分，通過labview來設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)總體方案如圖2-1所示，設(shè)計(jì)主要分為：信號(hào)調(diào)理模塊、信號(hào)的采集模塊、利用計(jì)算機(jī)建立虛擬儀器模塊、虛擬儀器的顯示。數(shù)據(jù)采集卡虛擬儀器前面板設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序信號(hào)調(diào)理電路labview子模板應(yīng)用程序labview開發(fā)平臺(tái)計(jì)算機(jī) 圖2-1 接觸網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采

30、集系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖硬件的主要功能是獲取現(xiàn)實(shí)世界中的被測(cè)信號(hào)。本設(shè)計(jì)中的硬件部分包括信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡兩部分。其中信號(hào)采集卡負(fù)責(zé)濾波和放大，數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)采集的信號(hào)，并將采集到的信號(hào)處理后發(fā)送給計(jì)算機(jī)。首先建立的是信號(hào)調(diào)理模塊。原始信號(hào)通常混有與故障無關(guān)的信號(hào)，因此，在將信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理之前，必須進(jìn)行信號(hào)條理。鑒于本設(shè)計(jì)的具體情況，這里的信號(hào)條理電路由隔離、濾波等電路組成，接觸網(wǎng)故障信號(hào)中含有對(duì)計(jì)算機(jī)和人體有害的高壓脈沖，它不能直接將該信號(hào)直接連接到daq卡上，需要隔離處理。采集到的信號(hào)，在進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡之前需進(jìn)行低通濾波處理。主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理為以下模塊做好鋪墊作用，信

31、號(hào)調(diào)理屬于硬件部分，利用硬件設(shè)備組成信號(hào)調(diào)理電路。其次是建立數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)是采集原始數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡是進(jìn)行高速直接數(shù)據(jù)采集的理想設(shè)備。其主要指標(biāo)有采樣精度、采樣速度。采樣精度由轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來決定，而采樣速度是與采樣頻率不可分的數(shù)據(jù)采集卡是虛擬儀器信號(hào)采集系統(tǒng)的硬件模塊。本論文主要是針對(duì)電氣化鐵路接觸網(wǎng)信號(hào)的檢測(cè)，因?yàn)閷?duì)接觸網(wǎng)信號(hào)的檢測(cè)是有一定難度的，所以要選擇合適的信號(hào)采集卡。通過資料的查詢本文選取ni-5112卡，此采集卡能夠滿足接觸網(wǎng)信號(hào)的采集工作。在給定了計(jì)算機(jī)必要的儀器硬件之后，使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于軟件。軟件為用戶提供了集成開發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接

32、口。軟件部分是在圖形化編程語(yǔ)言labview2010平臺(tái)上開發(fā)的。采用了圖形化程序設(shè)計(jì)軟件labview作為虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，是因?yàn)楹推渌惍a(chǎn)品相比，labview在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示等方面顯示了強(qiáng)大的功能，尤其是其數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理的優(yōu)勢(shì)提高了工作效率。它充分發(fā)揮了微機(jī)強(qiáng)大的功能和軟件設(shè)計(jì)的靈活性。所以再次就是計(jì)算機(jī)虛擬模塊，通過虛擬儀器信號(hào)進(jìn)行一系列的分析和處理。虛擬儀器的創(chuàng)建要利用虛擬軟件labview2010進(jìn)行編寫。最后是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)并實(shí)時(shí)顯示出來。而且可以的把以前存儲(chǔ)的再調(diào)用出來。這部分也需要在虛擬軟件labview2010上進(jìn)行編寫。第3章 調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的

33、設(shè)計(jì)原始信號(hào)由多路互感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路，從混合信號(hào)中提取出待測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)故障信號(hào)。然后送入數(shù)據(jù)采集卡(由硬件驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)工作)，通過系統(tǒng)總線送進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，經(jīng)存儲(chǔ)單元進(jìn)入微機(jī)的顯示緩沖區(qū),最后在屏幕上顯示出波形。硬件的主要功能是獲取現(xiàn)實(shí)世界中的被測(cè)信號(hào)。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(data acquisition,以下簡(jiǎn)稱daq)、gpib儀器控制系統(tǒng)和vxi儀器控制系統(tǒng)。文中采用的是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它的任務(wù)就是測(cè)量現(xiàn)實(shí)世界中的物理信號(hào)。虛擬儀器的硬件平臺(tái)由互感器、信號(hào)條理、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡組成，互感器起到信號(hào)采集的作用，信號(hào)調(diào)理附件能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行放大、隔離、濾波等處理，以便更精

34、確、更安全的測(cè)量，當(dāng)輸入信號(hào)被適當(dāng)調(diào)理后，即可輸出給數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡是故障信號(hào)分析儀的重要組成部件，其性能指標(biāo)直接影響著分析儀的采樣率、精度等因素。cpu的速度及計(jì)算機(jī)的內(nèi)存影響著處理數(shù)據(jù)的速度，計(jì)算機(jī)的硬盤決定它存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的容量。3.1 信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)采集系統(tǒng)首要部件就是電流互感器，它置于系統(tǒng)的最前端，它可檢測(cè)到100ma100a的交流和直流的電流。原始信號(hào)通?；煊信c故障無關(guān)的信號(hào)，因此，在將信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理之前，必須進(jìn)行信號(hào)條理。鑒于本設(shè)計(jì)的具體情況，這里的信號(hào)條理電路由隔離、濾波等電路組成，接觸網(wǎng)故障信號(hào)中含有對(duì)計(jì)算機(jī)和人體有害的高壓脈沖，它不能直接將該信號(hào)直接連接

35、到daq卡上，需要隔離處理。采集到的信號(hào)，在進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡之前需進(jìn)行低通濾波處理。信號(hào)調(diào)理電路如圖3-1所示。本電路為典型帶通濾波器，作用是允許某一段頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，而將此頻帶頻帶以外的信號(hào)阻斷。在抗干擾設(shè)備中，能夠接受某一頻段內(nèi)的有效信號(hào)，而消除高頻段和低頻段的干擾和噪聲。本電路圖中r和c為低通濾波部分，而c和r為高通濾波部分，剩下的電路為放大電路，作用是放大電路信號(hào)，使之能夠把信號(hào)放大到數(shù)據(jù)采集卡能夠接受到的范圍。圖3-1 信號(hào)調(diào)理電路輸入端的電阻r和電容c組成低通電路，另一個(gè)電容c和電阻r組成高通電路，二者串聯(lián)起來接在集成運(yùn)放的同相輸入端。而輸出端通過電阻r引回一個(gè)反饋，使輸出電壓

36、在高頻段迅速下降，但在接近于通帶截止頻率f的范圍內(nèi)又不要下降太多，從而有利于改善濾波特性。因?yàn)榍?則他的傳遞函數(shù)是： (3-1)與其標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)相比可以求出： (3-2) (3-3) (3-4)代入數(shù)據(jù)得q=4.6該帶通濾波器的帶寬為： (3-5) (3-6) (3-7)解得信號(hào)調(diào)理將數(shù)據(jù)采集設(shè)備轉(zhuǎn)換成一套完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這是通過直接連接廣泛的傳感器和信號(hào)類型來實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵的信號(hào)調(diào)理技術(shù)可以將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體性能和精度提高10倍。信號(hào)調(diào)理簡(jiǎn)單的說就是將待測(cè)信號(hào)通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。是指利用內(nèi)部的電路(如濾波器、轉(zhuǎn)換器、放大器等)來改變輸入的信號(hào)類型并輸出。因?yàn)?/p>

37、工業(yè)信號(hào)有些是高壓，過流，浪涌等，不能被系統(tǒng)正確識(shí)別，必須把他調(diào)整清理。一般的采集卡上都帶有可編程的增益，但具體要不要作信號(hào)調(diào)理，要視待采信號(hào)的特點(diǎn)而定，若信號(hào)很小，則要經(jīng)過放大信號(hào)調(diào)理到采集卡能夠識(shí)別的范圍，若信號(hào)干擾較大，就要考慮采集之前濾波了。3.2數(shù)據(jù)采集技術(shù)簡(jiǎn)述數(shù)據(jù)采集(daq)，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行進(jìn)一步分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)(data acquisition)是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)

38、、處理以及控制等作業(yè)。在智能儀器。信號(hào)處理以及工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域，都存在著數(shù)據(jù)的測(cè)量與控制問題。將外部世界存在的溫度、壓力、流量、位移以及角度等物理量應(yīng)用非電量電測(cè)技術(shù)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)和模擬量，然后再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再收集到計(jì)算機(jī)并進(jìn)一步予以處理、傳輸、顯示與記錄這一過程，即稱為“數(shù)據(jù)采集”。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已在雷達(dá)、通信、水聲、遙感、地質(zhì)勘探、振動(dòng)工程、無損檢測(cè)、語(yǔ)聲處理、智能儀器、工業(yè)自動(dòng)控制以及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用10?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，已在速度、分辨率、精度、接口能力軟件設(shè)計(jì)以及抗干擾能力等方面向現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集技術(shù)提出了越來越高的要求，隨著微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)

39、的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)更為廣闊。3.3數(shù)據(jù)采集卡的選擇數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)是采集原始數(shù)字信號(hào)，數(shù)據(jù)采集卡是進(jìn)行高速直接數(shù)據(jù)采集的理想設(shè)備。其主要指標(biāo)有采樣精度、采樣速度。采樣精度由轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來決定，而采樣速度是與采樣頻率不可分的11。數(shù)據(jù)采集卡的選擇主要與采樣率、測(cè)量通道、分辨率和測(cè)量精度有關(guān)。采樣率即在單位時(shí)間內(nèi)的測(cè)量次數(shù)，一般用hz即采樣頻率來表示。采樣率的選擇，取決于被測(cè)量的信號(hào)的變化速度，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，所需的采樣頻率應(yīng)為所測(cè)信號(hào)的最高頻率分量的兩倍以上。測(cè)量中需將模擬信號(hào)經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，分辨率是將滿量程信號(hào)經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后得到的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)，分辨率越高，意味著可檢測(cè)出的

40、電壓變化越小。分辨力指能辨別一個(gè)物體不同部分的能力。精度是指與實(shí)際或標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的一致性。對(duì)于接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)來說，其分辨力包括水平分辨力和垂直分辨力兩種，精度也包括水平和垂直兩種精度，它們都是非常重要的參數(shù)。綜合考慮應(yīng)選用100mhz的板卡才能完成接觸網(wǎng)的故障信號(hào)的測(cè)量工作。測(cè)量通道是整個(gè)系統(tǒng)所需測(cè)量的信號(hào)數(shù)量，產(chǎn)品不同，可測(cè)量的通道也不同。在選取產(chǎn)品時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：可測(cè)通道數(shù)是否滿足系統(tǒng)要求；在測(cè)量多通道時(shí)，應(yīng)注意產(chǎn)品能否擴(kuò)展及最多可擴(kuò)展的通道數(shù)。綜合以上各因素考慮選取美國(guó)ni公司生產(chǎn)的高速數(shù)字化儀ni-5112卡，它基于pxi總線，保證了信號(hào)的實(shí)時(shí)高速不間斷采樣，比基于vxi總線的虛擬

41、儀器具有更高的采樣速率和處理數(shù)據(jù)的能力，其主要技術(shù)指標(biāo)為：信號(hào)輸入范圍25mv25v，變化范圍在10%；模擬輸入選擇1m或50的阻抗，選擇交流或直流耦合，每通道將直流電壓抵消到輸入的20倍；每個(gè)模擬輸入通道采樣速率100ms/s實(shí)時(shí)采樣；它具有高精度的定時(shí)電路，能以2.5gs/s隨機(jī)時(shí)間間隔采樣；100mhz帶寬來除去高頻噪聲，8位垂直精度，提供2路同步采樣通道，每通道16或32mb內(nèi)存；ni-5112卡以高速率將數(shù)據(jù)送入內(nèi)存中，由于具有雙緩沖能力，數(shù)據(jù)以單個(gè)模式或多記錄模式被連續(xù)的壓入內(nèi)存；記錄快速，觸發(fā)時(shí)間可達(dá)2ns精度。所以選擇ni公司的ni-5112卡可以完成所需任務(wù)。 ni-5112

42、卡有三個(gè)觸發(fā)源模擬觸發(fā)、數(shù)字觸發(fā)、軟件控制觸發(fā)。這里采用數(shù)字觸發(fā)源。儀器驅(qū)動(dòng)程序：儀器驅(qū)動(dòng)程序是連接上層應(yīng)用程序與底層輸入/輸出的紐帶，驅(qū)動(dòng)程序功能包括儀器命令的語(yǔ)法、i/o接口協(xié)議、數(shù)據(jù)語(yǔ)法分析等。軟件包括650多種世界各地主要廠家生產(chǎn)的儀器的驅(qū)動(dòng)程序。儀器驅(qū)動(dòng)程序不但為用戶程序設(shè)計(jì)節(jié)約了時(shí)間和精力,而且為用戶提供了重要的模塊化代碼,使用戶很方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)程序減少了用戶自己開發(fā)應(yīng)用程序的時(shí)間,由于不需要學(xué)習(xí)復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)協(xié)議,使得用戶對(duì)儀器的控制也變得簡(jiǎn)單。由硬件實(shí)現(xiàn)信號(hào)和安全閾值比較，將結(jié)果置成高電平或低電平，送入ni-5112卡的trigger端口中，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的觸發(fā)。ni-

43、5112卡的外形圖和i/o接口如圖3-2和圖3-3所示。圖3-2 ni-5112卡的外形圖 圖3-3 ni-5112卡i/o接口圖連接信號(hào)圖如圖所示3-3所示為ni-5112的接口，包含三個(gè)bnc五針接口，一個(gè)sbm接口和一個(gè)九針din圓縮針接口。有兩個(gè)bnc接口即ch0和ch1是用來測(cè)量所輸入的模擬信號(hào)接口。第三個(gè)bnc接口是pf11，用作外部數(shù)字觸發(fā)器和產(chǎn)生探針補(bǔ)償信號(hào)。pin接口和aux，作為一個(gè)附加的外部數(shù)字觸發(fā)線存儲(chǔ)輸入pf12。3.4 數(shù)據(jù)采集卡的安裝在使用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集之前，需要對(duì)ni-5112卡進(jìn)行安裝與設(shè)置，主要步驟如下：(1)安裝ni-5112卡驅(qū)動(dòng)程序，在windows

44、平臺(tái)上安裝ni-5112卡的驅(qū)動(dòng)程序，程序?qū)⑻崾居脩羧绾伟惭b，每一步進(jìn)行典型安裝即可。驅(qū)動(dòng)軟件ni-scope為labview提供了daq(數(shù)據(jù)采集)設(shè)備和信號(hào)調(diào)理硬件之間的高級(jí)連接端口。(2)ni-5112卡的安裝與配置，按照用戶手冊(cè)，將卡插入pc機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線擴(kuò)展槽內(nèi)，注意必須首先安裝驅(qū)動(dòng)程序，然后裝ni-5112卡，否則有的軟件控件將裝不上。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軟件安裝完畢后，在桌面上出現(xiàn)“measurement&automation”的圖標(biāo)，雙擊該圖標(biāo)進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡設(shè)置與測(cè)試界面，對(duì)卡進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的設(shè)置。第4章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在給定了計(jì)算機(jī)必要的儀器硬件之后，使用虛擬儀器的關(guān)鍵在于軟件。軟件為

45、用戶提供了集成開發(fā)環(huán)境、高水平的儀器硬件接口和用戶接口。美國(guó)國(guó)家儀器公司提出的“軟件即是儀器”的口號(hào)形象的概括了軟件在虛擬儀器技術(shù)中的重要作用。對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫，大致可分為兩種方式： (1)通用編程軟件編寫。主要有vb、vc+、delphi、power builder； (2)用專業(yè)圖形化編程軟件編寫。如labview和labwindows/cvi等。采用圖形化編程語(yǔ)言labview作為虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái)。軟件設(shè)計(jì)是虛擬儀器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，主要包括前面板設(shè)計(jì)和框圖(源代碼)程序設(shè)計(jì)。前面板是vi代碼的接口，用于設(shè)置和觀察輸入、輸出量，它是模擬真實(shí)器件設(shè)計(jì)的，其效果形象直觀?？驁D程序面板用

46、來控制數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向，完成系統(tǒng)的編程。 4.1 labview簡(jiǎn)介labview是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器(ni)公司研制開發(fā)的，類似于c和basic開發(fā)環(huán)境，但是labview與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而labview使用的是圖形化編輯語(yǔ)言g編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式12。4.1.1 labview軟件的特點(diǎn)虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境選取先進(jìn)的圖形化編程軟件labview2010，它是21世紀(jì)由美國(guó)國(guó)家儀器公司提出的創(chuàng)新軟件，也是目前應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境，它利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的運(yùn)算、分析和處理，

47、利用i/o接口設(shè)備，完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，從而完成各種儀器系統(tǒng)的測(cè)試功能。labview是ni公司推出的一種基于g語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，它具有如下特點(diǎn)： (1)采用面向?qū)ο蟮姆椒ê透拍睿欣谲浖拈_發(fā)和再利用； (2)支持550多種標(biāo)準(zhǔn)總線設(shè)備及采集卡，如串行接口、gpib、vxi等。(3)提供豐富的數(shù)據(jù)采集、分析及存儲(chǔ)的庫(kù)函數(shù)，數(shù)學(xué)分析和信號(hào)處理庫(kù)包含了數(shù)以百計(jì)的vi，用于統(tǒng)計(jì)、時(shí)域和頻域分析、濾波、回歸等；便于提高開發(fā)速度； (4)提供傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行，同時(shí)提供獨(dú)具特色的執(zhí)行工具，使程序動(dòng)畫式運(yùn)行，便于設(shè)計(jì)者觀察到程序運(yùn)行的細(xì)節(jié)，使程序調(diào)試和開發(fā)更為簡(jiǎn)

48、捷、方便； (5)提供了比較完備的代碼接口，可調(diào)用windows中的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(dll)中的函數(shù)以及c、vc/vc+、matlab等、直接支持動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換(dde)等，便于與其他windows應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用程序接口，使labview功能更強(qiáng)大，應(yīng)用范圍更廣泛。(6)具有強(qiáng)大的internet功能，支持tcp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控儀器開發(fā),可遙控分布在其他微機(jī)上的虛擬儀器設(shè)備；因此，labview2010是電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的最佳軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)。4.1.2 labview的程序組成labview程序稱為虛擬儀器程序(virtual instrument 簡(jiǎn)稱vi)

49、。一個(gè)最基本的vi由3部分組成：前面板(panel)、框圖程序(diagram programme)和圖標(biāo)/連接端口(icon/terminal)。(1)前面板：用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，稱輸入量為控制(control)，稱輸出量為指示(indicator)。在前面板中，用戶可以使用各種圖標(biāo)，如旋鈕、按鈕、開關(guān)、實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖等，就像真實(shí)的儀器面板一樣。前面板由控制、指示和修飾 構(gòu)成?？刂剖怯脩粼O(shè)置和修改vi程序中輸入量的接口；指示則用于顯示由vi程序產(chǎn)生或輸出的數(shù)據(jù)；修飾的作用僅是將前面板點(diǎn)綴的更加美觀，并不能作為vi的輸入或輸出來使用。(2)框圖程序：每一個(gè)前面板都有一個(gè)流程圖式的框圖程序

50、與之對(duì)應(yīng)。流程圖式的程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)流和方塊圖的概念是一致的,而且由于流程圖與傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的語(yǔ)法細(xì)節(jié)無關(guān)，構(gòu)建和測(cè)試程序就可以少費(fèi)時(shí)間?？驁D程序用圖形化編程語(yǔ)言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)編程語(yǔ)言程序中的源代碼?？驁D程序由節(jié)點(diǎn)(node)和數(shù)據(jù)連線(wire)組成。節(jié)點(diǎn)是vi程序中的執(zhí)行元素，節(jié)點(diǎn)之間由數(shù)據(jù)連線按照一定的數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系相互連接，它可定義框圖程序內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)與前面板之間是通過數(shù)據(jù)端口和數(shù)據(jù)連線來傳遞數(shù)據(jù)的。數(shù)據(jù)端口是數(shù)據(jù)在前面板對(duì)象和框圖程序之間傳輸?shù)耐ǖ?，是?shù)據(jù)在框圖程序內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)慕涌?。labview中有三種類型的數(shù)據(jù)端口?？刂贫丝诤椭甘径丝诳刂贫丝诤椭?/p>

51、示端口用于前面板對(duì)象，當(dāng)vi程序運(yùn)行時(shí)，控制輸入的數(shù)據(jù)通過控制端口傳遞到框圖程序，為其中的程序使用。產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù)再通過指示端口傳輸?shù)角懊姘逯袑?duì)應(yīng)的指示中顯示。當(dāng)在前面板創(chuàng)建或刪除控制或指示時(shí)，labview會(huì)自動(dòng)在框圖程序中創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的端口。節(jié)點(diǎn)端口為了與外界交換數(shù)據(jù)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)或數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)端口(terminals)用以輸入和輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)連線是數(shù)據(jù)端口之間的數(shù)據(jù)通道。在數(shù)據(jù)連線中數(shù)據(jù)是單向流動(dòng)的，從源端口流向一個(gè)或多個(gè)目的端口。圖標(biāo)/連接端口圖標(biāo)/連接端口可以把vi變成一個(gè)對(duì)象(subvi,即vi子程序)，然后象子程序一樣在其它vi中調(diào)用。圖標(biāo)作為subvi的直觀標(biāo)記，在被其它vi

52、調(diào)用時(shí)，代表subvi中的所有框圖程序。連接端口表示該subvi與調(diào)用它的vi之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的輸入/輸出口。采用前面板、流程圖、圖標(biāo)等,用戶就對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)圖形化描述,同時(shí),用戶還可以隨時(shí)改變虛擬儀器的軟件來滿足自己的需要。與傳統(tǒng)的編程方式相比,使用labview設(shè)計(jì)虛擬儀器,可以提高效率410倍。同時(shí)，利用其模塊化和遞歸方式，用戶可以在很短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計(jì)和更改自己的虛擬儀器系統(tǒng)。labview具有三個(gè)圖形化工具模板，用于創(chuàng)建和運(yùn)行程序，即工具模板(tool palette)、控制模板(controls palette)和功能模板(function palette)。工具模板主要用于vi

53、的創(chuàng)建、修改和調(diào)試，提供用于圖形操作的各類工具，如：移動(dòng)、選取、設(shè)置斷點(diǎn)、文字輸入等。在windows菜單中單擊show tool palette命令可以打開該模板?？刂颇０鍎t提供所有用于前面板編輯、控制和實(shí)現(xiàn)對(duì)象的圖表以及一些特殊的圖形。其中每個(gè)工具圖標(biāo)代表一個(gè)模板，并且每個(gè)工作圖標(biāo)包含一系列子模板?？刂颇０逯挥星懊姘宕翱诓拍苷{(diào)用。功能模板是創(chuàng)建框圖程序的工具。labview框圖編程的所有函數(shù)按照功能分類都分布在功能模板的各個(gè)子模板里。功能模塊上的對(duì)象包括簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算、高級(jí)數(shù)據(jù)采集和分析方法、以及網(wǎng)絡(luò)和文件輸入輸出操作該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。功能模板只有在框圖程序窗口才能

54、調(diào)用。4.2 labview的常用數(shù)據(jù)類型labview作為一種通用的編程語(yǔ)言，與其他文本編程語(yǔ)言一樣，它的數(shù)據(jù)操作是最基本的操作。labview是用“數(shù)據(jù)流”的運(yùn)行方式來控制vi程序。數(shù)據(jù)流是labview的生命，運(yùn)行程序就是將所有輸入端口上的數(shù)據(jù)通過一系列節(jié)點(diǎn)送到目的端口。labview主要的數(shù)據(jù)類型包括標(biāo)量類型(單元素)，如數(shù)值型、字符型和布爾型；還包括了結(jié)構(gòu)類型(包括一個(gè)以上的元素)，如數(shù)組和簇。labview數(shù)據(jù)控件模版將各種類似的數(shù)據(jù)類型集中在一個(gè)子模版上以便于使用。數(shù)據(jù)類型主要有數(shù)值量、邏輯量。字符串。文件路徑等幾類，所以一個(gè)數(shù)據(jù)類型子模版有相當(dāng)多的項(xiàng)目，如一個(gè)數(shù)值類型可以顯示為一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字、一個(gè)條圖、一個(gè)滑塊、一個(gè)模擬計(jì)量器或者顯示在一個(gè)圖表中。labview的數(shù)據(jù)類型與傳統(tǒng)編程語(yǔ)言中的數(shù)據(jù)類型基本類似，除了具有一般的數(shù)據(jù)類型之外，還有一些獨(dú)特的數(shù)據(jù)類型。三維曲面圖的介紹：三維曲面圖如圖4-1所示，即3d surfance graph用于顯示三維空間的一個(gè)曲面，即3d surfance graph是一個(gè)activex控件，提供了用于制作圖的屬性和方法。在前面板放置一個(gè)三維曲面控件時(shí)，框圖中將出現(xiàn)兩個(gè)坐標(biāo)，如圖所示，一個(gè)是avtivex控件的圖標(biāo)，另一個(gè)是3d surfance.vi，該vi負(fù)責(zé)三維制圖。圖4-1 三維曲面圖activ