大咖秀来了，你兴奋吗？NI在状态监测领域秀出“十八般武艺”

据预测，到2020年，中国工业物联网规模在整体物联网产业中的占比将达到25%，规模将突破4,500亿元。关注中国市场，NI一直努力将全球经验中国化。今天小编就以“案例大咖秀”的形式，为大家分享NI在状态监测中的“十八般武艺”。

案例一 | 采用LabVIEW搭建REMOS高速铁路地震监控预警系统

By 武汉地震科学仪器研究院

1、地震监控预警缘何在高铁中如此重要？

• 中国位于环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位，是地震多发国家；

• 对铁路运输工作而言，当列车运行速度超过200km/h后，哪怕是较小震级（里氏4级左右）的地震，即使不会对线路结构造成损害也极可能会导致列车在高速运行中脱轨，所造成的危害是灾难性的；

• 中国铁路客运进入高铁时代，列车运行时速大多超过200km/h且列车运行密度高；

因此，开展铁路地震监测及紧急处置系统的研究对提高铁路防灾减灾能力，保证旅客生命财产安全性具有重要的社会和经济意义。

2、NI平台在其中如何施展“十八般武艺”？

基于NI LabVIEW强大的仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等功能，结合NI的嵌入式硬件，武汉地震科学仪器研究院有限公司的REMOS高铁地震预警系统已完美实现高速铁路地震监控和预警两大功能，被广泛应用多条高铁线路，运行稳定可靠。

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此外，本系统已经具备地震预警功能的扩展，对于每个监测点均实现了单点P波预警的能力，未来通过纳入国家台网的数据可实现网络地震预警的能力。

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所使用的NI软件

LabVIEW 2015

LabVIEW FPGA Module

LabVIEW Real-Time

3、深入剖析

• REMOS高速铁路地震预警监控系统拥有灵活的系统架构，采用NI的嵌入式模块，基于VxWorks实时操作系统，能够很好地响应高速铁路地震预警的实时性要求；采BS+CS+FTP架构，能够很好地满足用户二次开发及功能定制的需求。

  
  

• 由于高铁沿线设备较多且分散，系统提供了极为方便的远程批量维护及升级功能，可实现远程批量自动标定功能、远程批量状态查看及参数设置、远程批量程序升级。系统提供远程硬复位功能，可以实现终端对节点的远程断电硬复位。

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“使用LabVIEW无需忍受传统开发环境的复杂编程工作，直观的图形化环境实现了开发工作的高效率。有利于我们无缝地开发出一套完整的高速铁路地震监控预警应用解决方案——By 武汉地震科学仪器研究院 夏界宁”

案例二 | 重型工程车辆采用CompactRIO平台搭建在线监测系统

By 华穗科技

1、在线健康监测系统缘何对重型工程车辆如此重要？

• 重型工程车辆是在极其繁重的条件下工作的，速度高、载荷大且变化剧烈有时又伴随着振动和冲击再加上恶劣的工作环境高温、腐蚀和尘粒磨耗，因此各种失效形式过量变形、疲劳断裂、磨损等经常发生；

• 为了及时消除隐患，减少突发故障和频繁维修带来的损失，保证机器设备可靠运行和正常生产，必须十分重视机械设备的合理维修。新的预知维修方式是建立在对机器设备运行状态进行监测的基础上，并结合生产具体情况采取各种措施合理进行维修和保养，以确保机器安全运行。

设备状态监测技术是在设备运行过程中通过在线状态监测 , 及时发现设备异常和故障 , 从而尽早采取有效的预防措施。

2、NI平台在其中如何施展“十八般武艺”？

根据客户的需求，华穗科技确定了基于NI公司的CompactRIO硬件、IBM软件平台的解决方案。该方案基于CompactRIO模块化系统，根据不同的设备要求灵活配置不同的采集方案。采集后的数据可以通过本地CompactRIO的实时处理器进行数据预处理，将后续大数据故障预诊断所需的关键特征数据上传到数据中心云平台。

所使用的NI产品

NI软件	NI硬件
LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA Module	cRIO-90xx

3、深入剖析

系统的主要任务在于测量车辆操作过程中的运行参数、振动参数以及热参数，因此设备本身的防护性要求是保证数据收集的关键。CompactRIO系统抗振动和宽温工作，满足工业现场的振动和温度要求。华穗基于CompactRIO硬件的产品ioBOX，根据客户要求设计了GPS记录位置信息，大容量的数据存储、电池供电以及相应的防护（IP65）。

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ioBOX采集的数据通过3G网路上传到IBM云平台，利用IBM的PMQ解决方案，通过相关分析、神经网络、逻辑回归等自动分析所存储的故障数据的结构、依赖关系和相关性，主动识别系统的错误模式和它们的依赖关系。

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“采用CompactRIO，实现恶劣环境下快速灵活搭建数据采集的需求；能方便实现与IBM云平台的数据兼容——By 华穗科技 王维”

案例三 | 光伏电站发电状态监测和数据记录系统

 By 北京锐科环宇科技有限公司

1、状态监测和数据记录系统缘何在光伏发电站中如此重要？

光伏发电站通常建造在日照充足的高原地区，最低气压仅为0.5标准大气压，且温差较大（现场温度-30度至60度），对测试设备的耐高海拔、低气压、宽温等性能提出了较高要求。

此外，大型光伏发电站由多个光伏型发电组件（光伏板）和汇流箱组成，汇流箱把相邻几个发电组件的直流电流汇总后输入逆变器，汇流箱之间距离较远，为30m至数百米，因此需为每个汇流箱配备一台测试设备，多台设备组成局域网，构建分布式测试系统，由中央监控室的PC上位机统一读取数据和发布指令。综合描述，光伏发电站现场测试设备需要具备以下特点：

• 适应高海拔、低气压、大温差、电磁辐射大的工作环境；

• 具备长时间7/24不间断工作无故障性能；

• 可基于网络组网，构建分布式测试系统，并且可根据需求灵活增减测试站点；

• 网络传输稳定，具备断网重连，数据缓存重发机制，确保数据的完整性；

2、NI平台在其中如何施展“十八般武艺”？

根据以上需求，北京锐科环宇科技有限公司最终选择了NI的CompactRIO（cRIO）平台，实现了长时间数据采集、TCP发送、在线存储、断网重连重传等功能。室外汇流箱各配置一套以cRIO为采集核心的监测设备，气象参数采集室以及控制柜电流电压采集各配置一套cRIO，所有的cRIO采集设备基于交换机组成局域网，传输物理介质采用超五类线和光纤连接。

所使用的NI产品

NI软件	NI硬件
LabVIEW 2010 LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA Module	cRIO-9073 NI 9205 NI 9217

3、深入剖析

• 每套cRIO采集设备中安装了电流电压传感器和变送器，把电流电压或气象信号均变换为电压信号，输入电压采集卡NI 9205中，cRIO把32路电压信号通过TCP方式传输至中央监控室的PC中显示和存储。22套cRIO信号采样率均为1S/s，监控PC基于绝对采集时钟同步，写入后台SQL数据库中。

  
  

• 系统软件设计包括cRIO采集软件、PC人机界面和后台SQL数据库。锐科环宇嵌入式软件架构定义了一个标准化的软件框架，以动态调用的方式并行实现了数据采集和分析、数据上传和命令响应、数据流盘、调试接口等诸多功能，适用于所有的cRIO平台。同时嵌入式软件架构定义了TCP数据包格式和指令格式，上位机只需按照预定义的数据格式解析和封装即可实现与cRIO的数据交互。

“基于cRIO的分布式光伏发电站测试设备，可实时监测各个组件的工作状态，进行故障报警，便于光伏电站的维护；同时，通过对长期电站参数的分析和建模，可为光伏电站的选址、设计和评估提供强有力的数据基础和数学模型。——By 北京锐科环宇科技有限公司 覃剑欢”

案例四 | 牵电接口装置供电状态实时监测系统

 By 北京锐科环宇科技有限公司

1、供电状态实时监测缘何在轨道交通中如此重要？

牵引变电所把区域电力系统送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电。

牵电接口装置供电状态实时监测系统的监控对象是铁路沿线的牵引变电所内的供电开关，牵引供电系统能够为铁路列车提供稳定、安全的牵引电流。

2、NI平台在其中如何施展“十八般武艺”？

为了满足铁路沿线各个变电所数据监测的需求，北京锐科环宇科技有限公司采用NI CompactRIO平台提供的丰富的数据采集模块进行牵电接口装置监测。系统使用NI 9215模拟输入模块，每个通道最快支持100 kS/s/的采样率，对于面板的报警复位按钮与外部通断信号的的响应选择NI 9435数字输入模块。

所使用的NI产品

NI软件	NI硬件
LabVIEW 2010 LabVIEW Real-Time LabVIEW FPGA Module	cRIO-90xx NI 9215 NI 9435 NI 9425 NI 9474

3、深入剖析

在采集的同时，程序能够通过NI 9425数字输入模块监测的两路牵引变电所两路继电器的状态变化，当任意通道闭合或断开时系统就会有预警信息，我们使用NI 9474的DO通道控制声光报警器来实现。由于每个数据采集终端需要对所采集的模拟信号进行精确的同步，使用NI 9467 C系列GPS同步模块为系统提供精确的时间同步，在每个变电所的安装一个GPS接收器实现全局波形采集数据同步。

整个数据采集终端的软件由数据采集和通信两大部分组成。数据采集又分为数据采集模块、数据采集引擎、数据存储引擎。通信部分则由数据接口、控制接口和状态接口组成，这些不同的引擎和接口都是独立运行的VI，通过上层的动态调用，这样可以利用LabVIEW多线程的特性，避免各个模块的阻塞干扰。此外，运行在FPGA上的程序还会把处理过程中的中间结果和最终数据通过DMA的方式发送到实时控制器上。

“基于NI CompactRIO为核心的牵电接口装置系统，具有高速的数据采集处理的能力，保证了监控系统的实时性，对于触发事件实时判断。其次，控制器运行的Linux Real-Time，控制器的整个处理过程都在NI CompactRIO 9034上实现，并且NI CompactRIO 9034上具有16GB非易失性存储，具有足够的存储数据的空间。——By 北京锐科环宇科技有限公司 覃剑欢”

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来源：  恩艾NI知道

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