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)-圖文

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)TheDesignofElectrifiedRailwayCatenaryParametersAutomaticTestSystemSoftware屆專業(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)單畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告摘要從我國(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)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AbstractFromthehistoryandtrendofChina'srailwaydevelopment,electrifiedrailwayinnetworkoftheproportionofmoreandmorebig,theimpactonthepublicpowergridwillbemoreandmoreserious.Therefore,establishingandimplementingthecatenarypowerqualitymonitoringandanalysis,isanimportanttechnicalmeanstoimprovepowerquality.Todevelopanewtypeofpowerqualityparametersmonitoringsystem,powerqualityparametersmonitoringeffectively,toensurethesafety,economyandreliabilityofpowersystemoperation,hasimportantsignificance.Basedonvirtualinstrumenttechnology,faultsignalsofoverheadcatenarysystemarecollectedwiththehelpofcardandsignaladjustementcircuit,etc.BythetoolofLabview2010,thewriterdevelopsthesignalanalysissoftwarethatcancollectdatahighspeedandreal-time.Thewholesystemrealizesdataacquisitionandanalysisofoverheadcatenarysystem,itisrealisticsignificancetomakeelectrifiedrailwayworksaftlyandsmoothly.Keywords:LabviewVirtualInstrumentsDataacquisition目錄第1章緒論······································································································································11.1課題研究的目的意義··············································································································11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀······················································································································11.3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)························································································73.1信號(hào)調(diào)理電路··························································································································73.2數(shù)據(jù)采集技術(shù)簡(jiǎn)述··················································································································93.3數(shù)據(jù)采集卡的選擇················································································································103.4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)··································································································134.1Labview簡(jiǎn)介························································································································134.1.1Labview軟件的特點(diǎn)······································································································134.1.2Labview的程序組成······································································································144.2Labview的常用數(shù)據(jù)類型·····································································································154.3采用LabVIEW編制虛擬儀器程序的步驟···········································································174.4采用LabVIEW實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理·······················································································194.5接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)軟件的設(shè)計(jì)·······················································································200第5章結(jié)論與展望························································································································265.1結(jié)論·······································································································································265.2展望·······································································································································26參考文獻(xiàn)···········································································································································27致謝···················································································································································27附錄···················································································································································27附錄A外文翻譯·························································································································29附錄B程序面板·························································································································36石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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)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)1石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)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(wú)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)25%~30%[4]。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)2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0.3~1s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(wú)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(NationalInstrumentsCorporation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)儀器只能由生產(chǎn)廠家定義,用戶無(wú)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)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。圖2-1接觸網(wǎng)高速數(shù)據(jù)采集系統(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?；煊信c故障無(wú)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)(DataAcquisition,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100mA~100A的交流和直流的電流。原始信號(hào)通?；煊信c故障無(wú)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。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R1和C1為低通濾波部分,而C2和R2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。8圖3-1信號(hào)調(diào)理電路輸入端的電阻R1和電容C組成低通電路,另一個(gè)電容C和電阻R2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R3引回一個(gè)反饋,使輸出電壓在高頻段迅速下降,但在接近于通帶截止頻率f0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)?21CCC==且abpRRA/1+=則他的傳遞函數(shù)是:11(121(.1(312232121RRCRRRRRRCSSCRSRRSAabab++++++=((3-1與其標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)相比可以求出:11(321RRRRRRRRRAaFbaba-++=(3-211(11w3120RRRC+=(3-393ab213122111(1RRRRRRRRQ-++=(3-4該帶通濾波器的帶寬為:21(1321RRRRRCBWab-+=(3-5QfBW/0=(3-6LHfff+=02(3-7解得ZLZHHfHf28.5689,84.7071==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)楣I(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。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)(DataAcquisition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)、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(wú)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]。科學(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)的應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)更為廣闊。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±25mV~±25V,變化范圍在10%;模擬輸入選擇1mΩ或50Ω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10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-5112卡的外形圖和I/O接口如圖3-2和圖3-3所示。圖3-2NI-5112卡的外形圖圖3-3NI-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,一11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L(zhǎng)abVIEW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。(2NI-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。12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、PowerBuilder;(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程序面板用來控制數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向,完成系統(tǒng)的編程。4.1Labview簡(jiǎn)介L(zhǎng)abVIEW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]。4.1.1Labview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,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?有利于軟件的開發(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)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)。4.1.2Labview的程序組成LabVIEW程序稱為虛擬儀器程序(VirtualInstrument簡(jiǎn)稱VI。一個(gè)最基本的VI由3部分組成:前面板(Panel、框圖程序(DiagramProgramme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。控制是用戶設(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(wú)關(guān),構(gòu)建和測(cè)試程序就可以少費(fèi)時(shí)間。框圖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。框圖程序由節(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?是數(shù)據(jù)在框圖程序內(nèi)的節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)慕涌凇abVIEW中有三種類型的數(shù)據(jù)端口。①控制端口和指示端口控制端口和指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。②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。③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4~10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(ToolPalette、控制模板(ControlsPalette和功能模板(FunctionPalette。工具模板主要用于VI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ShowToolPalette命令可以打開該模板。控制模板則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。控制模板只有前面板窗口才能調(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調(diào)用。4.2Labview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3DSurfanceGraph用于顯示三維空間的一個(gè)曲面,即3DSurfanceGraph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3DSurfance.vi,該VI負(fù)責(zé)三維制圖。圖4-1三維曲面圖ActiveX控件,3DSurfanceGraph只負(fù)責(zé)圖形顯示,作圖則有3DSurfance.vi負(fù)責(zé),接入ActiveX控件輸入端。該端口的下面是兩個(gè)一維數(shù)組輸入端,。Matrix的數(shù)據(jù)類型為二維數(shù)組,用以輸入Z坐標(biāo)。根據(jù)輸入的X、Y、Z坐標(biāo)在三維空間確定數(shù)組的坐標(biāo)點(diǎn),然后通過數(shù)值得到曲面。在作圖時(shí),3DSurfance.vi根據(jù)X、Y坐標(biāo)在面板上做一個(gè)矩形網(wǎng)格,每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的曲面點(diǎn)的Z坐標(biāo)在面板上的投影。Matrix數(shù)組給出了每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)著三維曲線上的一個(gè)點(diǎn),根據(jù)這些信息能夠完成作圖。3DSurfanceGraph不能顯示三維控件的封閉圖形,如要顯示封閉圖形可以使用三維參數(shù)曲面控件。表4-2列出了LabVIEW中常用的幾種數(shù)據(jù)類型及其相對(duì)應(yīng)的前面板對(duì)象的默認(rèn)值、端口圖標(biāo)和連線形式。每種類型的端口圖標(biāo)都有一種顏色,以示區(qū)別。控制端口圖標(biāo)的邊框?yàn)榇謱?shí)線,端口右側(cè)有一個(gè)享有的箭頭,表示輸出數(shù)據(jù),指示端口的圖標(biāo)的邊框?yàn)榧?xì)實(shí)線,端口左側(cè)有一個(gè)向左的箭頭,表示輸入數(shù)據(jù)。表4-2LabVIEW中常用的幾種數(shù)據(jù)類型數(shù)據(jù)類型默認(rèn)值端口圖標(biāo)連線形式雙精度浮點(diǎn)枚舉——布爾False字符串空字符數(shù)組——簇——路徑空路徑動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)——波形數(shù)據(jù)——4.3采用LabVIEW編制虛擬儀器程序的步驟(1確定程序設(shè)計(jì)總體方案在編制虛擬儀器程序前,必須首先對(duì)程序進(jìn)行總體設(shè)計(jì)分析:一是確定程序要實(shí)現(xiàn)的功能、要顯示的圖形圖像、要輸出的報(bào)表;二是確定程序的層次關(guān)系,如主程序和子程序之間的關(guān)系、虛擬儀器程序與硬件的連接關(guān)系等。(2確定虛擬儀器程序前面板在完成虛擬儀器程序總體設(shè)計(jì)后,就可在前面板上布置實(shí)現(xiàn)所需功能的顯示對(duì)象,這些對(duì)象包括開關(guān)旋鈕控制、數(shù)據(jù)顯示、表頭、波形顯示、相量圖、頻譜圖顯示等,前面板布置好這些對(duì)象后,工程技術(shù)人員通過鼠標(biāo)、鍵盤就可像操作傳統(tǒng)儀器一樣地操作虛擬儀器。前面板是圖形化用戶界面,用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量?？刂颇０迳系膶?duì)象包括數(shù)字顯示、表頭、壓力計(jì)、圖片等。當(dāng)虛擬儀器完成以后,就能在虛擬儀器工作時(shí)利用前面板去控制整個(gè)系統(tǒng),如移動(dòng)滑動(dòng)片、在圖像中變向、從鍵盤輸入等。(3構(gòu)建圖形化流程圖在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中,后臺(tái)流程圖與前面板控制顯示對(duì)象對(duì)應(yīng),開發(fā)人員的任務(wù)是通過連接不同功能的函數(shù)模塊使數(shù)據(jù)流從輸入對(duì)象經(jīng)過處理傳送到輸出對(duì)象。與傳統(tǒng)的文本式程序設(shè)計(jì)一樣,LabVIEW也有結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)流編程部分,包括順序(Sequence、條件(case、For循環(huán)、While循環(huán)、事件等結(jié)構(gòu),如圖4-3所示。圖4-3LabVIEW中的主要結(jié)構(gòu)函數(shù)這些結(jié)構(gòu)被描述成圖形化的邊界結(jié)構(gòu),開發(fā)人員不必注意傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)所需的語(yǔ)法細(xì)節(jié),只需直接將它們連接起來就可完成數(shù)據(jù)傳遞。對(duì)虛擬儀器進(jìn)行程序設(shè)計(jì),不必?fù)?dān)心很多傳統(tǒng)程序設(shè)計(jì)所需的語(yǔ)法細(xì)節(jié),可從功能模板上選擇對(duì)象(用圖標(biāo)表示,并用線將它們連接起來以便數(shù)據(jù)進(jìn)行傳遞,從而形成一個(gè)完整的框圖程序。在編制大型復(fù)雜的虛擬儀器應(yīng)用程序時(shí),由于所用模塊很多,這時(shí)必須考慮程序的層次結(jié)構(gòu),這可以通過靈活編制子程序、采用更為簡(jiǎn)單高效的計(jì)算原理等方式來實(shí)現(xiàn)。(4創(chuàng)建圖標(biāo)一個(gè)虛擬儀器的圖標(biāo)連接端口就像一個(gè)圖形的參數(shù)列表。這樣,其它虛擬儀器才能將數(shù)據(jù)傳輸給一個(gè)子儀器。圖標(biāo)和連接允許將此儀器作為最高級(jí)的程序,也可以作為其它程序或子程序的子程序(子儀器。(5模塊化和層次LabVIEW虛擬儀器實(shí)行模塊化設(shè)計(jì),因而任何虛擬儀器既能獨(dú)立運(yùn)行,又能被用作其它虛擬儀器的一部分。甚至可以創(chuàng)建自己的虛擬儀器圖標(biāo),因而可以設(shè)計(jì)由虛擬儀器構(gòu)成的多層系統(tǒng),并可以改變它,同其它虛擬儀器交換和連接,以滿足不斷變化的應(yīng)用需要。(6調(diào)試和優(yōu)化程序和傳統(tǒng)程序一樣,在編制虛擬儀器程序時(shí),需要不斷對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試分析,LabVIEW程序調(diào)試功能十分強(qiáng)大易用,可以靈活設(shè)定程序斷點(diǎn),進(jìn)行帶數(shù)據(jù)探針的單步運(yùn)行,加亮執(zhí)行程序進(jìn)行數(shù)據(jù)流追蹤判斷。運(yùn)行和調(diào)試程序是任何一門編程語(yǔ)言的最重要的一步。在LabVIEW中,用戶可以通過兩種方式來運(yùn)行程序:運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行。如果一個(gè)VI程序存在語(yǔ)法錯(cuò)誤,則在面板工具條上的運(yùn)行按鈕將會(huì)變成一個(gè)折斷的箭頭,表示程序不能被執(zhí)行,此時(shí)該程序無(wú)法被執(zhí)行。這時(shí)這個(gè)按鈕被稱作錯(cuò)誤列表。點(diǎn)擊它,則LabVIEW彈出錯(cuò)誤清單,點(diǎn)擊任何一個(gè)錯(cuò)誤,出錯(cuò)的對(duì)象或端口就會(huì)變成高亮。調(diào)試程序時(shí)可以利用單步執(zhí)行、設(shè)置斷點(diǎn)、設(shè)置探針來顯示數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。LabVIEW的一個(gè)與其它程序不同之處是在運(yùn)行中能看見數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向,在運(yùn)行之前,將運(yùn)行指示燈按鈕點(diǎn)亮,這樣LabVIEW會(huì)在框圖程序上實(shí)時(shí)的顯示程序執(zhí)行的進(jìn)程,以及實(shí)時(shí)顯示每一條數(shù)據(jù)連線和每一個(gè)端口中的流過數(shù)據(jù),這種圖形化編程方式以及調(diào)試方式可以大大提高編程效率。同時(shí),LabVIEW是目前唯一帶有編輯器的圖形化編程環(huán)境,它可根據(jù)用戶編制程序自動(dòng)產(chǎn)生最優(yōu)化代碼,加快程序運(yùn)行速度。另外,用戶還可以利用內(nèi)置的繪圖器對(duì)程序代碼部分進(jìn)行分析和優(yōu)化[13]。4.4采用LabVIEW實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理LabVIEW之所以強(qiáng)大易用,很大程度上是因?yàn)長(zhǎng)abVIEW內(nèi)置了極其豐富的數(shù)據(jù)分析處理函數(shù)模塊?？梢哉f,正是因?yàn)椴捎昧诉@些由軟件實(shí)現(xiàn)的功能模塊,替代了原來必須用硬件完成的數(shù)字信號(hào)處理分析功能,才出現(xiàn)了―軟件就是儀器‖的概念,開發(fā)出的儀器才被稱為虛擬儀器。(1與外界信號(hào)接口模塊這部分模塊與DAQ硬件系統(tǒng)結(jié)合,可以將已經(jīng)過信號(hào)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換的外界信號(hào)與流程圖進(jìn)行接口,實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的輸入,(2平滑窗口模塊在頻譜分析中使用平滑窗口能夠減少在離散數(shù)據(jù)塊下使用FFT而產(chǎn)生的頻譜泄漏。傅立葉變換方法的基本假設(shè)會(huì)在頻域內(nèi)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生意外尖峰和頻譜泄漏,而利用合適的平滑窗口能夠消除頻譜泄漏。(3數(shù)字濾波器模塊數(shù)字濾波器可以消除由電于元件產(chǎn)生的噪聲信號(hào),或者由環(huán)境影響產(chǎn)生的噪聲。LabVIEW軟件有三種類型的濾波器,IIR濾波器、FIR濾波器以及非線性響應(yīng)濾波器。可以任選一種濾波。(4時(shí)頻域轉(zhuǎn)換模塊計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理時(shí),需要對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行離散采樣,轉(zhuǎn)換到頻域進(jìn)行頻譜分析,它反映的一些信息是時(shí)域分析中得不到的。LabVIEW內(nèi)置了這些變換必須的函數(shù)模塊,典型的如FFT,在虛擬儀器程序中,用戶直接調(diào)用即可,非常方便,見圖4-4所示。圖4-4時(shí)頻域轉(zhuǎn)換函數(shù)所開發(fā)的接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)軟件,主要是完成信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、波形顯示、參數(shù)測(cè)量、數(shù)據(jù)分析報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。系統(tǒng)軟件總體包括這幾個(gè)功能模塊,其結(jié)構(gòu)框圖如圖4-5所示。其中數(shù)據(jù)采集部分為硬件部分。波形顯示包括特征數(shù)據(jù)和正常、故障數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示,還會(huì)完成報(bào)警任務(wù),只要數(shù)值超過預(yù)定值,報(bào)警燈就會(huì)變紅,不報(bào)警時(shí)是綠的。還可以將特征數(shù)據(jù)儲(chǔ)存,可以隨時(shí)查詢數(shù)據(jù)。圖4-5接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)軟件結(jié)構(gòu)框圖儀器功能:開發(fā)的接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)軟件具有模擬儀器所沒有的許多優(yōu)點(diǎn),如波形可長(zhǎng)期存儲(chǔ),便于觀察信號(hào),波形可縮放,便于數(shù)據(jù)處理等。A/D轉(zhuǎn)換由采集卡內(nèi)部時(shí)鐘啟動(dòng),采集卡最高采樣頻率為100mHz,由于采集卡采樣頻率可由程序控制,因此通過改變采樣頻率,完成實(shí)現(xiàn)時(shí)基可調(diào)。使示波器對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)都能正確顯示。波形可存儲(chǔ)為數(shù)據(jù)文件,永久保存,隨時(shí)調(diào)用分析。與通用示波器比較,接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)功能有較大的加強(qiáng):(1可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)波形進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,并且可將信號(hào)保存在硬盤中備份。(2通過用戶編程模板,可任意組合用戶的數(shù)據(jù)處理和分析功能。因此,接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)適合在工程應(yīng)用中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障診斷。(3該軟件不但可以儲(chǔ)存特征數(shù)據(jù),還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)查詢,只需要輸入需要查詢的時(shí)間,就可以顯示所需時(shí)間的所有數(shù)據(jù),更加方便。模塊介紹本軟件利用Labview2010中的選項(xiàng)卡控件將不同模塊的界面整合在一起,包括正常數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)波形顯示界面,三維顯示界面,電壓和均方根值參數(shù)測(cè)量界面以及數(shù)據(jù)查詢界面。將程序運(yùn)行后,點(diǎn)擊上方的按鈕,可以切換界面,完成接觸網(wǎng)參數(shù)檢測(cè)所需的各項(xiàng)功能。正常數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)波形顯示界面如圖4-6所示。圖4-6數(shù)據(jù)波形顯示界面數(shù)據(jù)波形顯示框圖如圖4-7所示。圖4-7數(shù)據(jù)波框圖通過使用一個(gè)Butterworth濾波器濾波,過濾掉故障數(shù)據(jù),使正常數(shù)據(jù)通過并顯示波形。電壓及均方根值顯示界面如圖4-8所示。圖4-8電壓及均方根值顯示界面波形顯示的程序框圖如圖4-9所示。圖4-9波形顯示框圖數(shù)據(jù)采集卡把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上,用labview中的While循環(huán)來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的循環(huán)計(jì)算,如電壓經(jīng)過與上下限的比較,如果大于上限或小于下限,就會(huì)將數(shù)據(jù)傳輸給下一個(gè)控件,實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。最后通過其中的波形圖控件,以波形的形式表現(xiàn)出來,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示,使觀察更直接方便。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存框圖如圖4-10所示。圖4-10數(shù)據(jù)儲(chǔ)存框圖接收到信號(hào)后,利用一個(gè)條件結(jié)構(gòu),將符合要求的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中,不符合的儲(chǔ)存到另一個(gè)里面。數(shù)據(jù)查詢面板如圖4-11所示。圖4-11數(shù)據(jù)查詢面板數(shù)據(jù)查詢程序框圖如圖4-12所示。圖4-12數(shù)據(jù)查詢框圖在儲(chǔ)存部分中利用word中的access2003建立數(shù)據(jù)庫(kù),將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。在查詢部分中,通過一個(gè)事件結(jié)構(gòu)來查詢數(shù)據(jù)。查詢的數(shù)據(jù)為在存儲(chǔ)部分中建立的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取的數(shù)據(jù)。只需要在數(shù)據(jù)查詢版面的查詢欄里輸入起始時(shí)間和截止時(shí)間就可以查詢這個(gè)時(shí)間段內(nèi)的具體數(shù)據(jù)。需要注意的是由于采樣頻率為1秒采樣1次,所以查詢的最小時(shí)間段只能精確到秒。第5章結(jié)論與展望5.1結(jié)論電氣化鐵路接觸網(wǎng)參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)是接觸網(wǎng)故障檢測(cè)的重要組成部分,在工程上運(yùn)用十分廣泛。本論文初步實(shí)現(xiàn)了接觸網(wǎng)參數(shù)采集系統(tǒng)的功能。通過設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量能力結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)了對(duì)外部數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及處理。用信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行濾波,數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù),使用LabVIEW軟件,對(duì)信號(hào)處理和分析,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)、數(shù)據(jù)存盤、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)趨勢(shì)顯示等。而且充分考慮到了采集速度和采集帶寬的問題,采用了相匹配的數(shù)據(jù)采集卡,接上卡后,可對(duì)儀器設(shè)備產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行采集,并且對(duì)其處理和顯示輸出。5.2展望近年來,高速題錄發(fā)展迅速,而接觸網(wǎng)又是鐵路系統(tǒng)中的重要部分,所以保障接觸網(wǎng)的正常工作非常重要。往常笨重的傳統(tǒng)儀器花費(fèi)高、使用不方便。而現(xiàn)在虛擬儀器在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用,無(wú)論是數(shù)據(jù)采集還是處理等等都比傳統(tǒng)儀器具有更大的優(yōu)越性。虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板,可以通過多畫面來完成復(fù)雜的功能。這樣,使得面板布置更為簡(jiǎn)潔,提高了操作的正確性與便捷性。相信虛擬儀器在未來能起到更強(qiáng)大、全面的作用,也會(huì)更加普及。參考文獻(xiàn)[1]韓禎祥,吳國(guó)炎.電力系統(tǒng)分析[M].浙江:浙江大學(xué)出版社,1991.[2]高仕斌,陳小川,徐志根.復(fù)線電力牽引網(wǎng)瞬時(shí)與永久故障識(shí)別方法[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào),1999,34(3.[3]王偉.交流電氣化鐵道牽引網(wǎng)科技論文集[C].北京:中國(guó)鐵道出版社,2000.[4]劉毅華.電力系統(tǒng)故障檢測(cè)新方法研究[D].浙江:浙江大學(xué),2002.[5]唐興祚.高電壓技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,1991.[6]高艷玲,李夏青.基于虛擬儀器技術(shù)的接觸網(wǎng)故障信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鐵道機(jī)車車輛,2003,23(6[7]路林吉,饒家明.面向儀器與測(cè)控過程的圖形化開發(fā)平臺(tái)——LabVIEW[R].上海:上海交通大學(xué)電子信息學(xué)院,2000.[8]楊樂平,李海濤.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社,2001.[9]劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.[10]汪敏生.LabVIEW基礎(chǔ)教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2002.[11]O.Chaari,Weal.Anewtoolfortheresonsntfroundedpowerdistributionsystemsrelaying[J].IEEETrsns,1996,11(6.[12]QuanYusheng,Litianyun.ANewApproachtodiagnoseGISSwetcgbasedonWavelet[J].ProceedingofIFAC,Japan,1994,4(5.[13]MokAloysiusK,StusrtDouglas.RTLsemanticsforLabview[J].IEEEAerospaceApplicationsConferenceProceedings,1998(2.致謝本文的研究工作是在導(dǎo)師劉建華老師的精心指導(dǎo)和悉心關(guān)懷下完成的,在我的學(xué)業(yè)和論文工作中無(wú)不傾注著導(dǎo)師辛勤的汗水和心血。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、積極向上的人生態(tài)度、平易近人的師長(zhǎng)風(fēng)范和無(wú)私的奉獻(xiàn)精神使我深受啟迪,并將永遠(yuǎn)銘記在心。從導(dǎo)師的身上,我不僅學(xué)到了扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)和技能,更學(xué)到了做人的道理,做事的方法。在論文完成之際,要向各位老師致以最衷心的感謝!在此,再次向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué),家人和朋友表示由衷的謝意!衷心感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授。最后對(duì)本文借鑒引用的作者表示衷心的感謝。附錄附錄A外文翻譯Effectofmetallisedcarboncontentofcollectorstriponthewearofcontactwire–collectorstrippairinrailwaysystemsAmongthetopicsrelatedtotheinteractionbetweenthecontactwireoftheoverheadlineandthecollectorstrip,thewearthattakesplaceatthecontactinterface,dependingonbothelectricalandmechanicalquantities,representsanimportantaspectofmaintenancecosts,affectingthemeanlifetimeofcollectorsandcontactlineduration.Duetoitsimportanceintheglobalmaintenanceofbothrollingstockandinfrastructure,thistopicdeservedtheattentionofseveralregulationsinthelastdecade.Inordertoinvestigatetheeffectsofelectro-mechanicalwearonbothcontactwireandcontactstrip,anewtestequipmenthasbeendesignedandinstalledatPolitecnicodiMilano.Aseriesoftestshavebeenperformed,involvingdifferentkindsofcollectorstripmaterialsandcontactconditions,testedatvaryingspeedsandcurrentintensities.Thisinvestigationconcerneddifferentcollectorstripcon?gurationsintendedfor3kVD.C.lines.Thecombinationofdifferentcontentsofcopperandmetallisedcarboninthecollectorhasbeenfoundtoin?uencethewearrateofbothcollectorstripandcontactwire.keywords:contactstrip;contactwire;wear;friction;metallisedcarbonINTRODUCTIONThedevelopmentofhigherspeedsinrailwaytransportationsystemsdemandsanincreaseoftherequiredelectricalpower,andthereforeofthelevelcurrenttobecollectedbythepantographfromtheoverheadline(catenary,callingforhigherperformancefromcollectorstrips.Thisproblemisnotlimitedtohigh-speedtrainsbutalsoconcernshigh-capacitylinesandlong-freighttrains.ThedecisionofItalianrailwaystomovefromallcoppercollectorstripstotheKasperowskitype,andsubsequentlytometallisedcarbon,forthe3kVDClineisarealchallengeforthematerialsproposed.Thecurrentisupto1000Aforeachcollector,thereforeexacerbatingthethermo-mechanicalproblemsonthecollector.Asknown,thewearofcollectorandcontactwiredependsmainlyonthefollowingfactors:typeofmaterialsatcontact,operatingconditions(slidingspeed,contactforceandelectricalcurrentintensityandlevelofsparkingand/orarching.Thepreviouslymentionedfactorsmutuallyinteractindeterminingthelevelofwear,asshowninKlapasetal.andBeckeretal.,sothatmultidimensionalmapscanbede?ned.Forthesakeofconvenience,wearatthecollector–contactwireinterfacecouldbedividedintomechanicallyandelectricallycausedcontributions,eventhoughitisclearthattheyarestronglycorrelatedandmutuallyin?uencing.Inparticular,theincreasingwearduetocurrentintensitydependsalsoonthelevelofcontactforce,sincethesparkingintensityatthecontact,andtherelatedwear,increasesascontactforcedecreases.Moreover,highcurrentscan,insomecases,decreasetheoverallwearthroughthesocalled?currentlubrication‘effect.Furthermore,increasingthespeedwillnotalwaysresultinincreasingwear,andthechangesinthermalconditionscausedbytheincreasedfrictionpowerwill,undersomecircumstances,evenreducethewear.AbriefsummaryconcerningthesetopichasbeenalreadyreportedbyDianaandcolleagues.Thispaperpresentstheresultsofaninvestigationcarriedou