Sistema di acquisizione e preanalisi dati per verifica scambi ferroviari

Author(s):
P. Valli - CATE

Industry:
Transportation

Products:
LabVIEW, Data Acquisition

The Challenge:
Realizzare un sistema facilmente trasportabile, per poter acquisire ed analizzare, direttamente sul campo, le grandezze fisiche (pressioni e forze), che si manifestano in uno scambio ferroviario, durante il suo funzionamento e/o al transito di un convoglio, per verificarne e analizzarne il comportamento durante la movimentazione.

The Solution:
Integrazione di Hardware National Instruments della serie NI CompactDAQ, con interfaccia USB, e implementazione di un applicativo con l’ambiente di sviluppo NI LabVIEW installato su PC portatile per la realizzazione di un sistema facilmente trasportabile, sufficientemente compatto e semplice all’uso, ma nello stesso tempo flessibile, configurabile e robusto, affinché si possa interfacciare con i diversi sensori installati sul sistema di scambio per acquisire le grandezze fisiche in gioco. Il sistema è stato progettato per prove che si sviluppano in tempi medio brevi ed in cui si manifestano fenomeni di disturbo, “spike” anche di diverse centinaia di Volt, dovuti a campi elettromagnetici provocati dal passaggio dei locomotori. Il sistema è stato studiato e realizzato sia per prove brevi che per tipologie di prove utili a studiare nel tempo il comportamento dello scambio sottoposto a diverse sollecitazioni.

Breve riassunto

Il sistema realizzato si compone di:
• Una parte elettrica di interfaccia e di condizionamento dei segnali elettrici provenienti dal campo, utile anche a proteggere il sistema di acquisizione dai disturbi provenenti dal campo.
• Il sistema di acquisizione dati NI CompactDAQ.
• Un PC portatile con installato l’applicativo di acquisizione e trattamento dei dati, e collegato al sistema NI CompactDAQ tramite porta USB.

Il sistema elettrico, comprensivo del sistema di condizionamento dei segnali elettrici, ed il sistema di acquisizione, sono stati installati all’interno di una cassa, con caratteristiche di certificazione militare, munita di ruote e richiudibile, adatta per l’utilizzo sul campo.

L’applicativo dedicato, è stato progettato per:
• impostare le caratteristiche di acquisizione (canali, frequenza di campionamento, trigger, durata dell’acquisizione)
• gestire i dati durante la prova (visualizzazione in grafico, salvataggio)
• gestire e analizzare i dati acquisiti in post-processing (visualizzazione dati in grafici, applicazione di funzioni matematiche, esportazione dati in formato csv).

Articolo

Grazie anche alle contenute dimensioni di NI CompactDAQ, è stato possibile realizzare una cassa richiudibile dalle dimensioni e peso contenute, in cui è presente tutto il necessario per il condizionamento e l’acquisizione dei segnali elettrici provenienti dai sensori installati in campo, per l’analisi dell’applicazione del cliente.

Dal lato hardware, l’utente deve solo:
• portare un’alimentazione 220 VAC alla cassa, per l’alimentazione di tutta la componentistica, la sensoristica, e il sistema di acquisizione.
• Collegare i cavi dei sensori, facendoli entrare nella cassa attraverso gli appositi passacavi e collegarli alla morsettiera predisposta.
• Collegare il cavo USB di NI CompactDAQ al computer portatile.

Il software è stato progettato suddividendo la parte di acquisizione delle prove, da quella di analisi in post-processing, in modo da permettere le diverse acquisizioni in campo secondo le diverse prove da eseguire e poi, con calma, analizzare i dati salvati in post-processing.

La parte di acquisizione è strutturata per permettere all’operatore di selezionare:
• I canali da acquisire per la prova.
• La frequenza di campionamento (la cui frequenza massima selezionabile, varia a seconda del numero di canali selezionati).
• L’eventuale TRIGGER digitale di avvio dell’acquisizione: una particolare funzione permette di definire i parametri per iniziare l’acquisizione solo in determinate circostanze e quindi ottimizzare la durata effettiva dell’acquisizione stessa.
• La durata massima dell’acquisizione da eseguire.

Per ogni canale analogico è possibile definirne:
• Caratteristiche della LINEA di rappresentazione sul grafico
• Nome da associare al canale analogico
• Parametri di linearizzazione per trasformare il segnale elettrico in un segnale ingegneristico rappresentate la grandezza monitorata dal singolo canale analogico.
Queste parametrizzazioni possono essere salvate in specifici file strutturati, al fine di poterli riutilizzare come configurazioni di diverse prove, nel tempo.
Al momento dell’avvio dell’acquisizione, il programma sviluppato provvede a configurare dinamicamente il motore di acquisizione, in relazione alle selezioni compiute dall’operatore, ad acquisire i dati, rappresentarli in formato grafico (acquisizione istantanea) e salvarli, mostrando a video lo stato dell’acquisizione.

La sezione di Post-Processing è stata progettata per analizzare in un secondo tempo i dati acquisiti dal campo e memorizzati.
In questa sezione viene data all’operatore la possibilità di:
• Ricaricare prove precedente salvate
• Visualizzarle in formato grafico e gestirne le linee di rappresentazione
• Trattare i dati acquisiti mediante funzioni matematiche, ad esempio applicare funzioni di filtro per togliere disturbi in frequenza, e ottenere un nuovo grafico il quale può essere esportato in formato CSV (quindi compatibile con altri software di analisi dati, tipo DIAdem), o salvando i nuovi dati in formato grafico.

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