Применения LabVIEW на практике

Разработано для землетрясений: подготовиться к следующей катастрофе.

"Исследовательский проект оказался успешным на 100 процентов. Нет сомнений, что мы не смогли бы провести эти испытания без технологий National Instruments. Все данные были собраны с требуемой точностью, обработаны и зарегистрированы в соответствии с заданием. Сложность и стоимость одного такого эксперимента требует, чтобы все работало идеально при каждом щелчке по кнопке «Пуск». Оборудование NI и LabVIEW помогли нам добиться этого".
- Dr. Patrick Laplace, Ph.D., University of Nevada, Reno

Землетрясения поверхности Земли проявляются в виде толчков, а иногда и как смещение грунта. Ежегодно происходит примерно 500 000 землетрясений, которые могут быть обнаружены измерительными приборами, и около 100 000 из них можно почувствовать. Это природное явление непредсказуемо, поэтому, чтобы обеспечить безопасность людей во время землетрясений, важно определить, как созданные руками человека сооружения, такие, как мосты, будут вести себя при нагрузках, вызванных землетрясениями.

Комплекс систем моста можно смоделировать на компьютере, однако насколько точны исходные предпосылки, принятые при моделировании, без проведения физических экспериментов, подтверждающих их обоснованность? Что произойдет, если землетрясение произойдет в час пик, когда мост до предела загружен движущимися автомобилями?

Исследователям нужно иметь возможность создавать землетрясения в любое время, чтобы измерить их воздействия на мост и на транспортные средства, движущиеся по мосту. Для достижения этой цели инженеры построили модель моста, занимающую все пространство лаборатории и смонтированную на четырех гидравлических вибростендах. Трех-секционная модель моста, выполненная в масштабе 4/10, имеет длину 44,2 м, высоту 4,9 м, радиус поворота полотна 24,4 м.

Чтобы смоделировать динамические нагрузки, исследователи нагружают мост шестью грузовыми автомобилями с песком (по 2 тонны). Исследователи хотели узнать, демпфируют или усиливают реакцию моста эти нагрузки. Система сбора данных в режиме реального времени выполняет измерения сигналов в сотнях каналов. Вибростенды, система сбора данных, контроллеры и компьютеры анализа данных должны функционировать совместно, с одинаковым быстродействием.

Серия испытаний, проведенных исследователями и аспирантами Университета, позволяет «откалибровать» компьютерные модели и упростить практикующим инженерам понимание, как влияют транспортные средства на мост во время землетрясения, чтобы в последующем внести изменения в стандарты проектирования.

Благодаря простоте программирования в среде LabVIEW Real-Time удалось быстро спроектировать детерминированную систему. Ключевым элементом LabVIEW Real Time является уникальная способность работать на нескольких ядрах, причем нагрузка распределяется на ядрах компьютера оптимальным образом.

Для упрощения межкомпьютерных коммуникаций исследователи выбрали рефлективную память Curtiss-Wright / Systran ScramNet, это позволило организовать общее для физически разных компьютеров пространство памяти. Данные, записанные в память одного компьютера, почти мгновенно передаются на все другие узлы по волоконно-оптическому кабелю. Обмен данными аппаратно реализуется на ScramNet, а LabVIEW позволяет считывать, записывать и обрабатывать прерывания, обеспечивая тем самым необходимую связь и синхронизацию.

Испытательный комплекс состоит из распределенных на большой площади:

  • Четырех независимых измерительных систем, каждая из которых содержит:
    • 4-ядерный процессор, работающий под управлением LabVIEW Real-Time
    • модуль NI DAQ серии M
    • блок рефлективной памяти
    • 2 шасси NI SCXI-1001 с модулями NI SCXI-1520 и NI SCXI-1314T, обеспечивающие измерение по 104 каналам, всего свыше 400 каналов для измерения сигналов от интеллектуальных датчиков (TEDS)
  • Четырех систем Compact FieldPoint для мониторинга вибростендов
  • Контроллера CompactRIO для мониторинга гидростатических подшипников вибростенда
  • 4-х и 2-ядерных контроллеров для управления вибростендами, сбора и регистрации всех данных
  • Нескольких контроллеров, служащих для приема временных меток SMPTE и GPS, синхронизации с внешней системой видеоконтроля, маршрутизации данных между двумя контурами рефлективной памяти, публикации данных в реальном времени в сети Интернет, поддержки калибровки измерительных устройств и др.
  • Практически все контроллеры снабжены блоками рефлективной памяти и функционируют под управлением LabVIEW Real-Time.
  • Несколько персональных Windows компьютеров, на которых выполняются Host-приложения LabVIEW и постанализ результатов испытаний

Использование оборудования NI и стандарта IEEE 1451.4 (TEDS) значительно сокращают время настройки – с нескольких дней до минут, исключают ошибки человека, которые допускаются при калибровке измерительных каналов. LabVIEW Real-Time Module обеспечивает детерминированность и синхронность работы всех систем – главных требований к автоматизированным гидравлическим вибростендам и системам сбора данных. Генераторы команд, программируемые в LabVIEW Real-Time, выполняются по графику без потерь синхронизации с вибростендами.

LabVIEW предоставляет исследователям возможность анализировать данные в реальном времени испытаний, мгновенно передавать данные в репозитарий и на FTP-машины по всему кампусу.

Система вибростендов точно воспроизводит записи землетрясений, необходимые исследователям, а система NI CompactRIO успешно контролирует гидравлическую систему, обеспечивая возможность немедленного обнаружения любых потенциальных проблем.


Возврат к списку