MTS 试验台道路荷载数据采集与信号调理
并行数据采集与控制
Written by Carsten Frederiksen
汽车和航空航天工业的制造商通常使用不同的数据采集仪器进行车载测试和试验台测试。然而，由于结合了两个数据总线(USB 和 EtherCAT)和 MTS，在 FlexTest 系列控制器上实现了 EtherCAT 通信，Dewesoft 数据采集系统为这两种情况提供了理想的解决方案。
▶ 一种高通道数测试台数据采集系统
▶ 实时信号处理的道路负荷分析反馈(通过 EtherCAT)
▶ 它还可以作为一个小型的高性能移动数据记录器，用于车载数据采集
新的 FlexTest 数字控制器软件支持 EtherCAT 通信。这为第三方数据源提供了更具成本效益的、基于以太网的数字链路。增加的 EtherCAT 支持使 FlexTest 用户能够与数据采集系统建立数字通信。
SIRIUS DAQ 系统已经应用在测试台仪器的许多信号调理应用上。但只作为一个前置放大器来输出模拟信号+-10 v，这是用来作为控制器的模拟输入的输入平台。
由于模拟数据直接转换到 SIRIUS 数据采集系统内部的 EtherCAT 总线，二级输入级现在可以完全移除。这显著改善了用户体验，因为不需要额外的控制器模拟输入。
这是一种二合一的设备。R8rt 数据采集系统可以方便地从数据采集柜中取出，也可以用作高通道计数和高速车载数据采集器。
这也大大降低了所需仪表的成本，并消除了公里的布线，这也间接地大大简化了配置设置。
Dewesoft R8rt 数据采集系统-可以配置多达8个 SIRIUS 模拟放大器片，并很容易地从机柜中取出，用作车载数据记录器，用于道路负荷数据采集
此外，由于减少了电缆，硬件设置更加简单。从控制器到 R8rt 数据采集系统只需要一根电缆。屡获殊荣的 Dewesoft x 软件使它快速和容易地设置放大器。
R8rt 系统提供高速(200k/s)和高分辨率(160db 动态范围)的数据采集在同一仪器，用于测试台负载分析反馈。
高速数据采集和 EtherCAT 实时输出
R8rt 数据采集系统由8个 SIRIUS 放大器模块组成，每个放大器模块拥有8个高速模拟输入通道。它具有一个集成的工业级高性能 PC 计算机称为 SBOX。
所有这一切在一个紧凑的机箱设计具有高达64 DualCoreADC (双24位)通道与160分贝动态范围高达128通道在单一的 adc (24位)配置。
该数据采集系统可用作车载全方位数据采集器或试验台数据采集装置。Dewesoft x 软件运行在一个集成的，高性能的 SBOX PC 计算机具有英特尔 i7 CPU，高达1 TB SSD 驱动器，并集成100赫兹 GPS 接收器)。
任何带有 EtherCAT 接口的 SIRIUS 数据采集系统都可以使用 EtherCAT 和 USB 接口向第三方控制系统提供实时数据，并向 Dewesoft x 软件提供全速数据。这使 SIRIUS 数据采集系统成为一种独特的仪器，既可以用于控制回路，又可以作为 DAQ 的记录设备，为客户节省了巨大的成本，并提供了对过程数据的详细了解。
典型的 Dewesoft 双模式应用包括:
▶ 作为一个模拟到 EtherCAT 的接口，在测试台上有第三方 EtherCAT 主机和 DAQ 设备，用于在 Dewesoft x 软件中记录数据
▶ 作为 PLC 配置和状态监测设备中的模拟-以太猫接口，在 Dewesoft x 软件中进行高频动态分析
随着 EtherCAT 芯片组的最新添加，SIRIUS 数据采集片表现得像 EtherCAT 的从属，与 USB 模式下的标准操作并行。
EtherCAT 协议是一种标准化的技术，它使来自不同供应商的硬件组合成为最终用户的整体解决方案。如果用户想要运行测试平台并用 Dewesoft x 软件并行地获取数据，那么 R8rt 数据采集需要由两个主系统来收集:
▶ The MTS FlexTest (EtherCAT master)
▶ 在 SBOX 上使用 Dewesoft x 软件
因此，除了 EtherCAT 之外，还需要一个额外的数据总线(USB)来将数据以高速率传输到软件。
这是通过以下方式实现的。在 SIRIUS 片上的 AD 转换器使用 Dewesoft x 软件中的收购速率集运行。SIRIUS 固件实时将采样数据从 ADC 复制到两个地点:
▶ 一个用于 USB 传输的缓冲区
▶ 一个单独的 EtherCAT 总线缓冲区
然后 EtherCAT 缓冲区每个通道只保存一个示例，并不断更新最新的值。管理员可以随时收集最新的数据。
当 EtherCAT 缓冲区锁定并将数据复制到 EtherCAT 总线的确切时间由 EtherCAT 主机控制。在这种情况下，复制到 EtherCAT 总线的这些示例之间的时间取决于 EtherCAT 主机传输速率，可高达100 μs。
系统设置
整个系统示意图如图1所示。试验台执行器控制与模拟信号直接连接到 FlexTest。其余用于负载分析反馈(RPC 分析)的输入通道由 R8rt 数据采集系统采集并存储在 SBOX 计算机上。同样的数据对 EtherCAT 总线和测试平台的实时控制器也是实时可用的。负荷传感器和加速度计通常用来测量试样的响应。放大器的设置是在设备通道设置中完成的，见图3。MTS HWI 文件编辑器要求 EtherCAT 网络信息(ENI 文件)能够将 EtherCAT 从属添加到硬件配置中(图4)。ENI 文件是从 Dewesoft x 软件导出到 MTS 软件。
Dewesoft X software – 通道设置
Dewesoft x 软件通道设置由于 EtherCAT 总线带宽的优化，从 R8rt DAQ 系统发送的数据是原始的和无限制的。比例因子从 Dewesoft 渠道安装获得，并导出到一个文本文件，包括在 ENI 文件中，以便快速导入到 MTS 站管理器。缩放的数据总是代表相同的值显示在 Dewesoft x 软件。如果在软件中应用了自定义缩放，那么在应用于原始数据时，缩放因子也会改变为给出相同的物理值。
基于多轴道路模拟器的 RPC 驱动文件分析
应用 R8rt 数据采集系统在 MTS 道路模拟器上对轿车和卡车悬架系统的耐久性进行了测试。它由4个角组成，每个角都有6个自由度。利用 MTS FlexTest 控制器，采用104个模拟量输入输出通道进行执行器控制。
另外96个通道被用来测量试样的响应，将试验台上的荷载与实际道路荷载数据联系起来。这些信道的信号由两个 Dewesoft R8rt 数据采集系统采集，每个系统包括6个 SIRIUS 放大器片，并通过 EtherCAT 流到 FlexTest 控制器。
我们进行了评估 RPC 分析测试，以比较 Dewesoft 的解决方案与数字 EtherCAT 数据传输的性能，模拟解决方案用于这些传统上。
三个三轴加速度计被放置在钻机的一个角上，输入通道分布在两个 R8rt 仪器之间。
一个典型的驱动文件被发挥出来的角落和响应记录的 R8rt 数据采集系统。MTS RPC Pro 软件用于创建复制初始运行的新驱动器文件。结果表明，RPC Pro 在性能和收敛性方面与传统的模拟数据采集方法无明显差异。
安装 R8rt DAQ 系统后，大约节省了2公里昂贵的布线。
总结
由多个供应商采用的标准化技术总是为最终用户提供更好的解决方案。EtherCAT 技术允许与 MTS 控制系统更多的连接，而并行 EtherCAT/usb 技术允许用户使用相同的硬件完成完全不同的任务。用于连接 DAQ 系统和控制器的 EtherCAT 解决方案还可以节省数公里昂贵的模拟电缆，这些电缆被一根 CAT5电缆所替代。同时，RPC 分析的性能与模拟前置放大器相当。
这种制度的好处的完整清单:
省钱
▶ 车载和试验台用的一体化仪器
▶ 由于 EtherCAT 接口，第三方控制器不需要模拟输入级
▶ 减少了数公里长的模拟电缆
节省时间
▶ 易于配置-只有一个电缆从 DAQ 系统到控制器
▶ 人为失误的几率更小
提高信号质量
▶ 完美的条件信号传输到测试台控制器直接经过 EtherCAT 而不是模拟的方式
分析测试台控制数据
▶ 通过 EtherCAT 传输到控制器的数据也可以并行记录在 Dewesoft x 软件中(双模式技术)