阿爾斯通案例分析

跨國(guó)公司阿爾斯通是全球鐵路運(yùn)輸、信號(hào)系統(tǒng)和服務(wù)領(lǐng)域的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者，公司的AGV、TGV、Eurostar、Pendolino高速列車以及郊區(qū)列車、地鐵、有軌電車在全球都享有極高的聲譽(yù)。阿爾斯通是全球三大軌道車輛制造商之一，并一直將這些概念應(yīng)用于自己的試驗(yàn)設(shè)備。

在比利時(shí)的Charleroi，阿爾斯通有兩個(gè)研發(fā)和項(xiàng)目管理中心，擁有500名工程師和100名研發(fā)人員，并負(fù)責(zé)牽引系統(tǒng)和輔助整流器的測(cè)試。在HBM的幫助下，Alstom Charleroi研發(fā)中心開發(fā)了一種新的數(shù)據(jù)采集概念，用于測(cè)試牽引系統(tǒng)和輔助整流器。這是他們第一次采用HBM eDrive解決方案。HBM eDrive解決方案結(jié)合了精密、周期精確測(cè)試設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)以及臺(tái)架開發(fā)的便利性。這一理念可將傳感器輕松集成到測(cè)量系統(tǒng)中，并可根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)控制測(cè)試。通過公式數(shù)據(jù)庫(kù)，臺(tái)架工程師可以快速輕松地創(chuàng)建用于定制化測(cè)量測(cè)試的公式。采用HBM新的eDrive解決方案，阿爾斯通工程師大約節(jié)省了50%的驗(yàn)證測(cè)試時(shí)間。和汽車工業(yè)正在努力向電氣化轉(zhuǎn)變不同，120多年來(lái)，電驅(qū)動(dòng)一直是軌道車輛的標(biāo)準(zhǔn)。目前，為了大幅減少碳排放等氣候目標(biāo)，對(duì)電機(jī)性能和效率的要求正在不斷提高。因此，軌道車輛制造商一直在測(cè)試其牽引系統(tǒng)和輔助整流器的效率。同時(shí)，新的臺(tái)架概念需求也與日俱增——在更短的時(shí)間內(nèi)以所要求的精度測(cè)試電機(jī)。挑戰(zhàn)在于精確控制測(cè)試過程的同時(shí)獲得可靠的結(jié)果。

問題
阿爾斯通Charleroi研發(fā)中心負(fù)責(zé)牽引系統(tǒng)和輔助整流器測(cè)試，以模擬列車在實(shí)際條件下的運(yùn)行情況。這需要精確的臺(tái)架測(cè)試設(shè)備，在提供可靠數(shù)據(jù)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)快速集成并易于使用。在使用HBM eDrive解決方案之前，這類測(cè)試是使用一個(gè)示波器（最多8個(gè)通道）、一個(gè)高速記錄器（最多16個(gè)通道）、一個(gè)頻譜分析儀并經(jīng)過大量離線后處理完成的，相當(dāng)耗時(shí)。

解決方案
阿爾斯通現(xiàn)在使用HBM eDrive解決方案（Genesis 高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和Perception軟件），該解決方案能夠快速可靠地處理海量數(shù)據(jù)。Perception使用可自由編程的接口與LabView軟件交換測(cè)量數(shù)據(jù)，LabView軟件用于對(duì)臺(tái)架組件和自動(dòng)化測(cè)試過程進(jìn)行控制。

結(jié)果
HBM-eDrive解決方案是一個(gè)模塊化系統(tǒng)，通過即插即用的方式，將各種不同傳感器快速集成到測(cè)量系統(tǒng)中——可靠地采集測(cè)量數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算測(cè)量結(jié)果，并用于臺(tái)架控制。用戶定義的計(jì)算公式可以在不需要任何編程知識(shí)的情況下創(chuàng)建，并且可以實(shí)時(shí)應(yīng)用于測(cè)量值，以及后處理中保持的數(shù)據(jù)。這使得阿爾斯通只需三分之一時(shí)間即可完成一次完整的測(cè)試，節(jié)省了大量的人力成本。

HBM eDrive解決方案是一個(gè)真正的游戲規(guī)則改變者

阿爾斯通Charleroi是測(cè)試車輛傳動(dòng)和輔助系統(tǒng)變流器的主要場(chǎng)所之一?！霸谶@里，我們需要對(duì)車輛驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證，如果我們收到對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有不同要求的新訂單，我們就需要在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)這些新要求進(jìn)行測(cè)試?！?阿爾斯通高級(jí)驗(yàn)證專家Jean-Francois Gregoire解釋到：“我們?cè)谑褂肏BM eDrive解決方案之前，這類測(cè)試使用的是一個(gè)示波器（最多8個(gè)通道）、一個(gè)高速記錄儀（最多16個(gè)通道）和一個(gè)頻譜分析儀 — 這需要大量的離線后處理和計(jì)算，不僅耗時(shí)，而且還導(dǎo)致了高昂的勞動(dòng)力成本。HBM eDrive解決方案非常容易使用，所有進(jìn)程都并行實(shí)時(shí)運(yùn)行。這使得臺(tái)架軟件開發(fā)過程更簡(jiǎn)單，降低了開發(fā)的復(fù)雜性。

對(duì)我來(lái)說，HBM eDrive解決方案是一個(gè)真正的游戲規(guī)則改變者，原因有三：
我們節(jié)省了大約三分之二的測(cè)試時(shí)間 。
我們總是可以離線進(jìn)行后處理，而不必返回測(cè)試。
提供了更深入的細(xì)節(jié)用于驗(yàn)證，因?yàn)槲覀兡軌虿蹲降轿覀冃枰拿恳粋€(gè)信號(hào)。
最重要的是：與以前的系統(tǒng)相比，HBM eDrive解決方案大大降低了人力成本。

挑戰(zhàn)：對(duì)采用雙電壓的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試

大多數(shù)列車運(yùn)行是通過單電壓的牽引和輔助整流器供電的。阿爾斯通收到了來(lái)自比利時(shí)鐵路新雙層列車訂單，牽引電機(jī)本身和輔助系統(tǒng)整流器必須進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)性能驗(yàn)證。而比利時(shí)鐵路列車運(yùn)行使用的是輸入電壓為3kV和25kV 的雙電壓系統(tǒng)，這為測(cè)試帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。

因此，阿爾斯通必須同時(shí)測(cè)量21個(gè)信號(hào)。除了輸入信號(hào)（如電壓和電流），所有輸出信號(hào)（如相電流、直流電壓、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩）也必須測(cè)量。還需要測(cè)量輔助整流器上的三相電流和電壓，以及蓄電池充電系統(tǒng)上的直流電流和電壓。

“在HBM工程師的幫助下，我們開發(fā)了一種新的數(shù)據(jù)采集概念，用于測(cè)試牽引系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)整流器。這是Charleroi第一次采用HBM eDrive解決方案。通過新的HBM eDrive解決方案，我們現(xiàn)在可以用一個(gè)設(shè)備測(cè)量所有信號(hào)。在驗(yàn)證系統(tǒng)是否滿足轉(zhuǎn)速、扭矩和電流要求時(shí)，這一點(diǎn)非常重要。因?yàn)橄到y(tǒng)需要從最低速到最高速進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，并記錄所有內(nèi)容。這個(gè)解決方案的最大優(yōu)勢(shì)是我們只需運(yùn)行一次即可獲得所有的測(cè)量量，過去我們需要進(jìn)行了4到5次，甚至10次，”JeanFrancois Gregoire解釋道：“例如：對(duì)于這個(gè)測(cè)試，兩個(gè)月內(nèi)我們獲得了1311條測(cè)試記錄。如果采用舊系統(tǒng)，則需要6到7個(gè)月的時(shí)間。這也是為何從那時(shí)起我們又買了兩套HBM eDrive解決方案的原因。其中一個(gè)用于巴黎地鐵輔助系統(tǒng)驗(yàn)證。另一個(gè)用于孟買地鐵的牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。”


測(cè)量鏈優(yōu)化：阿爾斯通與HBM專家合作，開發(fā)了一種新的數(shù)據(jù)采集概念，在精確測(cè)量的同時(shí)，可方便快速地進(jìn)行分析。

現(xiàn)代列車需要現(xiàn)代化的試驗(yàn)臺(tái)概念

為了確保對(duì)新的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行精確測(cè)試，阿爾斯通與HBM專家合作，對(duì)測(cè)試臺(tái)測(cè)量鏈進(jìn)行了優(yōu)化。

“我們選擇了Genesis HighSpeed 、Perception軟件以及LabVIEW開發(fā)環(huán)境這個(gè)組合，因?yàn)镻erception和LabVIEW*很容易通過接口進(jìn)行通訊。”阿爾斯通Charleroi驗(yàn)證高級(jí)專家Jean-Francois Gregoire解釋道。

“通過HBM eDrive，我們可將各種不同的電流、電壓和扭矩傳感器集成到測(cè)量系統(tǒng)中，即插即測(cè)，就像在電腦中插入U(xiǎn)SB設(shè)備一樣。另外，還可將振動(dòng)傳感器集成到測(cè)量設(shè)備中。這為我們節(jié)省了建立臺(tái)架的時(shí)間（大約只有之前的三分之二）和費(fèi)用。”


絕對(duì)同步：HBM Perception軟件通過可自由編程的軟件接口與LabVIEW開發(fā)環(huán)境進(jìn)行通訊。

一個(gè)完美的快速實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)

為了安全可靠地測(cè)定所有測(cè)量數(shù)據(jù)，試驗(yàn)臺(tái)的各個(gè)部件必須完美協(xié)同工作。傳感器需要采集電流、電壓、溫度和扭矩等信號(hào)，并轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

Alstom eDrive系統(tǒng)配置包括Genesis HighSpeed GEN7tA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng), 三張GN610B輸入卡，一張采集速率高達(dá)100 MS/s的高速卡, 以及Perception軟件和T12扭矩傳感器。

板卡上的數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）實(shí)時(shí)處理測(cè)量數(shù)據(jù)并進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算的結(jié)果通過一個(gè)可自由編程的軟件接口傳送到LabVIEW中用于運(yùn)動(dòng)控制。并通過HBM Perception軟件同時(shí)保存所有的原始數(shù)據(jù)。

“測(cè)量數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)計(jì)算出的測(cè)量結(jié)果可同步采集、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)。這對(duì)分析而言是一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：由于可以保存所有原始數(shù)據(jù)，因此可將其進(jìn)行更廣泛的后處理分析” Jean-Francois Gregoire解釋到。除了周期同步的單個(gè)結(jié)果，連續(xù)測(cè)量的數(shù)據(jù)也可采用Perception公式數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行處理。并且不需要任何編程知識(shí)。


高要求測(cè)量任務(wù)：阿爾斯通使用一個(gè)配有T12扭矩傳感器的eDrive系統(tǒng)，可高精度和高帶寬測(cè)量扭矩和轉(zhuǎn)速。

“還有一個(gè)優(yōu)勢(shì)：在Perception中，我們可以創(chuàng)建自己的計(jì)算公式，并將其保存在公式數(shù)據(jù)庫(kù)中。這些公式可用于DSP后處理和實(shí)時(shí)計(jì)算，而無(wú)需進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)編程?！?
“這就是我們?yōu)楹文芄?jié)省大量時(shí)間的原因 - 幾乎所有事情都是自動(dòng)完成的。”

以客戶為中心 - 輕松實(shí)現(xiàn)傳感器集成和通道同步

“LabVIEW和HBM eDrive解決方案的結(jié)合確實(shí)為我們帶來(lái)了很多益處，”Jean-Francois Gregoire說，“同步記錄傳感器數(shù)據(jù)，采樣率高達(dá)2MS/s，最大可擴(kuò)展到51個(gè)功率通道。因此，如果需要，可以連接更多的傳感器。eDrive解決方案可自動(dòng)同步不同通道和輸入卡的采樣率，大大降低了用戶的負(fù)擔(dān)。"

在將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成到現(xiàn)有臺(tái)架環(huán)境時(shí)，阿爾斯通工程師和開發(fā)人員得到了HBM工程師的定制化服務(wù)和支持?！蔽覀兎浅８兄xHBM專家的支持，使我們能從他們系統(tǒng)中充分受益。Perception是一個(gè)高效的軟件程序，可以可靠地采集數(shù)據(jù)。Perception軟件很容易上手，只需簡(jiǎn)單的入門培訓(xùn)，我們很快就能精通掌握，并可根據(jù)我們的特定目的對(duì)測(cè)量序列進(jìn)行定義，”Jean-Francois Gregoire解釋道：“HBM eDrive系統(tǒng)使我們受益良多，確實(shí)是一個(gè)游戲規(guī)則的改變者?！?br />
*LabVIEW是美國(guó)國(guó)家儀器公司的商標(biāo)。HBM或HBM提供的任何軟件或其他商品或服務(wù)均不隸屬于、且未獲美國(guó)國(guó)家儀器公司支持或贊助。

HBM eDrive 解決方案是什么？

將多個(gè)測(cè)試系統(tǒng)組合成一個(gè)單一源測(cè)量鏈，HBM eDrive解決方案簡(jiǎn)化了電機(jī)和逆變器測(cè)試過程。作為完整的測(cè)量鏈，其包括高精度傳感器、功率分析儀，以及專用分析軟件，可精確測(cè)量系統(tǒng)的電氣和機(jī)械功率，并可根據(jù)客戶的要求擴(kuò)展到更多電氣和機(jī)械測(cè)量通道。能幫助客戶或監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單且快速的測(cè)試驗(yàn)證——簡(jiǎn)化測(cè)試策略，降低成本并縮短開發(fā)時(shí)間。

關(guān)于阿爾斯通
阿爾斯通是全球綠色和智能交通的領(lǐng)導(dǎo)者，面向并為未來(lái)的交通運(yùn)輸領(lǐng)域開發(fā)并銷售集成化系統(tǒng)。阿爾斯通提供完整的設(shè)備和服務(wù) - 從高速列車、地鐵、有軌電車和公共汽車到集成系統(tǒng)、定制服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施、信號(hào)和數(shù)字移動(dòng)解決方案等。在60多個(gè)國(guó)家擁有員工38900人。在比利時(shí)，阿爾斯通有兩個(gè)研發(fā)中心，致力于信號(hào)解決方案（包括歐洲標(biāo)準(zhǔn) ERTM）以及牽引和能量回收系統(tǒng)開發(fā)。阿爾斯通在比利時(shí)擁有1250名員工，并與大學(xué)、中小企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)合作，管理20個(gè)研發(fā)項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)更智能、更綠色的出行。這些團(tuán)隊(duì)在五大洲管理的項(xiàng)目超過100個(gè)。