在高效能試驗機台測試列車驅動系統,可提供即時結果,並且節省時間與人力成本

跨國公司阿爾斯通(Alstom SA)是全球鐵路運輸、訊號系統和服務領域的市場領導者,該公司的AGV、TGV、Eurostar、Pendolino高速列車以及郊區列車、捷運、軌道電車在全球都享有極高的聲譽。

在比利時的沙勒羅瓦(Charleroi),阿爾斯通有兩個研發和專案管理中心,擁有500名工程師和100名研發人員,並負責牽引系統和輔助轉換器的測試。

在HBM工程師的協助下,阿爾斯通位於沙勒羅瓦的研發中心開發了一種新的資料擷取概念,用於測試牽引系統和輔助轉換器,這是他們第一次採用HBM eDrive解決方案。

HBM eDrive解決方案結合了精密、週期精確的測試與量測設備的優點,以及測試台架開發的便利性。這一理念可將感應器輕鬆整合到量測系統中,並可根據擷取到的數據控制測試,藉由公式資料庫,測試台架工程師可以快速且輕鬆地建立用於客製化量測測試的公式。

採用HBM新的eDrive解決方案,阿爾斯通工程師大約節省了50%的驗證測試時間。

和汽車工業正在努力向電氣化轉變不同,120多年來,電驅動一直是軌道車輛的標準。現時,為了大幅减少碳排放等氣候目標,對電機效能和效率的要求正在不斷提高。因此,軌道車輛製造商一直在測試其牽引系統和輔助轉換器的效率。同時,新的台架概念需求也與日俱增-在更短的時間內,以所要求的精度測試電機。挑戰在於精確控制測試過程的同時獲得可靠的結果。

阿爾斯通,身為全球前三大的軌道車輛製造商,也將這些要求應用於自己的測試設備。

原始問題

阿爾斯通(Alstom)位於沙勒羅瓦(Charleroi)研發中心負責牽引系統和輔助轉換測試,以模擬列車在真實條件下的運行情況,這需要精確的測試台設備,可提供可靠的數據,以實現快速整合並易於使用。在使用HBM的eDrive解決方案之前,必須使用一台示波器(最多8個通道),搭配一台高速記錄儀(最多16個通道)及一台頻譜分析儀,並且大量離線後處理來完成這種類型的測試,這相當耗時。

解決方案

阿爾斯通現在使用HBM的eDrive解決方案(Genesis 高速資料擷取系統以及Perception軟體),該解決方案可以快速、可靠地處理大量數據。使用免費的可編程界面,Perception與LabView軟體交換量測數據,該軟體可控制各個測試機台零組件和自動化測試過程。

改善結果

借助HBM eDrive解決方案的模組化概念,可將多種不同的量測感應器輕易地整合於測量系統,並且隨插即測。 HBM eDrive解決方案可靠地擷取測量數據,即時計算結果,並將其用於測試台控制。不需任何編輯程式的知識,即可建立使用者自行定義的計算公式,並且即時套用於量測值。並在後處理中保存數據。這使阿爾斯通能夠在三分之一的時間內,進行完整的測試,並節省人力成本。

“HBM eDrive 解決方案成為真正的遊戲規則改變者”

阿爾斯通 Charleroi 是測試車輛傳動和輔助系統變流器的主要場所之一。 “在這裡,我們需要對車輛驅動系統進行驗證,如果我們收到對驅動系統有不同要求的新訂單,我們就需要在現場對這些新要求進行測試。” 阿爾斯通高級驗證專家Jean-Francois Gregoire解釋到:“我們在使用HBM eDrive 解決方案之前,這類測試使用的是一個示波器(最多8個通道)、一個高速記錄儀(最多16個通道)和一個頻譜分析儀—這需要大量的離線後處理和計算,不僅耗時,而且還導致了高昂的勞動力成本。HBM eDrive 解決方案非常容易使用,所有進程都並行實時運行。這使得台架軟件開發過程更簡單,降低了開發的複雜性。

對我來說,HBM eDrive 解決方案是一個真正的遊戲規則改變者,原因有三:

  1. 我們節省了大約三分之二的測試時間 。
  2. 我們總是可以離線進行後處理,而不必返回測試。
  3. 提供了更深入的細節用於驗證,因為我們能夠捕捉到我們需要的每一個信號。

最重要的是:與以前的系統相比,HBM eDrive 解決方案大大降低了人力成本。 ”

挑戰:對採用雙電壓的驅動系統進行測試

大多數列車運行是通過單電壓的牽引和輔助整流器供電的。阿爾斯通收到了來自比利時鐵路新雙層列車訂單,牽引電機本身和輔助系統整流器必須進行系統級性能驗證。而比利時鐵路列車運行使用的是輸入電壓為 3 kV 和 25 kV 的雙電壓系統,這為測試帶來了新的挑戰。

因此,阿爾斯通必須同時測量21個信號。除了輸入信號(如電壓和電流),所有輸出信號(如相電流、直流電壓、轉速和轉矩)也必須測量。還需要測量輔助整流器上的三相電流和電壓,以及蓄電池充電系統上的直流電流和電壓。

“在HBM工程師的幫助下,我們開發了一種新的數據採集概念,用於測試牽引系統和輔助系統整流器。這是Charleroi 第一次採用HBM eDrive 解決方案。通過新的HBM eDrive解決方案,我們現在可以用一個設備測量所有信號。在驗證系統是否滿足轉速、扭矩和電流要求時,這一點非常重要。因為系統需要從最低速到最高速進行運行測試,並記錄所有內容。這個解決方案的最大優勢是我們只需運行一次即可獲得所有的測量量,過去我們需要進行了4到5次,甚至10次,”JeanFrancois Gregoire 解釋道:“例如:對於這個測試,兩個月內我們獲得了1311條測試記錄。如果採用舊系統,則需要6到7個月的時間。這也是為何從那時起我們又買了兩套HBM eDrive 解決方案的原因。其中一個用於巴黎地鐵輔助系統驗證。另一個用於孟買地鐵的牽引驅動系統。”

現代列車需要現代化的試驗台概念

為了確保對新的電驅動系統進行精確測試,阿爾斯通與HBM專家合作,對測試台測量鏈進行了優化。

“我們選擇了 Genesis HighSpeed 、Perception 軟件以及 LabVIEW 開發環境這個組合,因為 Perception 和 LabVIEW* 很容易通過接口進行通訊。”

阿爾斯通 Charleroi 驗證高級專家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量系統中,即插即測,就像在電腦中插入USB 設備一樣。另外,還可將振動傳感器集成到測量設備中。這為我們節省了建立台架的時間(大約只有之前的三分之二)和費用。”

一個完美的快速實時測試系統

為了安全可靠地測定所有測量數據,試驗台的各個部件必須完美協同工作。傳感器需要採集電流、電壓、溫度和扭矩等信號,並轉發給數據採集系統。

Alstom eDrive 系統配置包括 Genesis HighSpeed GEN7tA 數據採集系統, 三張 GN610B 輸入卡,一張採集速率高達 100 MS/s 的高速卡, 以及 Perception 軟件和 T12 扭矩傳感器。 

闆卡上的數字信號處理器(DSP)實時處理測量數據並進行計算。計算的結果通過一個可自由編程的軟件接口傳送到 LabVIEW 中用於運動控制。並通過 HBM Perception 軟件同時保存所有的原始數據。

“測量數據和實時計算出的測量結果可同​​步採集、存儲和轉發。這對分析而言是一個巨大的優勢。另一個優點是:由於可以保存所有原始數據,因此可將其進行更廣泛的後處理分析” Jean-Francois Gregoire 解釋到。除了周期同步的單個結果,連續測量的數據也可採用 Perception 公式數據庫進行處理。並且不需要任何編程知識。

“還有一個優勢:在 Perception 中,我們可以創建自己的計算公式,並將其保存在公式數據庫中。這些公式可用於 DSP 後處理和實時計算,而無需進行相應的計算機結構編程。”

“這就是我們為何能節省大量時間的原因 - 幾乎所有事情都是自動完成的。”

以客戶為中心 - 輕鬆實現傳感器集成和通道同步

“LabVIEW 和HBM eDrive 解決方案的結合確實為我們帶來了很多益處,”Jean-Francois Gregoire 說:. “同步記錄傳感器數據,採樣率高達2 MS/s,最大可擴展到 51 個功率通道。因此,如果需要,可以連接更多的傳感器。eDrive 解決方案可自動同步不同通道和輸入卡的採樣率,大大降低了用戶的負擔。"

在將數據採集系統集成到現有台架環境時,阿爾斯通工程師和開發人員得到了 HBM 工程師的定制化服務和支持。 ”我們非常感謝HBM 專家的支持,使我們能從他們系統中充分受益。Perception 是一個高效的軟體程序,可以可靠地採集數據。Perception 軟體很容易上手,只需簡單的入門培訓,我們很快就能精通掌握,並可根據我們的特定目的對測量序列進行定義,”Jean-Francois Gregoire解釋道:“HBM eDrive 系統使我們受益良多,確實是一個遊戲規則的改變者。”

*LabVIEW是美國國家儀器公司的商標。 HBM 或 HBM提供的任何軟體或其他商品或服務均不隸屬於、且未獲美國國家儀器公司支持或贊助。

HBM eDrive 解決方案是什麼?

將多個測試系統組合成一個單一源測量鏈,HBM eDrive解決方案簡化了電機和逆變器測試過程。作為完整的測量鏈,其包括高精度傳感器、功率分析儀,以及專用分析軟件,可精確測量系統的電氣和機械功率,並可根據客戶的要求擴展到更多電氣和機械測量通道。能幫助客戶或監管機構進行簡單且快速的測試驗證 - 簡化測試策略,降低成本並縮短開發時間。

關於阿爾斯通

阿爾斯通是全球綠色和智能交通的領導者,面向並為未來的交通運輸領域開發並銷售集成化系統。阿爾斯通提供完整的設備和服務 - 從高速列車、地鐵、有軌電車和公共汽車到集成系統、定制服務、基礎設施、信號和數字移動解決方案等。在60多個國家擁有員工38900人。

在比利時,阿爾斯通有兩個研發中心,致力於信號解決方案(包括歐洲標準 ERTM)以及牽引和能量回收系統開發。阿爾斯通在比利時擁有1250名員工,並與大學、中小企業和初創企業合作,管理20個研發項目,以實現更智能、更綠色的出行。這些團隊在五大洲管理的項目超過100個。