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應(yīng)用領(lǐng)域：汽車業(yè)
使用的產(chǎn)品：CAN總線、FieldPoint I/O模塊、GPIB接口及儀器控制模塊、LabVIEW軟件

挑戰(zhàn)：
構(gòu)建一個(gè)快速響應(yīng)的研發(fā)型質(zhì)子交換膜燃料電池測試系統(tǒng)，它可以應(yīng)對多種疊層布局和輸入輸出要求。

解決方案：
將NI公司的LabVIEW軟件、SCXI模塊、GPIB接口、FieldPoint模塊、NI-CAN和TCP/IP產(chǎn)品集成到一個(gè)可配置、高性能的燃料電池測試環(huán)境中。

燃料電池測試工作站軟件的樣品屏幕截圖
即時(shí)供電的需求
全世界的研究人員都在進(jìn)行著汽車燃料電池的測試,以開發(fā)下一代汽車能源。對于汽車燃料電池來說，一項(xiàng)關(guān)鍵的要求就是它要能在冷啟動的條件下工作，并且能夠即時(shí)地提供所需能源。即時(shí)供電要求一個(gè)測試站具有足夠多的可響應(yīng)的質(zhì)量流量控制器，以及在動態(tài)流量情況下可以迅速響應(yīng)以穩(wěn)定各種壓力的軟件。

為了能夠恰當(dāng)?shù)孛枋鋈剂想姵氐男侍匦?，研究人員需要對每一個(gè)燃料電池進(jìn)行電池電壓測試。測試標(biāo)準(zhǔn)要求軟件可以在單個(gè)到多達(dá)500多個(gè)電池之間進(jìn)行調(diào)整。此外，一些測試只要求進(jìn)行疊層測試，而一些測試則要求對包括疊層和基于NI-CAN和TCP-IP的輔助性控制系統(tǒng)在內(nèi)的整個(gè)燃料電池模塊進(jìn)行測試。研究人員需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的測試環(huán)境，他們可以用同一種帶有工作站的測試軟件來運(yùn)行所有的疊層尺寸和格式。這就需要一個(gè)具有自適應(yīng)性的輸入輸出構(gòu)架和一個(gè)可以根據(jù)不同的流量、壓力和負(fù)載要求來調(diào)整測試的軟件模型。

利用NI公司的LabVIEW軟件、PID控制工具包和SCXI模塊來構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)
我們需要編寫一個(gè)用戶定制的LabVIEW程序，其中包含700種以上的虛擬儀器，目的是利用測試工作站的自適應(yīng)性來滿足所有的測試要求。主程序包含兩個(gè)主要的循環(huán)：一個(gè)循環(huán)用來操作測試用硬件，另一個(gè)循環(huán)用來處理用戶界面。對于這個(gè)構(gòu)架，研究人員在將來可以把測試的硬件循環(huán)移植到NI公司LabVIEW軟件的Real-Time Target（實(shí)時(shí)目標(biāo)模塊）上，以獲得更確定性的響應(yīng)。把硬件控制分離到一個(gè)高度優(yōu)化、定時(shí)的循環(huán)中，并配以使用PID控制工具包，我們滿足了在動態(tài)負(fù)載情況下提供迅速、穩(wěn)定響應(yīng)的要求。

我們開發(fā)的系統(tǒng)使得3個(gè)12槽和4槽的SCXI機(jī)箱可以連在一起，以接通多達(dá)512路的電池電壓測量和其他用于控制壓力、測試負(fù)載的信號。對于燃料電池模塊的測試，我們把軟件連接到自有的基于NI公司CAN總線或者TCP/IP模塊的控制系統(tǒng)上來讀取更多的電池電壓組，并允許通過CAN總線進(jìn)行輔助控制。我們利用NI公司的FieldPoint I/O模塊和SCXI模塊來有選擇地進(jìn)行制冷、加熱和濕度控制。我們在每個(gè)測試工作站上運(yùn)行一個(gè)獨(dú)立的LabVIEW維護(hù)應(yīng)用程序，用來確定工作站的硬件性能狀況，在測試站的軟件啟動的時(shí)候這些數(shù)據(jù)會被保存到一個(gè)INI格式的文件中。我們利用NI公司 LabVIEW企業(yè)版的互聯(lián)工具包，使數(shù)據(jù)庫跟蹤記錄UUT的歷史和測試參數(shù)。

自動化和仿真
LabVIEW軟件中含有在進(jìn)程中記錄測試的宏的功能，這可以用來顯示重現(xiàn)的關(guān)鍵測試序列。通過一個(gè)按鍵，操作員就可以記錄隨后在界面上發(fā)生的控制變化，并且把這些測試變化存儲到一個(gè)宏文件中。在重放模式下，用戶界面按照同樣的時(shí)間次序進(jìn)行著控制變化，就如同一個(gè)操作員在設(shè)定控制一樣。當(dāng)一個(gè)宏運(yùn)行的時(shí)候，操作者可以選擇停止測試并在繼續(xù)運(yùn)行之前做一些調(diào)整。操作者可以把多個(gè)測試的序列作為宏單元進(jìn)行記錄，然后把它們連接起來或者把它們排列成一個(gè)復(fù)雜序列，從而用相當(dāng)多的測試步長去進(jìn)行序列測試。此外，如果在一次測試中檢測到一個(gè)事件（比如，一個(gè)電池的電壓降到了某個(gè)最小值以下），操作者可以運(yùn)行一個(gè)特殊的恢復(fù)宏指令。操作者隨后可以在微軟公司的Excel軟件中編輯這些宏。利用這些豐富的自動化功能，研究人員可以迅速確定策略以改進(jìn)燃料電池的測試。

操作者既可以在測試工作站的PXI機(jī)箱中，又可以在任何一臺臺式機(jī)的特殊仿真模式下運(yùn)行LabVIEW燃料電池測試軟件。在仿真模式下，操作者可以在一臺沒有連接任何外部器件的PC機(jī)上安全地記錄和測試宏。對測試器件發(fā)出的模擬反饋的仿真，使研究人員能很好的認(rèn)識測試工作站的工作原理。研究人員可以在測試硬件上運(yùn)行一個(gè)測試，而接下來的測試則可以在一個(gè)工程辦公室里進(jìn)行仿真，這樣就節(jié)省了寶貴的測試時(shí)間從而加快了研發(fā)周期。

操作者也可以通過網(wǎng)絡(luò)從任何一個(gè)地方遠(yuǎn)程地監(jiān)測測試，原理是利用LabVIEW軟件基于data socket的applet插件來跟蹤記錄在測試實(shí)驗(yàn)室中所有運(yùn)行的測試中重要的標(biāo)志。當(dāng)操作者已經(jīng)離開測試設(shè)施而有測試故障需要被追蹤時(shí)，軟件可以email特殊的故障信息到一個(gè)文字呼機(jī)的清單輸出端。操作者既可以把數(shù)據(jù)記錄到InSQL數(shù)據(jù)庫中也可以記錄到一個(gè)CSV格式的文件中，并可以被導(dǎo)入到Excel軟件或NI公司的DIAdem軟件中做測試后分析和報(bào)告生成。操作者也可以只在低電池電壓事件發(fā)生后或者每間隔一個(gè)固定的時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄。

NI公司的系統(tǒng)再現(xiàn)了汽車燃料電池系統(tǒng)的真實(shí)情況
利用LabVIEW軟件和NI公司豐富的輸入輸出產(chǎn)品，我們能夠提供一套完整的軟件解決方案來滿足所有的要求。通過對硬件器材的無縫整合，我們在非常短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)了這套系統(tǒng)，并且不用為開發(fā)多個(gè)賣方解決方案而苦惱。最終的用戶可以受益于一個(gè)高效的、可調(diào)整的、再現(xiàn)汽車燃料電池系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行情況的測試環(huán)境中。