阿爾斯通案例分析

跨國公司阿爾斯通是全球鐵路運輸、信號系統(tǒng)和服務領域的市場領導者，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。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用于自己的試驗設備。

在比利時的Charleroi，阿爾斯通有兩個研發(fā)和項目管理中心，擁有500名工程師和100名研發(fā)人員，并負責牽引系統(tǒng)和輔助整流器的測試。在HBM的幫助下，Alstom Charleroi研發(fā)中心開發(fā)了一種新的數據采集概念，用于測試牽引系統(tǒng)和輔助整流器。這是他們第一次采用HBM eDrive解決方案。HBM eDrive解決方案結合了精密、周期精確測試設備的優(yōu)點以及臺架開發(fā)的便利性。這一理念可將傳感器輕松集成到測量系統(tǒng)中，并可根據采集到的數據控制測試。通過公式數據庫，臺架工程師可以快速輕松地創(chuàng)建用于定制化測量測試的公式。采用HBM新的eDrive解決方案，阿爾斯通工程師大約節(jié)省了50%的驗證測試時間。和汽車工業(yè)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。目前，為了大幅減少碳排放等氣候目標，對電機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試其牽引系統(tǒng)和輔助整流器的效率。同時，新的臺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(zhàn)在于精確控制測試過程的同時獲得可靠的結果。

問題
阿爾斯通Charleroi研發(fā)中心負責牽引系統(tǒng)和輔助整流器測試，以模擬列車在實際條件下的運行情況。這需要精確的臺架測試設備，在提供可靠數據的同時，實現快速集成并易于使用。在使用HBM eDrive解決方案之前，這類測試是使用一個示波器（最多8個通道）、一個高速記錄器（最多16個通道）、一個頻譜分析儀并經過大量離線后處理完成的，相當耗時。

解決方案
阿爾斯通現在使用HBM eDrive解決方案（Genesis 高速數據采集系統(tǒng)和Perception軟件），該解決方案能夠快速可靠地處理海量數據。Perception使用可自由編程的接口與LabView軟件交換測量數據，LabView軟件用于對臺架組件和自動化測試過程進行控制。

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

HBM eDrive解決方案是一個真正的游戲規(guī)則改變者

阿爾斯通Charleroi是測試車輛傳動和輔助系統(tǒng)變流器的主要場所之一?！霸谶@里，我們需要對車輛驅動系統(tǒng)進行驗證，如果我們收到對驅動系統(tǒng)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 — 這需要大量的離線后處理和計算，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，所有進程都并行實時運行。這使得臺架軟件開發(fā)過程更簡單，降低了開發(fā)的復雜性。

對我來說，HBM eDrive解決方案是一個真正的游戲規(guī)則改變者，原因有三：
我們節(jié)省了大約三分之二的測試時間 。
我們總是可以離線進行后處理，而不必返回測試。
提供了更深入的細節(jié)用于驗證，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(tǒng)相比，HBM eDrive解決方案大大降低了人力成本。

挑戰(zhàn)：對采用雙電壓的驅動系統(tǒng)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(tǒng)整流器必須進行系統(tǒng)級性能驗證。而比利時鐵路列車運行使用的是輸入電壓為3kV和25kV 的雙電壓系統(tǒng)，這為測試帶來了新的挑戰(zhàn)。

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(tǒng)上的直流電流和電壓。

“在HBM工程師的幫助下，我們開發(fā)了一種新的數據采集概念，用于測試牽引系統(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，我們現在可以用一個設備測量所有信號。在驗證系統(tǒng)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(tǒng)需要從最低速到最高速進行運行測試，并記錄所有內容。這個解決方案的最大優(yōu)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：對于這個測試，兩個月內我們獲得了1311條測試記錄。如果采用舊系統(tǒng)，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。其中一個用于巴黎地鐵輔助系統(tǒng)驗證。另一個用于孟買地鐵的牽引驅動系統(tǒng)?！?br />

測量鏈優(yōu)化：阿爾斯通與HBM專家合作，開發(fā)了一種新的數據采集概念，在精確測量的同時，可方便快速地進行分析。

現代列車需要現代化的試驗臺概念

為了確保對新的電驅動系統(tǒng)進行精確測試，阿爾斯通與HBM專家合作，對測試臺測量鏈進行了優(yōu)化。

“我們選擇了Genesis HighSpeed 、Perception軟件以及LabVIEW開發(fā)環(huán)境這個組合，因為Perception和LabVIEW*很容易通過接口進行通訊?！卑査雇–harleroi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(tǒng)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(jié)省了建立臺架的時間（大約只有之前的三分之二）和費用?！?br />

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

一個完美的快速實時測試系統(tǒng)

為了安全可靠地測定所有測量數據，試驗臺的各個部件必須完美協(xié)同工作。傳感器需要采集電流、電壓、溫度和扭矩等信號，并轉發(fā)給數據采集系統(tǒng)。

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

板卡上的數字信號處理器（DSP）實時處理測量數據并進行計算。計算的結果通過一個可自由編程的軟件接口傳送到LabVIEW中用于運動控制。并通過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采集、存儲和轉發(fā)。這對分析而言是一個巨大的優(yōu)勢。另一個優(yōu)點是：由于可以保存所有原始數據，因此可將其進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結果，連續(xù)測量的數據也可采用Perception公式數據庫進行處理。并且不需要任何編程知識。


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

“還有一個優(yōu)勢：在Perception中，我們可以創(chuàng)建自己的計算公式，并將其保存在公式數據庫中。這些公式可用于DSP后處理和實時計算，而無需進行相應的計算機結構編程?！?
“這就是我們?yōu)楹文芄?jié)省大量時間的原因 - 幾乎所有事情都是自動完成的?！?br />
以客戶為中心 - 輕松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，采樣率高達2MS/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采樣率，大大降低了用戶的負擔。"

在將數據采集系統(tǒng)集成到現有臺架環(huán)境時，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和支持。”我們非常感謝HBM專家的支持，使我們能從他們系統(tǒng)中充分受益。Perception是一個高效的軟件程序，可以可靠地采集數據。Perception軟件很容易上手，只需簡單的入門培訓，我們很快就能精通掌握，并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(tǒng)使我們受益良多，確實是一個游戲規(guī)則的改變者?！?br />
*LabVIEW是美國國家儀器公司的商標。HBM或HBM提供的任何軟件或其他商品或服務均不隸屬于、且未獲美國國家儀器公司支持或贊助。

HBM eDrive 解決方案是什么？

將多個測試系統(tǒng)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(tǒng)的電氣和機械功率，并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(jiān)管機構進行簡單且快速的測試驗證——簡化測試策略，降低成本并縮短開發(fā)時間。

關于阿爾斯通
阿爾斯通是全球綠色和智能交通的領導者，面向并為未來的交通運輸領域開發(fā)并銷售集成化系統(tǒng)。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(tǒng)、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(fā)中心，致力于信號解決方案（包括歐洲標準 ERTM）以及牽引和能量回收系統(tǒng)開發(fā)。阿爾斯通在比利時擁有1250名員工，并與大學、中小企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)合作，管理20個研發(fā)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。