利用LabVIEW和CompactRIO開發(fā)慣性檢管器
通過對任務(wù)中計算機VI進行遠程訪問,我們可以很容易診斷原型機的可能故障。這就使團隊能夠集中精神于開發(fā)數(shù)學(xué)算法,而非通信協(xié)議,來進行數(shù)據(jù)融合和統(tǒng)計分析。最終,借助于LabVIEW對于多核的支持,這些算法在乘以經(jīng)過慣性導(dǎo)航和卡爾曼濾波器的狀態(tài)空間估計的數(shù)千個矩陣之后,運行的更快。
項目開發(fā)僅用了18個時間,還包括了在完成機械設(shè)計之前所進行的一系列測試。因為我們設(shè)計的是能夠輸送液體而非固體的管道,我們必須實現(xiàn)一個復(fù)雜的懸浮系統(tǒng),以保證INS的正常工作。檢管器計算不正確,在管道內(nèi)會有很多因素會導(dǎo)致PIG被破壞,例如閥門、轉(zhuǎn)角、縫隙、限位器、液體流量,甚至是非法安裝的用于偷竊燃料的閥門。因此,硬件和軟件的開發(fā)必須與機械設(shè)計同時進行,以避免造成整個項目延遲的。
在開發(fā)過程中,我們需要一個平臺用于測試算法。我們在一輛自行車上安裝了CompactRIO控制器和傳感器(圖2),并且按照和在管道內(nèi)使用PIG繪制路徑地圖一樣的方式來繪制路徑地圖。
圖2 使用自行車進行現(xiàn)場試驗
雖然我們從這個試驗平臺收集了許多數(shù)據(jù),但是自行車比管道具有更多的自由度;因此最終我們用軌道小車(圖3)來代替自行車,它提供了一個更像最終真實運行條件的試驗平臺。
圖3 使用軌道小車進行現(xiàn)場試驗
最后,在裝配好PIG機械結(jié)構(gòu)后,我們在管道上進行了現(xiàn)場試驗。之前所提到的每個現(xiàn)場試驗平臺都具有不同的特性,而LabVIEW可以快速適應(yīng)于每個現(xiàn)場試驗平臺,以保證項目按時完成。我們利用NI的產(chǎn)品開發(fā)了所有軟件,而一段文本代碼都不用寫。
在巴西和哥倫比亞,在投入商業(yè)使用將近一年的時間里,CompactRIO控制器經(jīng)受了各種苛刻的考驗。其中有一次,由于對接收程序的錯誤操作造成慣性PIG與管道底部正面相撞,撞擊力非常大,破環(huán)PIG小車間的聯(lián)軸器。這些由8毫米粗的鋼條制成聯(lián)軸器完全扭曲,并穿透了PIG外殼,到達了放置CompactRIO的位置。裂口使整個隔間都充滿40大氣壓的增壓汽油。雖然CompactRIO的數(shù)據(jù)采集卡被破環(huán)了,但是實時控制器在弄干并且清潔后仍然能夠運行,使得我們搶救回了40小時任務(wù)的數(shù)據(jù)。這意味著,即使PIG幾乎完全被破環(huán),我們也能夠收回所有的檢測數(shù)據(jù),而無需進行重復(fù)實驗。
EngeMOVI和NI工程師已經(jīng)經(jīng)過了多次合作,實現(xiàn)了各種不同的項目:包括慣性PIGs、幾何和磁性PIGs、用于深水管道檢查的水下機器人、具有冗余運動功能的焊接機器人以及最近由NI 9505運動控制模塊驅(qū)動的的機動PIG,這些合作獲得了非常積極的結(jié)果。
我們開發(fā)的首個慣性PIG可以在直徑為25.3~35.6厘米、長度為289.7英里的管道內(nèi)行進。最大的可接受曲率是1.5D(D為管道直徑),在管道內(nèi)部行進的最大速度是8米/秒。初始原型正在不斷被改進,并在其之上已經(jīng)研制出完整的系列產(chǎn)品,我們深信NI提供的產(chǎn)品將會不斷地在我們的新產(chǎn)品開發(fā)上扮演重要角色。
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