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设计开发高效益测试系统用于远端监控与数据采集网络应用

设计并开发高成本效益的测试系统,包含组件和不插电测试、设备编程、无线电信号分析和校准功能,并要能针对高性能、点对多点的高级无线电产品,达到无人工干预的产线测试,以用于远端监控与数据采集(SCADA)网络应用。
关键词: 数据采集 LabVIEW
时间:2013-02-21 00:28 来源:物联网在线 作者:企业供稿 点击:

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"NI软硬件平台的功能与灵活性,可帮助我们有效开发高度稳定的测试系统、满足客户的所有需求,并能确保配合产品上市时间。"- Stephen Patterson, CPE Systems

挑战:

设计并开发高成本效益的测试系统,包含组件和不插电测试、设备编程、无线电信号分析和校准功能,并要能针对高性能、点对多点的高级无线电产品,达到无人工干预的产线测试,以用于远端监控与数据采集(SCADA)网络应用。

解决方案:

基于NI PXI平台、NI LabVIEW、NI TestStand、NI Switch Executive软件创建测试系统,通过气动式测试设备连接至被测部件(UUT) - 包括射频区域的自定义屏蔽,以实现高性能的射频测试解决方案。

2008年,4RF Communications公司开始着手开发新的无线电产品,以扩充现有的点对点长距离无线产品。Aprisa SR是点对多点的Smart SCADA无线电产品,可达12.5 kHz通道频宽与9.6 kbps窄带无线电的功能,以通过许可的400至470 MHz频谱带宽,普及用于石油、煤气、公共事业的监控应用。Aprisa SR是针对需要高级安全功能的工业所设计的,可有效处理日益复杂的SCADA网络,并评估IP构架与智能型电网等公共建设。

Aprisa SR的完整功能,搭配其高稳定性和精心设计的高级无线电平台,使其可用于多种监控应用并满足当前和未来的需求。无线电另可设定为基地台、远程工作站、中继器,无缝集成至任何网路拓扑中(图1)。且单个机箱即可支持大量序列与以太网接口,并内建安全功能。

图1.测试设备对射频区域的屏蔽设计

项目难题:

4RF Communications需要不同的测试方法来降低单位测试成本、高传输率,并要能适应未来的新产品功能。因此4RF找到了测量领域的领先厂商CPE Systems,设计、开发出了高成本效益的无线电测试系统。产品的测试需求包含组件测试、不插电测试、设备编程、无线电信号分析与校准以及无人操作的自动环境。

由于4RF Communications对中/大型测试设备所知有限,且内部工程资源不足,因此外包了测试系统的开发工程。此开发任务交到CPE Systems手上之后,我们随机选用了NI PXI平台,搭配LabVIEW与NI TestStand软件,提供了具备最高成本效益的灵活测试解决方案。

测试开发进程:

我们记录了计划中的测试目标,并需达到下列特性:

• 板卡测试需在5分钟内完成
• 每月需能测试3000组产品
• 测试期间不能有人为干预
• 即使非技术人员也能操作
• 测试针可存取板卡另一边的所有测试点
• 包含除错设备
• 可针对未来产品随时扩充,如更多的射频频带与频宽

图2.最终测试系统

我们将测试分为3大块:

• DC Testing:测试组件数值、电源供应电压、耗电量,以及低电压关机、切换面板、LED指示灯的功能性测试。
• Built-In Self Test (BIST):用于Boot loader与软件安装、测试RAM与闪存、确认以太网的地址分配。我们将这些测试植入设备中,通过指令线路界面即可存取。
• 射频功能性测试与校准:测试并校准传输器、接收器、Aprisa SR板的系统功能。

开发难题:

为了跟上产品开发安排,我们必须配合产品开发测试系统,因此对其中5项板卡设计作出了变更。但又因为测试系统在设计之初,已考虑到其必要规格与灵活度,所以重新设计PCB也仅需对夹具进行1项变更。在4RF Communication与CPE systems之间保持良好的通信,并建立项目、配置管理程序之后,NI软硬件让我们能确保达到同步开发。

测试系统的主要限制之一,就是各组板卡需要5分钟测试时间。因此需要优化射频校准算法,确保达到高效率运作。而NI PXIe-5663矢量信号分析仪(VSA)与NI PXIe-5673矢量信号生成器(VSG)均可支持算法的优化程序。

Aprisa SR的PCB组件包含射频传输与接收电路,且必须连带其外壳一起测试。所以我们也需考虑并纳入射频干扰与屏蔽的情况,再筛选夹具设计。我们以产品的CAD模型容纳射频屏蔽外壳,构成夹具顶板部分(图3)。只要将板卡置于外壳之中,即可达到测试设备所研发的屏蔽功能。


图3.Aprisa SR范例无线电设定

Aprisa SR无线电内建数据加密功能,可产生仿真数据串流,以测试接收器敏感度。通过NI PXIe-5663 VNA,可让NI PXIe-5673 VSG达到不同级别的无线电信号记录与重复传输,再以实际数据测试接收器的敏感度。此方式也代表未来无需变更测试系统的软件,即可改变加密程序。

NI软硬件的关键作用

开发射频测试系统也包含管理程序的难题。除了需跨多个地点协调项目之外,也必须以高速测试复杂的射频产品,并让设备具备屏蔽功能。

NI软硬件平台的功能与灵活性,可帮助我们有效开发高度稳定的测试系统、满足4RF公司的所有需求,并能确保配合产品上市时间。最终我们拥有了低价位的自定义测试系统,它能够测试并支持新款的高性能SCADA无线电产品的制造程序。

图4.测试系统图表显示硬件组件与连接功能

(责任编辑:zxh007)


本文链接设计开发高效益测试系统用于远端监控与数据采集网络应用
http://c.iot-online.com/SCADA/2013/022123663.html
 
 
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