Sistema de monitorización y adquisición de datos para el estudio de interferencias armónicas sobre la infraestructura ferroviaria

“Ineco ha apostado por la plataforma PXI ya que nos ha permitido desarrollar un sistema modular de adquisición de datos compacto, robusto y fiable, embarcado en una unidad de tracción móvil. La elección de LabVIEW como entorno de desarrollo para la presente aplicación se debe al carácter visual e intuitivo de programación, flexibilidad, facilidad de integración y mantenimiento y a la capacidad de comunicación mediante el protocolo MVB.”

El Reto:

Diseñar un sistema complejo de adquisición de datos para el análisis de interferencias armónicas en la red ferroviaria que sea capaz de integrar la medición, monitorización y captura de diversas señales en audiofrecuencia así como la sincronización a distancia con otros equipos. Además tendrá que permitir la comunicación con trenes a través del protocolo específico MVB y facilitar la tarea de gestión y procesado de un alto volumen de datos.

La Solución:

Un sistema hardware-software basado en la plataforma PXI de NI y en las herramientas LabVIEW y DIAdem que nos permite realizar un diseño que se adapta a nuestras necesidades específicas y que tiene la capacidad de generar reportes de manera rápida y eficaz.

Introducción

Ineco es una ingeniería participada por ADIF y RENFE entre otras con gran experiencia en el sector transporte y que ha estado y está en primera línea de las actuaciones de la ingeniería nacional e internacional. Dentro del sector ferroviario y del marco de I+D+i, Ineco participa en un proyecto para el estudio de la influencia de armónicos sobre la infraestructura ferroviaria. Para este estudio se ha diseñado y desarrollado un sistema de adquisición de datos que integra todas las características requeridas.

Adquisición de datos

Debido a que la captura de datos se realiza la mayor parte del tiempo con el equipo embarcado en una unidad de tracción móvil, se ha optado por un chasis robusto como es el PXIe-1062Q que minimiza los efectos de vibraciones.

La plataforma PXI junto a las tarjetas NI 6120 y NI 6123 nos permite capturar las diversas señales de las sondas de tensión y corriente de forma simultánea y a una alta frecuencia (50 kHz) lo que nos da la capacidad de registrar todo el ancho de banda de las audiofrecuencias. Para facilitar la conectividad usamos los bloques blindados TB-2708, TB-2709 y TB-2705 proporcionando las dos primeras conexiones SMB y la última conexión directa del cable de señal.

Comunicación MVB

Dada la particularidad del proyecto es necesaria la utilización de una tarjeta de comunicación MVB para poder capturar diversas señales de las distintas unidades de tracción, esto contribuyó a la decisión de optar por la plataforma PXI y al uso de LabVIEW ya que nos facilita la plena integración dentro del chasis y la transferencia de datos entre la tarjeta y nuestra aplicación de manera rápida y sencilla con el uso de DLL´s y VI´s específicos de LabVIEW.

Sincronización de equipos

Uno de los principales requisitos para nuestro diseño era poder sincronizar de manera precisa distintos equipos a distancia y en movimiento.

Para ello se tomó la decisión de sincronizarlos con GPS, optando por la tarjeta NI PXI  6682 ya que se adapta perfectamente a los requisitos del sistema dándonos integración modular, fácil incorporación a la aplicación y lo que es más importante, precisión a la hora de sincronizar los equipos.

Interfaz de usuario GPS

Para obtener una visualización en tiempo real de la localización del punto de medidas dentro de la infraestructura ferroviaria empleamos un interfaz de usuario asociado a google earth. Para ello, se transfieren al interfaz las coordenadas de posición GPS obtenidas por la antena conectada al módulo NI PXI 6682. La conexión a Google Earth se realiza mediante tecnología 3G ó, en caso de no disponer de cobertura, a través de la propia caché del software almacenando previamente los mapas de la zona de estudio.

Aplicación

Una vez que disponemos de toda la estructura hardware, desarrollamos la aplicación mediante LabVIEW por su poder de integración de los distintos módulos empleados y por su potente motor  de programación en un entorno visual.La aplicación está pensada para ser puesta en funcionamiento en dos entornos diferenciados. En primer lugar para la adquisición de datos, monitorización y procesado en tiempo real y en segundo lugar para la adquisición de datos por un periodo de tiempo prolongado, de forma totalmente automatizada (sin intervención humana de ningún tipo) y con el apoyo de un SA

Está estructurada en tres bloques principales:

1. Configuración inicial: Aquí seleccionamos los parámetros básicos de nuestra aplicación como el nº de sondas empleadas, parámetros de comunicación MVB, tipo y modelo de tren así como distintos indicadores: comunicación con la unidad de tracción, verificación de estado…

2.  Tensión, corriente y GPS: Este bloque se encarga de configurar y realizar la adquisición y registro de las distintas sondas conectadas al equipo así como de la señal GPS. En caso de monitorización en tiempo real también realiza las tareas de procesado de señal (filtros, RMS,  impedancias, cálculo de velocidad…) y presentación en pantalla.

3. Variables MVB: Se encarga de establecer la c omunicación MVB mediante DLL´s desarrolladas en C y funciones de llamada de LabVIEW (Call Library Function Node). También se encarga del registro y presentación en pantalla.

Estos bloques están sincronizados entre ellos mediante bucles temporizados. La sincronización con el resto de equipos se realiza a través de la hora GPS proporcionada por el módulo NI-6682. Para el proceso de automatización del registro mandamos una señal analógica al SAI a través del módulo NI-6120 que ordena su desconexión en stand-by y que a continuación procede al cierre del PXI de forma ordenada evitando cualquier posible pérdida de datos.

Gestión y procesado de datos

 Al adquirir una gran cantidad de datos debido a la necesidad de capturar varias señales a una alta frecuencia nos vimos en la tesitura de buscar una solución que nos permitiera gestionar esos datos de una manera rápida y fluida, que incorporara la capacidad de procesado como es la aplicación de filtros y el análisis en el dominio del tiempo y frecuencia y que a la vez nos proporcionara la capacidad de generar reportes de forma automatizada (scripts). Todas estas tareas nos son facilitadas por el software DIAdem.

Conclusión

Ineco ha apostado por la plataforma PXI ya que nos ha permitido desarrollar un sistema modular de adquisición de datos compacto, robusto y fiable, embarcado en una unidad de tracción móvil. 

La elección de LabVIEW como entorno de desarrollo para la presente aplicación se debe al carácter visual e intuitivo de programación, flexibilidad, facilidad de integración y mantenimiento y a la capacidad de comunicación mediante el protocolo MVB. DIAdem como entorno de desarrollo para la gestión y procesado de datos nos ha proporcionado un ahorro en esfuerzo y tiempo con la automatización de reportes mediante scripts.

La sinergia hardware-software de NI nos permite un desarrollo y mejora continua de forma que el sistema puede moldearse fácilmente a los distintos cambios que se puedan producir en el ámbito ferroviario.