Provocarea: Dezvoltarea a trei bancuri de testare pentru alternatoare AC (curent alternativ), DC (curent continuu) şi APU (unitate auxiliară de putere), pe un model de aeronavă militară.
Soluţia: Utilizarea platformelor NI CompactRIO şi NI LabVIEW pentru crearea unui banc de testare
portabil pentru alternatoarele APU, cât şi a câte unui banc de testare cu mecanică fixă pentru alternatoarele DC şi AC.
Autori: David Batet, Joaquín Palos, Jordi Peguero, 6TL Engineering și Jaume Martínez, Asoindel
Figura 1
Compania noastră, 6TL Engineering, membră a programului Silver Alliance Partner de la National Instruments, deţine peste 25 de ani de experienţă în calitate de furnizor de soluţii în materie de control al alternatoarelor şi a fost ales de mai multe ori, drept furnizor de bancuri de testare de alternatoare pentru diferite modele de aeronave. În anul 2012, producătorul european EADS a selectat compania noastră pentru crearea unui laborator de testare pentru noile alternatoare. Airbus, o companie din grupul EADS, este unul dintre principalii producători de avioane militare şi comerciale dintre cele mai inovatoare.
Hardware-ul sistemului
Figura 2
EADS avea nevoie să testeze alternatoarele sus-menționate pe întreaga gamă de turații ale motorului, prin observarea profilelor rampelor de viteză și alternatoarelor care operează contra diferitelor sarcini inductive și rezistive.
Sistemul de antrenare generează mişcare pe baza motoarelor AC de mare putere, controlate prin interfaţa CANopen. Mecanismele sofisticate implicate în faza finală de antrenare, asigură o viteză în arborele de ieşire de până la 25.000 de rotaţii pe minut pentru bancurile AC şi DC, şi de 15.000 de rotaţii pe minut pentru bancul APU. Rotaţia la aceste viteze atât de ridicate necesită un sistem de lubrifiere şi de răcire, care să asigure protecţia tuturor pieselor mecanice. Acest lucru se realizează prin injectarea de ulei sintetic pentru utilizări speciale în piesele cele mai critice ale sistemului, precum rulmenţii de ieşire, având în vedere solicitările mecanice extreme la care acestea sunt supuse.
Figura 3
Monitorizarea strictă a temperaturii pieselor mecanice, care ajung la cele mai ridicate temperaturi, este vitală în sistemul de control al bancurilor. Sistemul este echipat cu senzori de temperatură, senzori pentru detectarea fluxului corect de injectare a debitului de ulei, precum și senzori de presiune pentru detectarea unui eventual blocaj în circuitul de răcire, sau orice altă scurgere de ulei în sistem.
Gestionarea componentelor mecanice şi controlul răcirii, lubrifierii şi al temperaturii uleiului, sunt efectuate de dispozitivele “slaves” (câte unul pentru fiecare banc). Am implementat dispozitivele “slave” cu ajutorul şasiului din Seria C NI 9144 EtherCAT, dar nu în ipostaza lor obişnuită de periferice distribuite. Şasiurile “slave” sunt inteligente datorită programării FPGA personalizate, astfel încât, la primirea comenzilor de la controlerul “master”, acestea pot funcţiona autonom pentru a controla variabilele, alarmele şi stările de eroare, cu o viteză maximă, şi fără a depinde de un sistem de operare.
Acest lucru, împreună cu designul electric al manevrei, asigură securitate maximă bancului în caz de avarie, întrucât garantează că sistemul rămâne răcit în condiţii de siguranţă, până la oprirea sistemului (de exemplu, în cazul unei căderi de comunicaţii cu dispozitivul “master”, sau atunci când un rulment poate ajunge la o temperatură critică). Controlerul “master” este responsabil cu manevra de nivel înalt, ce este implementată într-un sistem real-time, NI cRIO-9082 şi comunică cu dispozitivele “slave” prin EtherCAT, pentru optimizarea detecţiei şi a securităţii. Funcţia de bază a controlerului este să dea ordine dispozitivelor “slave” asupra operaţiilor ce trebuie efectuate, pe care acestea le execută în mod autonom, şi să primească statusul şi toate variabilele de la bancuri. De asemenea, controlerul master comunică cu motoarele prin interfaţa CANopen pentru a programa acceleraţia şi viteza dorită. Mai mult, controlul bancului de încărcare este implementat în master. Astfel, acesta efectuează controlul simultan şi independent ale celor trei bancuri, la un nivel superior celui atins de dispozitivele “slave”.
Software-ul sistemului
Figura 4
Arhitectura este completată de software-ul de utilizator, numit “gazdă”, pe care l-am dezvoltat cu ajutorul NI LabVIEW. Software-ul reprezintă punctul central pentru controlul și monitorizarea bancurilor. Gazda comunică cu masterul prin Ethernet. În acest scop, am folosit instrumentul de gestionare a fluxurilor în rețea în ambele sensuri, pentru a trimite comenzi, și pentru a primi statusul complet de la dispozitivele “master” și “slave”. Utilizatorul poate vizualiza alarmele în sistem şi poate configura bancul cu senzori calibraţi şi limite de siguranţă. Ecranul principal conţine toate informaţiile aferente celor trei bancuri. Cu arhitectura software pe care am dezvoltat-o, utilizatorul poate gestiona independent şi simultan bancurile, fiecare efectuând câte un test separat.
Am dezvoltat software-ul gazdă astfel pentru a fi intuitiv şi autoprotejat în caz de avarie. În funcţie de statusul bancului, manevrele neautorizate nu sunt permise. Informaţiile sunt clar reprezentate, utilizându-se un cod de culori pentru a evidenţa situaţiile de urgenţă.
Dacă o defecțiune apare la unul dintre bancuri, acesta se oprește în condiții de siguranță, şi chiar dacă defecțiunea pare să dispară (de exemplu, în cazul în care temperatura revine la normal), eroarea este încă afișată pe ecranul de alarmă până la resetarea sistemului, pentru a-l ajuta pe utilizator să localizeze problema care a cauzat oprirea acestuia. La nivelul operării interne, toate comenzile, atât de la utilizator, cât și de la master, sunt recunoscute de către destinatarii lor, asigurându-se prin urmare, primirea acestora, cu excepția cazului în care un pop-up avertizează utilizatorul că o comandă nu este recunoscută.
Produsele NI respectă standarde ridicate
Am creat o interfaţă utilizator intuitivă, funcţională, un sistem de control al bancurilor, de gestionare a manevrelor, precum şi programul utilizator, toate acestea într-un singur program, LabVIEW, ce coordonează dezvoltarea întregului proiect. Prin utilizarea unei singure soluţii, împreună cu extensiile acesteia (Modulul LabVIEW Real-Time şi Modulul LabVIEW FPGA), întreaga arhitectură a fost implementată, de la nivelul superior al utilizatorului, până la nivelul de jos al manevrelor, fără a recurge la utilizarea altor sisteme şi limbaje de programare, ceea ce a simplificat dezvoltarea. Rezultatele obţinute cu bancurile de testare pe care le-am construit, îndeplinesc standardele ridicate impuse ￭
Paşii următori
• Aflaţi mai multe despre această aplicaţie
• Aflaţi mai multe despre tehnologia NI EtherCAT
• Configuraţi un sistem complet CompactRIO