Sistema di collaudo di fine linea per chiller basato su TestStand

Author(s):
F. Bigagli - PROJECT ENGINEERING
N. Nannini - PROJECT ENGINEERING

Industry:
Energy/Power

Products:
TestStand, FieldPoint, LabVIEW

The Challenge:
Realizzare un sistema di collaudo di fine linea per refrigeratori d’acqua che, guidando l’operatore in una sequenza di operazioni, consenta di verificare il funzionamento, i parametri e le prestazioni qualitative della macchina in prova e dei suoi componenti. Sono richieste: la semplice configurabilità delle prove; un’interfaccia utente chiara e semplice e la gestione dei dati integrata con Office.

The Solution:
La scelta, dal punti di vista hardware, è stata la tecnologia Field Point, ideale per le applicazioni industriali. Per il software, l’architettura utilizzata è stata: • LabVIEW per sviluppare il programma che effettua sia la gestione dell’impianto che la visualizzazione di grafici, sinottici, tabelle e un report in Excel, permettendo anche di essere utilizzato per i collaudi in modalità “manuale”; • TestStand per sviluppare una procedura di collaudo altamente flessibile e facilmente aggiornabile; • la tecnologia VI Server per gestire la comunicazione fra i due programmi e realizzare un sistema di collaudo integrato, altamente flessibile e affidabile.

Il test di refrigeratori d’acqua richiede un impianto idraulico che permetta di riscaldare e raffreddare l’acqua alla temperatura desiderata; demandare la gestione dell’impianto al PC consente di automatizzare molte operazioni, riducendo i tempi di collaudo e le possibilità di errore da parte dell’operatore.
A livello funzionale, le richieste del cliente possono essere sintetizzate in:
• esecuzione di una sequenza automatica e programmabile di prove controllata da un software gestionale che consenta anche l’archiviazione, la gestione e la stampa dei dati di collaudo;
• l'individuazione automatica, tramite codice a barre, del modello di macchina in prova per selezionare lo specifico programma di collaudo;
• La gestione, tramite il PC di collaudo, anche della scheda elettronica della macchina in prova;
• il controllo dell’impianto idraulico (la possibilità di gestire valvole, pompe di circolazione acqua, sensori di portata, etc.);.
• la verifica in automatico dei parametri misurati confrontandoli con delle soglie di accettazione (che sono ricavate dal data base tecnico aziendale in funzione del modello della macchina) con decisione automatica di tipo Pass/Fail;
• possibilità, da parte dell’operatore, di interrompere, riprendere il collaudo e/o di ignorare eventuali esiti negativi (abilitazione con password);

Dal punto di vista del hardware, la soluzione più logica per l’acquisizione dati e per le regolazioni sia dell’impianto che delle macchine in prova, è risultata l’architettura Field Point, con i moduli di input/output sia analogici che digitali.

Per quanto riguarda il software, per fornire una semplice configurabilità della prova senza necessità di ricorrere alla programmazione, si è utilizzato Test Stand, che altro non è se non un “motore” per delle sequenze di prova.
Per l’interfaccia utente, volendo avere dei comandi semplici ed intuitivi, è stato realizzato il programma "Collaudo", in LabVIEW, che gestisce l’interfaccia grafica durante la procedura, mette al corrente l’operatore sulla prova in corso, guida l’operatore attraverso messaggi contenenti le operazioni da svolgere e interagisce con l’operatore per gestire casi quale la richiesta di conferma da parte dell’operatore o la necessità da parte di questi di interrompere la procedura.

Per semplicità di gestione e flessibilità, l’interfaccia utente (programma “Chilltest”, sviluppato con LabVIEW) effettua tutte le operazioni relative alla gestione dell’impianto (compresa l’acquisizione di tutti i canali) e consente la visualizzazione di grafici, sinottici, tabella e permette la registrazione dei dati e il report in Excel. Con questo programma è possibile gestire completamente l’impianto ed eseguire manualmente collaudi (per esempio su prototipi o in fase di messa a punto delle macchine).

Architettura SW
Si è quindi realizzata una architettura di tipo client-server: Chilltest gestisce l'hardware e ha funzioni di server nei confronti della procedura Test Stand.
La comunicazione tra Test Stand e l’applicazione LabView avviene tramite la tecnologia VI Server, che consente ad un’applicazione di accedere in remoto ai controlli o agli indicatori presenti su un pannello di un'altra applicazione (i pannelli possono anche non essere aperti e/o non avere una interfaccia utente).
Analogamente, il programma “Collaudo” gestisce l’interfaccia utente del Test Stand verso l’operatore; in questo caso la comunicazione tra i 2 moduli avviene attraverso lo scambio di messaggi di testo.
Nella figura 1 abbiamo uno schema di principio dell’architettura software.

Modulo Chilltest
L’interfaccia grafica di LabVIEW consente una visualizzazione dei dati sotto forma di quadro sinottico, di tabella e di grafici in tempo reale e, oltre ai canali acquisiti, sono visualizzati vari canali calcolati o virtuali (tra cui la potenza scambiata alle batterie; la temperatura equivalente alla pressione (per R22, R134A, R407C, R404A, R410); il surriscaldamento e sottoraffreddamento etc).
Tramite le funzionalità di registrazione e di reportistica si fornisce all’operatore uno strumento flessibile e facile da utilizzare per la gestione dei risultati della prova e per la valutazione della prova stessa, sia durante la prova che a posteriori.
Per la reportistica è stato utilizzato l’interfacciamento con Excel, in modo da avere a disposizione dati facilmente modificabili, personalizzabili e condivisibili (ad esempio sia per il laboratorio che per l’ufficio tecnico).
Completa il sistema la funzionalità di calibrazione, tramite la quale si esegue la taratura dei singoli canali dell'impianto in modo da compensare eventuali errori o non linearità della completa catena di misura, dal sensore all’interfaccia utente a video.

Modulo Collaudo
L’interfaccia grafica di LabVIEW consente di mettere al corrente l’operatore sulla prova in corso, guidare l’operatore tramite messaggi con le operazioni da svolgere e gestire, con l’operatore, eventuali casi come la richiesta di conferma o l'interruzione della procedura. Sul pannello sono, infatti, presenti:
• tre aree per un eventuale messaggio di errore con: intestazione, istruzioni ed un valore numerico;
• 4 tasti di gestione della prova: Start/OK, Stop, Ricomincia e Bypass.
Oltre ai tasti Start e Stop (la cui funzione non ha bisogno di spiegazioni e che sono disponibili anche come pulsante nella cabina di prova, per velocizzare la prova), in caso di fail di una prova sono abilitati anche Ricomincia (che permette di ripartire da zero con il collaudo) e Bypass (che permette, sotto password, di ignorare il Fail e passare al passo successivo).
La Figura 2 mostra la schermata del programma Collaudo con un passo della procedura

Procedura in Test Stand
La procedura di Collaudo in TestStand gestisce la sequenza delle prove (o fasi) del collaudo:
• in base alla lettura del codice a barre del modello in prova viene caricata la procedura adatta e vengono letti nel data base i dati tecnici della macchina e i parametri di accettazione;
• vengono fatte le impostazioni dell’impianto (pompe, set points etc) specificate nel data base per il modello in prova;
• viene gestita la comunicazione con il controllore a bordo della macchina in prova;
• vengono gestiti i passi della prova, che sono di tre tipologie:
• istruzioni all’operatore, con attesa di conferma da parte dell’operatore stesso;
• attivazioni automatiche, con successiva richiesta di conferma all’operatore;
• azioni e verifica automatica che i parametri siano all’interno dei range specificati nel data base.

Se durante la sequenza tutte le prove rientrano nelle tolleranze previste, l’esecuzione del programma termina automaticamente con un risultato OK; al contrario l’esecuzione si arresta automaticamente nel caso di una misura non in tolleranza (risultato Fail).
In caso di Fail l’operatore ha le seguenti opzioni:
 ripetere la singola prova;
 ricominciare completamente il ciclo di collaudo;
 passare alla prova successiva ignorando l’errore (solo dietro autorizzazione, sotto passord);
 terminare il collaudo.

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