Sistema flessibile di test componenti oleodinamici per laboratorio R&D

Author(s):
L. Zomparelli - CATE

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, Research, Machines/Mechanics

Products:
LabVIEW, NI CompactDAQ

The Challenge:
Progettare un sistema trasportabile e molto flessibile per la gestione, il controllo e l’acquisizione di grandezze fisiche, da impiegarsi in un laboratorio di R&D di componenti oleodinamici e meccanici. Il sistema deve essere aperto e configurabile in maniera semplice per la programmazione di cicli di test con controllo ad anello chiuso e in retroazione tra ingressi ed uscite analogiche, anche attraverso l’applicazione di formule matematiche.

The Solution:
Realizzazione di un quadro elettrico dalle ridotte dimensioni, completo di connettori per il collegamento al campo, con installato al suo interno CompactDAQ e con la possibilità di essere collegato ad un PC Portatile tramite porta USB.

È stato realizzato un quadro elettrico di ridotte dimensioni, con numerosi connettori posizionati sul fronte per permettere la connessione di numerose tipologie di utenze, completamente configurabili.
All’interno del quadro il CompactDAQ, interfacciato ad un PC Portatile tramite porta USB, può eseguire più di un test contemporaneamente. Esso permette il controllo e l’acquisizione parallela di diverse tipologie di attrezzature e la completa configurazione del test, suddivisibile in fasi.
I cicli di test programmati, ripetibili per un numero infinito di volte, permettono di eseguire anche prove di durata.
La retroazione di Uscite Analogiche riferite ad Ingressi Analogici eterogenei, è resa possibile tramite la configurazione di formule integrabili con il programma esterno Python.

L’applicazione realizzata è stata progettata per il reparto R&D di un’azienda di componenti oleodinamici, dovendo garantire una elevata flessibilità e la possibilità di eseguire prove di durata anche di diversi giorni, per permettere la verifica della vita dei componenti in prova, è stata studiata una soluzione che fosse completamente configurabile, ma anche utilizzabile in modo intuitivo da operatori che non sono prevalentemente dei programmatori.
È stato realizzato un quadro elettrico il più possibile contenuto, compatibilmente con l’elevato numero di componenti presenti in esso, per il condizionamento e la gestione dei segnali, sul fronte del quadro sono stati posti connettori di tipo MIL, per consentire il rapido intercambio dei collegamenti alle utenze del campo, e poter garantire un certo grado di protezione essendo il campo di utilizzo notoriamente inquinato da sostanze oleose.
L’utilizzo di un CompactDAQ con interfaccia USB ha consentito l’utilizzo di un PC Portatile, garantendo in tal modo flessibilità e facilità di spostamento. Il ridotto ingombro del CompactDAQ stesso, con installate le morsettiere direttamente disponibili sui moduli stessi, ha consentito di guadagnare spazio e di ridurre così le dimensioni del quadro elettrico.
Il sistema è in grado di acquisire fino a 26 Ingressi Analogici suddivisi per tipologia: 16 canali sono predisposti per poter acquisire segnali in +10V o 0.20mA, 4 ingressi in frequenza (convertiti internamente in +10V), 2 sonde di temperatura di tipo PT100 e 4 canali per l’acquisizione di correnti 0.3 A.
Sono stati predisposti 4 connettori per altrettante Uscite Analogiche in +10V.
Il sistema è inoltre in grado di acquisire 7 Ingressi Digitali e pilotarne altrettanti, tutto posto su connettori. Sui connettori sono state inoltre predisposte alcune tensioni di servizio per l’alimentazione di sensori e strumenti esterni. Dato che il sistema è stato studiato anche per l’esecuzione di prove vita di componenti, per le Uscite Digitali si è scelto di interfacciarle con dei Relè allo stato solido, che garantiscono una durata maggiore.
Il quadretto è stato poi installato su una apposita struttura con ruote per poter essere facilmente spostato nelle zone di utilizzo.
Per quanto riguarda l’applicativo software sviluppato, l’applicazione è stata progettata e realizzata sfruttando a pieno le potenzialità del sistema di sviluppo LabVIEW.
Tutti gli ingressi e le uscite analogiche sono predisposte per la configurazione di una curva di linearizzazione configurabile in base al tipo di utenza collegata. Data la necessità di eseguire anche più di un test contemporaneamente, attraverso l’uso di modelli viene gestita la selezione dei canali da utilizzare per ogni test. Per quanto riguarda l’impostazione dei test stessi, essi sono completamente configurabili e sono suddivisi in fasi che possono avere una durata, o reagire a determinati eventi.
Il pilotaggio delle Uscite Analogiche può essere effettuata o tramite funzioni manuali, anche durante il test, o pilotate in automatico, predisponendo delle rampe o attraverso una retroazione di tipo PID basata su di un Ingresso Analogico definito. Dovendo effettuare delle retroazioni anche su canali di ingresso e uscita, eterogenei fra loro, si è data la possibilità di configurare delle formule il cui esito viene associato a Canali Virtuali, che possono essere usati come canali di riferimento per la retroazione. Per la configurazione delle formule è stato integrato all’interno del software LabVIEW il linguaggio Open Source Python, garantendo grande flessibilità e semplicità di utilizzo.
Per quanto riguarda le Uscite Digitali, anche esse sono impostabili manualmente dall’operatore durante il test, pilotate in automatico, oppure attraverso la generazione di cicli di eccitazione con tempi configurabili per ogni singola uscita in modo indipendente.
Per quanto riguarda gli Ingressi Digitali essi possono essere utilizzati per far reagire il sistema a particolari eventi oppure per eseguire verifiche di sicurezza (Es: livelli minimi nelle vasche dell’olio).
Vengono infine acquisiti gli Ingressi Analogici configurati per il test. Essi sono visualizzati in real-time su di un grafico X-Y e possono essere su base tempo o usando come base un altro ingresso analogico. La frequenza di campionamento (1kHz massimo per canale) e il tipo di medie è configurabile. Sempre in real-time i dati vengono salvati su di un file di tipo CSV, in modo da risultare comodamente fruibili da altre applicazioni. Anche gli Ingressi Analogici possono essere utilizzati per monitorare l’insorgere di particolari eventi, per la progressione delle fasi o per la sicurezza del sistema (es: sovratemperatura o pressioni troppo elevate).
Tutte le prove possono essere riaperte per elaborazioni successive (applicazione di filtri e down-sampling) oppure per essere proseguite. È prevista anche l’esportazione di porzioni del grafico in base alla visualizzazione corrente.

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L. Zomparelli
CATE
l.zomparelli@cate.it

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