Soliton Technologies - 유연성 및 리얼타임 성능을 통합한 PXI 기반 네트워크 자동차부품 테스트 시스템

Author(s):
P. Kannan Project Manager - Soliton Technologies

Industry:
Automotive

Products:
Data Acquisition, LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
공기 분배 시스템, 브레이크 챔버, 손 브레이크, 발 브레이크 등의 대형차량 브레이크 부품을 대상으로 비용 효과적이고, 네트워크를 활용한 테스트 시스템을 개발한다.

The Solution:
LabVIEW Real-Time, NI-DAQmx 7.3, PXI 리얼타임 하드웨어를 사용해 테스트 항목을 충족시키는 고유한 아키텍처 개발

도입
대형차량에는 2중 안전 장치(Fail Safe) 작동, 앞바퀴와 뒷바퀴 간에 브레이크 이동, 손 브레이크 및 발 브레이크 작동 등을 수행하는 복잡한 브레이크 시스템이 있습니다. 이 복잡한 시스템은 7가지 유형의 부품으로 구성됩니다. 세계 최고의 브레이크 시스템 제조업체인 당사 고객은7가지 부품 모두를 테스트하는 자동 테스트 장비가 필요했습니다. 테스트에는 부품에서의 누출 측정, 부품 특성 테스트 및 장애 상태 시뮬레이션 및 부품 반응 검사가 포함되었습니다.

테스트 장비의 요구사항은 다음과 같습니다.

1. 유연성 – 고객은 테스트 엔지니어가 프로그래머의 개입 없이도 전체 테스트 시퀀스를 수정할 수 있기를 원했습니다. 이 요구사항의 주된 이유는 도입된 모델이 신형이고 이 장비 구입 시 시퀀스를 정확하게 결정할 수 없었기 때문이었습니다. 고객은 또한 테스트 엔지니어가 신속하게 구성할 수 있는 새 모델의 출시를 기대하고 있었습니다.
2. 비용 효과적인 시스템 - 고객은 그 모회사 벤더로부터 테스트 시스템을 구매할 수도 있었습니다. 하지만 개방적이지 못한 아키텍처 때문에 해당 시스템의 비용이 높았고 타 공장에서 재구현하는 비용도 매우 높았습니다.
3. 성능 –제어 루프를 결정적(Deterministic)으로 실행하는 동시에 사용자 인터페이스 및 이더넷 통신 서비스를 제공하는 제어 루프를 요구했습니다.
4. 개방형 아키텍처 –고객은 개방형 하드웨어 아키텍처 및 산업 표준 프로그래밍 환경을 선호했습니다.
5. 작은 설치면적 – 귀중한 제조 현장 공간의 효율적인 이용

당사는 LabVIEW 리얼타임 프로그래밍 환경과 함께 NI PXI 리얼타임 시스템을 제안했습니다. 위에서 언급한 요구사항을 충족시키는 능력과 더불어 하드웨어 플랫폼과 소프트웨어 플랫폼 모두의 개방성은 계약을 당사가 원하는 방향으로 이끌었습니다.

시스템 설명
시스템은 유연성과 리얼타임 응답 제공이라는 주요 요구사항을 충족시키기 위해 설계되었습니다. 이 요구사항을 달성하기 위해 시스템은 RTS(Real-Time System)와 MPC(Monitoring PC)의 두 가지 주요 부분으로 나뉩니다.

RTS 시스템은 PXI 리얼타임 컨트롤러, DAQ, 디지털 I/O 및 모션 컨트롤러 카드로 구성됩니다. 송신기의 컨디셔닝된 신호는 DAQ로 공급됩니다. 카드 보호를 위해 디지털 출력 및 입력 라인은 절연됩니다. 2.6GHz Pentium 4 프로세서가 지원되는 MPC는 사용자 인터페이스를 제공합니다.

UUT는 테스트 장비의 해당 픽스쳐(Fixture)에 고정되어 있습니다. 압축기, 조정기 및 밸브로 구성된 공압 시스템은 압축 공기를 공급하여 UUT를 테스트합니다. 이 테스트 장비의 계측기는 주로 압력 송신기, 로드 송신기 및 온도 센서로 구성됩니다. 액추에이터가 있어 UUT를 활성화합니다. 예를 들어, 손 브레이크 테스트 장비에서 액추에이터는 손 브레이크 레버의 움직임을 시뮬레이션 합니다.

RTS 기능
1. 1mSec(이더넷을 통한 데이터용 MPC의 최대 허용 비동기 지터는 매 100mSec당 100µSec)의 임계 시간(Critically Timed) 루프를 실행하여 데이터를 수집하고 출력을 제어합니다.
2. 다양한 압력, 로드 및 온도 센서에서 신호를 수집합니다. 데이터 평균을 구해 공유 메모리 위치에 저장합니다.
3. 솔레노이드 밸브 및 서보 드라이브에 대한 리얼타임 하드 제어를 지원합니다.
4. 병렬로 안전 로직을 실행하여 시스템 및 사람의 안전을 보장합니다.
5. 데이터 디스플레이, 로깅 및 분석을 위해 MPC에 데이터를 전송합니다.

그림1. 시스템 회로도

MPC(Monitoring PC) 기능
MPC는 테스트 시스템에 사용자 인터페이스를 제공합니다. MPC가 제공하는 몇 가지 기능은 다음과 같습니다.

1. 테스트 시퀀스 편집
고객은 테스트 시퀀스를 편집하고 부품 테스트를 완전 제어할 수 있습니다. 시퀀스 편집기는 RTS에 전송되는 스크립트 파일을 생성합니다. RTS에 전송하기 전에 스크립트 파일의 무결성을 검사합니다.

2. 수동 테스트
모든 밸브의 수동 작동을 개별적으로 실행하여 부품 및 테스트 장비를 수동으로 테스트할 수 있습니다. 이로써 고객은 시스템 문제를 유연하게 해결할 수 있습니다. 수동 테스트 중 데이터로깅을 통해 고객은 제품에 대한 이해력을 높이며 이러한 이해력은 제품 개발 시에 매우 유용합니다.

그림2. 수동 테스트 패널

3. 자동 테스트
이 자동 테스트는 실제 부품 테스트 중에 사용자가 볼 수 있는 스크린입니다. RTS가 스크린을 수집하면 스크린에 데이터가 표시됩니다. 스크린에 표시되는 설명 그래프 및 텍스트를 통해 사용자는 테스트를 보다 잘 이해하고 따를 수 있습니다.

그림3. 자동 테스트 스크린

테스트 장비 개발 시 NI 하드웨어 및 소프트웨어가 제공하는 여러 이점이 있습니다. 그 중 몇 가지 이점을 다음과 같습니다.

DAQ 카드(NI-DAQmx 7.3 포함) 아날로그 및 디지털 라인의 멀티스레드 작동을 지원합니다.
LabVIEW Real-Time 7.1을 사용하여 마이크로 초 차순으로 시간 임계도를 달성할 수 있습니다.
이더넷 드라이버의 견고성으로 RTS와 MPC 간에 데이터 전송 및 데이터베이스 서버에 데이터로깅이 가능합니다.
모션 컨트롤러 카드의 쉬운 구성 및 신뢰성으로 예상보다 훨씬 적은 노력이 듭니다.
매력적이면서도 자명한 사용자 인터페이스 설계 기능으로 고객의 시스템 작동 습득 시간이 단축됩니다.

다른 부품에 대한 7가지 테스트 장비가 담긴 전체 세트를 LAN을 통해 네트워크화하고 이를 통해 데이터베이스에 중앙 집중식 저장을 구현했습니다. 이로써 데이터 추적 및 보다 간편한 액세스를 보장했습니다. 또한 네트워킹을 통해 LAN에 있는 다른 컴퓨터의 정보를 볼 수 있었습니다.

시스템 장점
모든 요구사항 지원 이외에도 NI 플랫폼을 사용하여 개발된 테스트 장비는 유럽에 있는 고객의 모회사가 사용하는 유사 시스템에 비해 많은 이점을 제공했습니다.

표1. 유럽의 모회사가 사용하는 시스템과 새로 개발된 시스템 비교

결론
Soliton 社은 8개월 만에 유연성 및 리얼타임 성능이라는 까다로운 요구사항을 충족하는 7개의 맞춤형 테스트 장비를 제공할 수 있었습니다. 이 테스트 장비를 위해 NI를 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼으로 사용한 당사의 선택이 시스템 성공에 크게 기여했음이 입증되었습니다.

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P. Kannan Project Manager
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