Echtzeit-Schwingregelsysteme auf Basis CompactRIO
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Author(s):
Dr. Holger Nicklich - SPEKTRA Schwingungstechnik und Akustik GmbH
Industry:
ATE/Instrumentation, Aerospace/Avionics, Industrial Controls/ Devices/ Systems, Electromechanics/ Electrotechnics, Electronics, Automotive
Products:
LabWindows/CVI, LabVIEW, CompactRIO, Sound and Vibration
The Challenge:
Erstellung eines skalierbaren Regelsystems in der Familie der Schwingregelsystemen und Umweltsimulationstests auf Basis von LabVIEW und LabWindows/CVI mit dem Ziel einer Eingliederungsmöglichkeit von weiteren Reglern der Familie als Subsystem über eine optionale Prüfschnittstelle.
The Solution:
Flexibilität für den Anwender schaffen Schnittstellen zu marktüblichen Tools wie z.B. LabVIEW und LabWindows CVI. Für alle Regler dieser Familie werden die Grundbetriebsarten Sinus, Rauschen und Schock über eine einheitliche PC-Software zur Verfügung gestellt.
"Für alle Regler dieser Familie werden die Grundbetriebsarten Sinus, Rauschen und Schock über eine einheitliche PC-Software zur Verfügung gestellt. "
Kurzfassung
Die Systeme VCS von SPEKTRA sind eine Familie von Schwingregelsystemen für Umweltsimulationstests mit Schwingprüfanlagen. Hardwarebasis dieser skalierbaren Reglerfamilie sind leistungsfähige und zukunftssichere Komponenten von SPEKTRA und National Instruments. Flexibilität für den Anwender schaffen Schnittstellen zu marktüblichen Tools wie z.B. LabVIEW und LabWindows/CVI. Für alle Regler dieser Familie werden die Grundbetriebsarten Sinus, Rauschen und Schock über eine einheitliche PC-Software zur Verfügung gestellt. Über eine optionale Fernsteuerschnittstelle kann jeder Regler der Familie als Subsystem in Prüfapplikationen eingebunden werden. Das System VCS301 basiert auf National Instruments CompactRIO und zielt auf preiswerte und flexible Anwendungen z.B. in Fertigungsprüfautomaten und im
Anwendungsgebiete
Das Projekt demonstriert die Anwendung des CompactRIO Systems für die Produktentwicklung auf dem Gebiet Sound and Vibration. Der Vibration Controller steuert einen standardgerechten Belastungstest für Prototypen und Produkte u.a. aus den Bereichen Elektronik, Automotive und Aerospace.
Auch das CompactRIO an sich wird auf diese Weise einem Test auf Robustheit gegenüber Vibrationen während des laufenden Betriebs unterzogen und verfügt über entsprechende Zertifikate. Obwohl es auf der Ausstellung zu Demonstrationszwecken auf den Rütteltisch befestigt wurde und sich selbst prüft, steht es normalerweise neben diesem und steuert die Anwendung in Echtzeit. Entsprechend dem Standard wird z.B. eine Sinusschwingung mit veränderlicher Frequenz und Amplitude ausgegeben, welche eine Vibration des Shakers bewirkt. Mit Hilfe eines Beschleunigungssensors wird die Stärke der Vibration überwacht und in Echtzeit nachgeregelt. Falls eine Störung eintritt, wird die Vibration stoßfrei beendet. Der gesamte Prüfplatz besteht aus cRIO, einem Laptop oder PC (verbunden über Ethernet) einem Verstärker und einem Shaker (Rütteltisch). Die Anwendung läuft unter Windows und LabVIEW Realtime.
Das Produkt ist u.a. der Lage folgende Vibrationstests durchzuführen.
| Sinus | nach IEC 60068-2-6 |
| Rauschen (Random Noise) | nach IEC 60068-2-64 |
| Schock | nach IEC 60068-2-27 |
Es stellt eine preiswerte und robuste Alternative für stationäre und mobile Anwendungen dar.
Softwarestruktur
Die Applikation läuft unter LabVIEW Realtime im CompactRIO und hat folgende Aufgaben zu erfüllen:
- Signalgenerierung und Sinalausgabe in Frequenz, Amplitude und Kurvenform,
- Erfassung und Verarbeitung der Sensorsignale,
- Nachregelung der Amplitude auf einer oder bis zu 1000 Frequenzen in Echtzeit,
- Steuerung und Überwachung.
Teile der Überwachung und der Sinusgenerierung konnten hardwarenah im board-eigenen FPGA realisiert werden. Eine Grundfunktionalität wird über eine TCP/IP-Schnittstelle bereitgestellt. So kann das cRIO z.B. als eigenständiger Sinus-Schwingungsregler verwendet werden.
Eine LabVIEW-Nutzeroberfläche im PC übernimmt u.a. folgende Aufgaben:
Steuerung und Kommunikation, Verwaltung von Testszenarien und Abläufen, Anzeige und Auswertung von Messdaten sowie die Erstellung von Protokollen. Fernsteuerfunktionen stehen per DLL, TCP/IP und COM bereit.
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