“AdaMo” dà nuova vita al banco prova: rinnovare senza sprechi passando da obsoleto a best-in-class

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"“La piattaforma NI CompactRIO è scalabile e affidabile.”"

- Stefano Vianelli, EURINS

The Challenge:
Un banco di prova obsoleto spesso necessita di un rinnovamento che lo porti al massimo livello di modernità con l’investimento minore possibile, ottimizzando le risorse senza inutili sprechi.

The Solution:
Mediante il sistema “AdaMo” basato sulla piattaforma Real-Time/ FPGA altamente scalabile NI CompactRIO è possibile soddisfare i requisiti specifici di ogni rinnovamento, considerando le onfigurazioni e le prestazioni precedenti e integrando le evoluzioni necessarie.

Author(s):
Stefano Vianelli - EURINS

Esistono molti tipi di banchi prova e in generale ogni componente o sistema può essere collaudato. Consideriamo il banco prova motore come un esempio molto completo e articolato di banco dove eseguire prove estremamente differenziate tra loro, tenendo validi tutti i seguenti argomenti anche per altri tipi di banchi.

Da molti anni si utilizzano i banchi prova per collaudare i motori sia in ricerca e sviluppo che in produzione, sia con prove statiche che dinamiche, sia in prestazioni che in durata. Esistono quindi centinaia di banchi prova oggi obsoleti e spesso utilizzabili solo parzialmente a causa del loro progressivo deterioramento. Prima o poi tutti ragionano sulla necessità di rinnovamento ma spesso ci si blocca di fronte all’apparente enormità dell’operazione soprattutto quando viene prospettata l’inevitabile sostituzione di tutto il sistema, senza poter recuperare niente.

È evidente che se una volta il banco prova era gestito da sistemi al limite del ’sartoriale’ e il loro funzionamento richiedeva esperienza e arte, oggi è possibile progettare banchi completamente basati su componenti hardware commerciali, ovvero disponibili sul mercato senza essere monopolio di un fornitore con straordinari vantaggi in termini di costi, prestazioni e rapidità di fornitura. Con le stesse tecnologie diventa inoltre possibile intervenire chirurgicamente nei banchi prova esistenti per:

■ aumentare le risorse di sistema
■ aggiungere funzionalità finora non disponibili - evolvere l’intero banco per eseguire attività inedite.

Analizziamo questi tre livelli di intervento considerando che quanto descritto rientra nelle funzionalità del sistema “AdaMo” basato sulla piattaforma CompactRIO. Un software su PC supervisiona una rete di CompactRIO dove, abbinando la programmazione Real-Time e FPGA con una potente scalabilità e configurabilità delle architetture hardware, esiste una gestione distribuita, deterministica e affidabile delle misure, del controllo e dell’automazione riuscendo a concentrare le risorse nelle funzionalità del banco in base alle necessità e all’attività in corso.

Aumentare le risorse di sistema
Questo è il primo livello di intervento in un banco ancora funzionante per aggiungere canali di misura come pure nodi di controllo. Tipicamente in questo caso non è indispensabile un nuovo ambiente grafico primario mentre la soluzione consiste nell’identificare quali linee di interfaccia siano disponibili nel banco e mediante queste fare entrare nel suo software le nuove misure come pure collegare i nuovi controlli. In pratica, qualora si possano utilizzare comunicazioni seriali (protocollo AK, Modbus, Profibus, protocolli personalizzati) o di rete (protocollo AK, Modbus TCP, Profinet, protocolli personalizzati) o via CAN (con database DBC, CANopen, ecc.), installando nel banco uno o più sottosistemi basati su “AdaMo in CompactRIO” tutte le nuove misure e i nuovi controlli vengono gestiti da questi nodi che diventano periferiche intelligenti e attive del vecchio sistema.

In alternativa i nuovi sottosistemi possono essere collegati via linee analogiche, per esempio scambiando segnali “±10 V” o “4-20 mA” con l’hardware esistente come handshake di nuove misure e nuovi controlli distribuiti e non fattibili con le risorse precedenti.

Aggiungere funzionalità finora non disponibili In un banco nato per fare alcune attività potrebbe diventare necessario integrare funzionalità speciali impossibili con le risorse disponibili, per esempio la comunicazione con una centralina
elettronica (ECU), sia acquisendo che modificando (compatibilmente con i necessari requisiti) i suoi parametri. Servono componenti hardware e software specializzati da integrare con il sistema esistente. 

Un altro esempio è l’espansione dell’interfaccia utente aggiungendo finestre e grafici; oppure un altro esempio è la gestione di strumenti di misura come fumo, consumo, analisi inquinanti, ecc. Quando il banco esistente non riesce a connettersi per limiti hardware o software ha senso pensare all’integrazione di nuovi sottosistemi distribuiti, intelligenti e attivi, integrare, non sostituire o rottamare. Evolvere l’intero banco per eseguire attività inedite Anche quando si decide che il banco deve essere evoluto sostanzialmente diventando capace di attività inedite, risulta efficiente progettare questa rivoluzione mediante il sistema AdaMo basato sulla piattaforma CompactRIO di National Instruments.

Si utilizzano tutti gli alimentatori già presenti per freni a correnti parassite e per attuatori meccanici, oppure si adottano componenti più moderni limitando la sostituzione alla sola parte di potenza in quanto tutti i controlli (PID, predittori, ecc.) sia veloci (giri, coppia, parametri centralina) che lenti (temperature, pressioni, portate, ecc.) sono gestiti nei software dei CompactRIO. 

È possibile sostituire un freno a correnti parassite con un motore elettrico gestito da inverter, a sua volta connesso via Profinet ai CompactRIO, come pure collegarsi by wire con la ECU nel controllo dell’acceleratore, per rendere dinamico il banco. Ci si interfaccia via ASAP 3 con INCA (o simili) fino a eseguire cicli DOE a vari livelli di automazione.

Risultati
Per rinnovare senza sprechi un banco prova servono:
■ il sistema AdaMo altamente configurabile mediante editor interni (logica, grafica, matematica, ecc.)
■ la piattaforma CompactRIO scalabile e affidabile
■■ l’esperienza

Author Information:
Stefano Vianelli
EURINS
Italy

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