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Komponententest leicht gemacht

Ob Kaffeemaschine, Ski, elektrischer Motor oder kompletter Fahrzeugantrieb: alle absolvieren im Laufe ihrer Entwicklung umfangreiche Tests. Das können Belastungs- und Ermüdungstests sein, klimatische Erprobungen, Bruchversuche oder auch End-of-Line-Prüfungen in der Serienfertigung. Für systematische und vergleichbare Tests setzt man Prüfstände ein.

 

Prüfstände zu entwickeln und zu automatisieren, ist eine Kernaufgabe jeder Forschungs-, Entwicklungs- und Erprobungsabteilung und bringt immer wieder einige Herausforderungen mit sich. Welche das sind und wie man diese meistert, weiss das Schweizer Systemhaus imcADD. Seit vielen Jahren unterstützt es seine Kunden bei der Realisierung von Prüfständen mit messtechnischen Produkten und Dienstleistungen.

Die Aufgabe: Kontrollierter Stress

Beim Test einer Komponente, wird diese in einem Prüfstand unter kontrollierten Testbedingungen gestresst. Neben der reinen Messung des Prüflingsverhaltens erfordert dies Steuer- und Regelungsfunktionalität. Das Umsetzen der Belastungsvorgaben erfolgt über Aktua-toren, Lastmaschinen oder weitere Komponenten, die sich über Ein- und Ausgänge ansteuern lassen. Als automatisierte Anlage, muss das gesamte System dabei seine Abläufe und mögliche Fehlerzustände überwachen und unter Echtzeitbedingungen steuern und unter Kontrolle halten.

Damit wird klar, dass vielfältige Talente gefragt sind, die über die grundlegenden Fähigkeiten klassischer Messdatenerfassungssysteme hinausgehen. Neben der Messdatenaufnahme muss man analoge und digitale Stell- und Vorgabewerte ausgeben und eine echtzeitfähige Steuerung und Regelung realisieren. Gleichzeitig ist eine Software nötig, die dem Testpersonal eine einfache und sichere Bedienung des Systems erlaubt und über vielfältige Visualisierungsvarianten verfügt. Und schliesslich sind die Messergebnisse mittels Analysen zu Testresultaten so zu verdichten, dass sie sich in Testreports aufbereiten und archivieren lassen.

Die Herausforderung: Integrationsaufwand

Klassischerweise wächst ein Prüfstand aus verschiedenen Komponenten diverser Hersteller zusammen: Neben Mess- und Steuerungsmodulen, Feldbuskarten und Industrie-PCs ist dies insbesondere eine echtzeitfähige Steuerung wie eine SPS. Die Systemintegration und Harmonisierung zu einem Gesamtsystem erfolgt häufig über eine Programmierumgebung. Gebräuchlich sind dabei etablierte Software-Entwicklungssysteme (SDE) wie Visual C# oder VBA oder grafisch orientierte Programmiersysteme, die Funktionsblöcke als virtuelle Instrumente abstrahieren. Aus der eigentlichen Aufgabe, der Entwicklung von Prüf- und Testszenarien, wird so ein umfangreiches Programmierprojekt, das tiefe Kenntnisse der Systemintegration erfordert.

Doch wie kann man den Aufwand zur Integration verschiedener Hard- und Softwarekomponenten reduzieren? Und wie die Implementierung und Pflege eines Komponentenprüfstands effizienter gestalten, sodass sich der Testingenieur auf seine Kernkompetenz konzentrieren kann? Denn schliesslich ist Testen kein Selbstzweck, sondern soll effizient und präzise charakteristische Parameter ermitteln und Qualität sichern. Das jedoch erfordert in erster Linie fundiertes Wissen und Erfahrung über das Produkt, die Physik, und damit die Messungen und deren Interpretation. Davon sollte die Prüfstands-implementierung dominiert sein und weniger von programmiertechnischen Fragen und Erschwernissen der Systemintegration.

Alles aus einer Hand

imcADD löst dieses Dilemma mit den intelligenten Mess-, Steuer- und Regelsystemen der Firma imc Messsysteme GmbH. Diese verfolgen den Ansatz der vollständigen Integration aller nötigen Hard- und Softwarekomponenten in einem Systemkonzept. Das vermeidet unnötige Schnittstellen-, Koordinations-, und Synchronisationsprobleme und reduziert somit den Programmieraufwand wesentlich.

Die imc-Systeme bringen alle zur Messung und Prozesskontrolle benötigten Ein- und Ausgänge mit. Über vollkonditionierte Universalmessverstärker lassen sich alle relevanten Sensoren – wie DMS – direkt anschliessen und erfassen. Daneben stehen Impulszählereingänge für Drehzahlmessung, digitale Eingänge und Ausgänge zur Steuerung sowie analoge Ausgänge als Stellgrössen oder Sollwertvorgaben zur Verfügung. Feldbusschnittstellen wie CAN erlauben die direkte Integration von Anlagensteuerungen, Fahrzeugsteuergeräten (ECU) oder Sensoren mit Feldbusausgang. Damit sind für kleine und mittlere Prüfstände typischerweise alle benötigten Ein- und Ausgangsgrössen abgedeckt.

Die Steuerung im Gerät

Die zentrale Komponente der imc-Geräte ist die integrierte Echtzeitplattform imc Online FAMOS. Sie unterscheidet das Konzept am deutlichsten von konventionellen Lösungen. Die DSP-basierte Rechenplattform erlaubt synchrone Echtzeitverarbeitungen mit minimalen, voll deterministischen Reaktions- und Zykluszeiten bis herunter zu 100 µs. Damit lassen sich nicht nur komplexe Onlinesignalanalysen mit unmittelbar zur Verfügung stehenden Ergebnissen realisieren, wie FFT, Leistungsberechnung oder Ordnungsanalysen. Darüber hinaus stellt die Plattform einen vollständigen Echtzeit-Controller dar und erspart somit eine zusätzliche separate Steuerungseinheit wie eine SPS.

Definieren statt programmieren

Um Steuerungsabläufe mit der Echtzeitplattform imc Online FAMOS zu erstellen, ist weder Programmierung noch die Erstellung komplexer Vernetzungspläne mit grafischen Funktionsblöcken oder virtuellen Instrumenten nötig. Stattdessen erstellt der Test-ingenieur mit der PC-basierten Mess- und Prüfsoftware imc STUDIO per Drag & Drop selbstständig den Prüfablauf als ein simples grafisches Zustandsmodell. Auf Basis von Prozessvariablen lassen sich Zustände wie Hochlaufphasen, Sollwertprofile, zyklische Abläufe usw. definieren und deren Übergänge Sample-genau festlegen.

Zusätzlich unterstützt das komfortable Entwurfswerkzeug eine ständig aktive, parallele Hintergrundüberwachung von Grenzwerten, Ausnahmebehandlungen und komplexen Konstrukten wie komplette PID-Regler. Das fertig erstellte Steuerungsprogramm wird anschliessend automatisch in Code für die Geräteplattform umgesetzt, heruntergeladen und auf dieser ausgeführt.

Fazit: Integrierte Lösung statt Systemintegration

Die Integration von Mess-, Steuer- und Regelungsfunktionalität in einem System bringt wesentliche Produktivitätsvorteile bei der Entwicklung und Automatisierung von Prüfständen. Notwendige Systemintegrationen und damit verbundene Programmierarbeiten entfallen vollständig, und der Anwender startet direkt mit seiner eigentlichen Auf-gabe – dem Definieren von Prüf- und Testszenarien.

Hierbei greift er nicht auf komplexe Programmiersprachen zurück, sondern konfiguriert und definiert komfortabel seine Prüfaufgaben in der Standard-Mess- und Prüfsoftware imc STUDIO. Die modulare Software deckt alle Aufgaben im Test- und Prüfstandsumfeld ab: vom schnellen Messen über anspruchsvolle Steuer- und Regelprozesse bis hin zur vollständigen Automatisierung mit datenbankbasiertem Datenmanagement und automatischen Testreports.

Im Ergebnis erhält der Anwender in kürzerer Zeit eine individuelle Prüfstandslösung, basierend auf erprobten und bewährten Standardkomponenten. Zusätzlich steht mit dem Schweizer Messtechnikexperten imcADD ein Partner zur Seite, der von der Beratung über den Service bis hin zur Teil- oder Komplettlösung unterstützt.

Infoservice


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