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Anwendungs­beispiele

March 24, 2016

TRW entscheidet sich für Gantner Instruments als Partner bei der Prüfung von Komponenten mittels PID-Regler

Einleitung                                                                                                                    

TRW ist weltweit führend im Bereich von Betriebsbremssystemen und Vorreiter bei elektronischen Bremsen. TRW gehört zur ZF-Gruppe und entwickelt innovative automatische Bremssysteme, die bewährte Bremsfunktionen mit erweiterter Funktionalität kombinieren. Zur Aktualisierung und Verbesserung seiner Bremsprüfstände für Produktsimulation und hochgenaue Messungen entschied sich TRW für die Hardware und Software von Gantner Instruments.

 

Die Aufgabenstellung

TRW Automotive suchte nach einem Feedback-Mechanismus für einen Regelkreis zur Überwachung der Servo- und Hydraulik(flüssigkeits)-Steuerungen von sechs voneinander unabhängigen Stationen und zur Regelung der Servos und Hydrauliksysteme mittels des PID-Reglers. Bereits seit Jahren war man auf der Suche nach einer Möglichkeit, sprunghaftes Ventilverhalten zu beheben und die Qualität und Zuverlässigkeit der Messungen zu verbessern. Einige der Haupthindernisse dabei waren:

 

  • Umsetzung eines geschlossenen Regelkreises mit PID-Regler für ein Servosystem mit hoher Genauigkeit und minimalem Überschwingen bei einer Antwortgeschwindigkeit des Regelkreises von bis zu 2 kHz (500 µs)
  • Erhöhung der Antwortgeschwindigkeit und Genauigkeit des PID-Reglers
  • Umsetzung einer überlagerten Brummfrequenz zur Erzeugung von Schwingungen und Verbesserung der Linearität und Antwortgeschwindigkeit der Ventile
  • Archivierung, Verwaltung und Visualisierung von Live-Daten und ihre Darstellung im Tabellenformat für eingehende Analysen
  • Anbindung an und Integration in eine LabVIEW-Speicherplattform

Der Zeitfaktor war entscheidend, da TRW dieses System schnell einsatzbereit haben wollte, um Prüfungen in anspruchsvoller Umgebung durchführen zu können. Gantner stellte Standard-Hardware mit maßgeschneiderter Programmierung zur Verfügung und ermöglichte so die Integration in das bestehende System zu einem attraktiven Preis.

 

Der Lösungsvorschlag

Aufgrund der Geschwindigkeit und Genauigkeit der Produktreihe Q.series konnte Gantner Instruments den Anforderungen dieses Projekts gerecht werden. Die Skalierbarkeit der Q.series bot die beste Lösung für ein Hochleistungs-Automatisierungssystem mit Synchronisation und der Möglichkeit der Anbindung an jedes Host-System. Die Komponenten:

  • Messmodule Q.bloxx A106:

Das Modul Q.bloxx A106 wurde ausgewählt, das es genaue, galvanisch getrennte Vollbrücken-Messungen mit hohen dynamischen Erfassungsraten bietet und zudem einen Analogausgang zur Erzeugung der Spannung für das Servosignal sowie einen Digitalausgang zur Erzeugung eines Prozess-Ausgangssignals. Darüber hinaus verfügt es über eine konfigurierbare Sensorspeisung und ermöglicht den Einsatz von Trägerfrequenztechnologie (TF) für hohe Auflösung, Langzeitstabilität und Störunempfindlichkeit bei einer Frequenz von bis zu 4,8 kHz.

Photo: dieneudenker.de / Stephan Ruh
  • Test Controller Q.station:

Die Leistungsstärke des Q.station bot die für die Abwicklung der gesamten Synchronisierung, Berechnungen, Benutzerschnittstellen und Datenverwaltung der Anwendung benötigte Plattform – ganz ohne einen PC anzuschließen.  Mit seiner PAC-Funktion arbeitet der Test Controller Q.station unabhängig von einem PC. Der Test Controller Q.station bietet zudem einen eingebauten Bildschirm für die Anzeige kundenspezifischer Benutzerschnittstellen und von Live-Daten.

Photo: dieneudenker.de / Stephan Ruh
  •  Konfigurationssoftware test.commander:

Die Möglichkeiten für Konfiguration und Visualisierung, die test.commander zur Verfügung stellt, erlaubten eine äußerst  kostengünstige Standardlösung für das einfache Konfigurieren der gesamten Anwendung – lediglich durch Ausfüllen von Dialogfeldern und ohne eine einzige Zeile Programmiercode.  Mit test.viewer (eine Komponente von test.commander) wurden Echzeit- und Archivdaten im vertrauten Format in Trend- oder Oszilloskopdarstellung visualisiert.

  • test.con Programmiersoftware:

Die Möglichkeiten, die test.con für das Programmieren bietet, erlaubten eine genau maßgeschneiderte Lösung für die grafische Programmierung und Anzeige von Benutzerschnittstellen (HMI). Durch die Verwendung von Drag-and-Drop-Variablen und Makros musste für die Programmierung des TEst Controllers Q.station keine einzige Zeile Code programmiert werden. Die PAC-Funktion des Controllers ermöglicht das Herunterladen des kundenspezifischen Programms auf den Controller und ergibt eine autarke, eingebettete Lösung für die Steuerung.

Ein Hauptprojektziel war die maßgeschneiderte Umsetzung eines Projekts, das mit Standardkomponenten und einer benutzerfreundlichen Schnittstelle eine zuverlässige und schnelle Kommunikation mit dem Prüfaufbau ermöglichte.

Die Lösung von Gantner instruments

Der Ansatz umfasste den Einsatz eines Test Controllers Q.station mit Anbindung an acht Module des Typs Q.bloxx A106, von denen jedes zur Überwachung an unabhängige Stationen angeschlossen war. Da es sich bei der Produktreihe Q.series um ein Standardsystem handelt, war die Systemlösung schnell einsatzbereit. Die Druckwerte der Prüfstationen wurden in Vollbrückenkonfiguration mit den Modulen A106 gemessen. Die Datenverarbeitung erfolgte über die Sollwerte und ein kundenspezifisches PID-Programm auf der Q.station, die Rückmeldung an die Prüfstationen über die analogen und digitalen Ausgänge des Moduls. Über den Test Controller durchliefen die Parameter seine virtuellen variablen Sollwerte für das Programm und die integrierten digitalen Ausgänge für die Module A106 , die die Start/Stopp-Trigger lieferten.

Der Aufbau im Überblick

In test.con wurden mithilfe der in der Bibliothek integrierten Funktionsblöcke Makroprogramme zur Pumpensteuerung und zum Senden von Befehlen an Pumpe und Einspritzer erstellt. Eingangsdaten von der Pumpe durchliefen den PID-Regler zur Einstellung der Verstärkung und wurden dann wieder zurück an die Prüfeinrichtungen gesendet. DerTest Controller minimierte den Fehler bei der Einstellung der Regelgröße, in diesem Fall der Position des Steuerventils.

Kundenspezifisches PID-Programm
Pump Control Function Block

Das System wurde so ausgelegt, dass mit einer zentralen Station, dem Controller Q.station, die unabhängigen Stationen über das Modul Q.bloxx A106 und dem RS485-Anschluss ferngesteuert werden konnten.

Prüfstandsgehäuse

Da TRW in der Vergangenheit bereits LabVIEW als firmenweite Speicherplattform genutzt hatte, musste das Programm von Gantner unbedingt eine wirksame Kommunikation sicherstellen. Über das Erstellen von Variablen in test.commander konnte die Software mit LabVIEW kommunizieren. Durch Verwendung dieser Sollwertvariablen konnte die Software auf den Rückmeldungen des PID-Reglers basierende Daten zur Regelung der Servos an LabVIEW ausgeben.