PXI-alapú tesztállomás AdBlue-adagolószivattyúkhoz
A közelmúltban sokat hallottunk azokról a manipulált mérési eredményekről, amelyekkel néhány autógyártó tüntette fel dízelmotoros autóit a valóságosnál környezetkímélőbbnek. Az NOx-emisszióérték javítása elkerülhetetlen, amelynek egyik módja az AdBlue-adalék használata. Az ehhez szükséges eszköz az adagolószivattyú, amelynek a gyártási teszteléséhez szükséges mérőberendezését ismerteti a cikk.
A feladat
A Robert Bosch vállalat AdBlue-adagolószivattyúkat előállító gyártósorának teljesítményét és a termék minőségének ellenőrzését tesztállomással kívánta fokozni, amely az adagolószivattyú hidraulikai rendszerét ellenőrzi.
A megoldás
Az adatgyűjtést és adatfeldolgozást végző, továbbá a gyártási és tesztelési folyamat további egységeivel kommunikáló mérőállomás fejlesztésére rövid idő állt rendelkezésre. A megoldáshoz a National Instruments (NI) eszközeit használtuk fel. A hardverelemeket az NI PXI-alapú eszközeiből válogattuk, és a szoftvert is a cég mérésautomatizálási szoftverplatformjainak segítségével készítettük.
A Robert Bosch České Budějovice a Robert Bosch vállalat egyik legkorszerűbb és legfejlettebb üzeme, amely kutató-fejlesztő és hosszú távú vizsgálatokat végző részleggel is rendelkezik. Fő tevékenységi területe személygépkocsi-alkatrészek fejlesztése és gyártása számos jól ismert autógyár számára.
Az üzem által előállított egyik tipikus alkatrész az ISO 22241 szabvány szerinti összetételű, AdBlue elnevezésű adalékanyagot adagoló szivattyú (1. ábra). Az autógyárak a dízelmotorok kipufogógázában található NOx-koncentrációjának mérséklésére használják ezt a folyadékot, ezzel teljesítve az Euro IV és annál szigorúbb kibocsátási normák határértékeit. A szivattyú az AdBlue-adalékot 4,5 és 8,5 bar közötti nyomáson fecskendezi be a kipufogócsőbe a katalizátorhoz közeli ponton.
1. ábra A Bosch AdBlue-adagolószivattyú
Minden legyártott szivattyú többféle nyomásvizsgálaton esik át, mielőtt elhagyja az üzemet. Amikor automatizált tesztelési megoldásokat kezdtünk keresni, már rendelkeztünk egy PLC-vel, amely a be-kimeneti szelepeket vezérelte, valamint kommunikált a gyártásirányító rendszerünkkel. Egy másik fejlesztésben szerzett pozitív tapasztalataink alapján úgy döntöttünk, hogy az NI PXI berendezéseire és szoftvereire alapozva építjük fel az új tesztkörnyezetet. Az NI PXI-platformjának fő előnyei közé tartozik, hogy masszív, ipari kivitelű, a mérések módosítása esetén új modulokkal bővíthető, programozása pedig egyszerű. Egy másik érv az NI megoldása mellett a nagy mintavételi sebesség (legalább 10 kHz), amire a már meglevő PLC-rendszerünk nem volt képes.
A rendszer felépítése
Amint már említettük, a szelepeket és a szivattyúkat a PLC segítségével vezéreltük. Ez masterüzemmódban üzemelve a végrehajtandó méréseket és néhány konfigurációs paramétert tartalmazó kérelmet küld a PXI-rendszernek. Az utóbbi elvégzi a vizsgálatokat, majd visszaküldi a mért adatokat és eredményeket, amelyek egy adatbázisba kerülnek. A rendszer felépítését a 2. ábra szemlélteti. A PXI-rendszer egy beépített vezérlővel és két további, PXI-6281 jelű többfunkciós egységgel rendelkezik. Ezek egyike PWM-jeleket állít elő, a másik pedig egy söntellenállás segítségével közvetett árammérést végez.
A tesztelés során az AdBlue-szivattyú kiömlőcsövében fellépő nyomást kell mérni, a be-kimeneti szelepeket pedig PWM-jellel kell vezérelni. Amint a vizsgálóállomás megkapja a mérési beállításokat tartalmazó TCP-üzenetet a PLC-től, megkezdheti a tesztlépések végrehajtását.
2. ábra A tesztállomás rendszerfelépítése
Mivel a szivattyú nem rendelkezik saját nyomásmérővel, a nyomást közvetett úton kell megmérnünk, ami a fő mágnes tekercselésén átfolyó áram figyelésén alapul: az áram időbeli változásának diagramján két jellegzetes pont figyelhető meg (3. ábra). Az első a szelep nyitásának kezdetén lép fel, a második pedig, amikor a szelep eléri a végállását. E két pont alapján kiszámítható a szivattyúban uralkodó nyomás értéke, ami ezt követően összevethető a határértékekkel.
3. ábra A befecskendezőszelep áramfelvételének időfüggvénye a nyomás kiszámításához használt két mérési ponttal
Az áram időfüggvényéből eredetileg a MathWorks Inc. MATLAB® szoftverével számítottuk ki a nyomást. A jelen fejlesztés keretében fel akartuk használni a már meglévő kódunkat, amit az NI LabVIEW egyik blokkja, a MathScript Node segítségével tettünk meg. Ezzel betöltöttük a számítás lépéseit tartalmazó .m állományokat, melyeket LabVIEW alatt hívtunk meg egy olyan állomáson, amelyre már nem volt feltelepítve a MATLAB.
A fejlesztés kezdetén mindent a LabVIEW alatt kódoltunk. Az NI helyi képviselőinek segítségével megismertük a tesztelések kezelésének egy egyszerűbb módját, a TestStand nevű szoftver használatát. Részt vettünk néhány NI által szervezett képzésen, elsajátítva a különféle eszközök kezelését. Összeállítottunk egy felhasználói kezelőkonzolt (4. ábra), egy tesztelésütemező keretrendszert, valamint a vizsgálatok minden egyes lépéséhez külön modult tartalmazó rendszerelrendezést. Az 5. ábrán a LabVIEW alatt létrehozott felhasználói kezelőfelület látható, amely a TestStand szoftvermodullal kommunikál: az éppen folyamatban lévő vizsgálati lépés eredményeit olvassa be, és vezérli a tesztelést.
4. ábra A kezelőkonzol nyitott kapcsolószekrénye
5. ábra A tesztállomás szoftverének kezelőfelülete
A tesztelésütemező keretrendszer szerepét a TestStand program töltötte be, mert ennek segítségével jelentős időt tudtunk megtakarítani a fejlesztés során. Az egyes vizsgálattípusok közös elemeit nem kellett külön megvalósítanunk – ilyen például a lépések futtatása, a naplózás vagy a jegyzőkönyvezés – ezek a funkciók ugyanis könnyedén beállíthatók a TestStand-ben. Mindez az egységesítés szempontjából is előnyös, mert a tesztelési alaprendszer minden vizsgálat esetében azonos.
Amint említettük, a rendszer utolsó elemei a mérőmodulok, melyeket LabVIEW alatt írtunk meg. Minden egyes modul egy-egy adott típusú vizsgálathoz tartozik, amelyet a szivattyún végez a mérőállomás.
Összefoglalás és kitekintés
Az NI PXI-platform segítségével fel tudtuk gyorsítani tesztelésütemező keretrendszerünk fejlesztését, és újrakonfigurálható mérőállomást állítottunk össze. Az első PXI-mérőállomás révén értékes tapasztalatokra tettünk szert, melyeket későbbi munkáink során is hasznosítani tudunk majd.
Jelenleg 12 tesztállomásunk (6. ábra) üzemel a gyártósoron, a szivattyúk egy új generációjához azonban tervezzük egy bonyolultabb mérőállomás üzembe állítását. E vizsgálatoknál egy adott nyomásérzékelő adatait a SENT-protokoll segítségével kell majd beolvasni, amely az autóiparban használt olcsóbb szenzoroknál elterjedt, igen hibatűrő, soros adatkapcsolati megoldás. Mivel a SENT-kommunikáció elküldött üzeneteinek és fizikai rétegének tesztelésére egyaránt szükség lesz, a PXI-eszközöket jelenleg azon központi mérésvezérlők szerepében próbáljuk ki, amely a SENT-érzékelők adatainak kiolvasásával és az átvitel fizikai rétegének ellenőrzésével foglalkozik.
6. ábra A gyártósorba telepített tesztállomások
Jiří Kubíček – Robert Bosch, spol. s r.o.
National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest, Neumann J. u. 1/E 2. em. (Infopark E ép.)
Tel.: +36 1 481 1400, e-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
Web: hungary.ni.com
Szakmai tanácsadás: 06 80 204 704
Technikai kérdések: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
Még több National Instruments
Címkék: National Instruments | PXI | LabVIEW | TestStand | Bosch | AdBlue
