Mozdonytesztelés NI-eszközökkel

Abraham K. Kovelil – Captronics System Pvt. Limited

A CompactRIO és LabVIEW segítségével kifej­-lesztett SCADA-rendszer önálló, két teszt párhuzamos futtatására is képes vizsgálórendszer, amely a végfelhasználó termelőképességét 100 százalékkal növelte: naponta kétszer annyi berendezést ellenőriznek, mint a korábbi, kézi vizsgálati módszerrel.

 SCADA-rendszer CompactRIO-val és LabVIEW-val

A kitűzött feladat

Megbízást kaptunk mozdony felügyeleti vezérlő és adatgyűjtő (SCADA-) rendszerének kifejlesztésére, amely – nagyobb fordulatszámot és nyomatékot igénylő nagyfeszültségű, váltakozó áramú vasúti hajtás vizsgálata során, elektromágneses zavarással (EMI) erősen terhelt környezetben – képes egy időben több hajtómotor tesztelésére

A megoldás

A feladat megoldásaként SCADA-rendszer kifejlesztésére tettünk javaslatot, amely nagyszámú, elszórtan elhelyezkedő be/kimenetet képes kezelni. A megvalósítás alapjául a National Instruments (NI) nagy teljesítőképességű, léptékelhető, konfigurálható be-kimeneti platformja (RIO) szolgált, az NI CompactRIO valósidejű vezérlő és determinisztikus EtherCAT-keret használatával.
    Cégünk, a Captronic Systems Pvt Ltd., a National Instruments Platinum^[1]-szintű együttműködő partnere, szakterülete egyedi automatizált tesztelő, vezérlő és adatgyűjtő rendszerek tervezése és fejlesztése kutatás-fejlesztési, tervhitelesítési és gyártásközi tesztelési célokra.
    Egy ügyfelünk hajtómotorok, például villanymozdonyokban használt, váltakozó áramú motorok és generátorok tesztelésével foglalkozik. Korábban kézi módszereket használtak a nagy feszültségen üzemelő és nagyáramú hajtómotorok különböző vizsgálatainak elvégzéséhez.
    Az NI hardvereivel és az NI LabVIEW rendszertervező szoftverrel kifejlesztettünk számukra egy kifinomult SCADA-rendszert, amellyel úgy automatizáltuk többféle hajtómotor-változat egyidejű tesztelését, hogy közben figyelemmel kísértük a kritikus fontosságú jeleket, és biztonsági reteszeket is elhelyeztünk. A SCADA-rendszer emellett a mért jeleket elemző funkciókkal is rendelkezik, ami lehetőséget ad a vizsgált hajtómotor teljesítőképességének fokozására is.

A rendszer áttekintése

Az 1. ábrán látható az NI CompactRIO hardver és az NI LabVIEW szoftver felhasználásával általunk kialakított SCADA-rendszer áttekintő vázlata. Az összeállítást egy vizsgálóállás, egy meghajtási terület és egy vezérlési terület alkotja.
    A tesztelt berendezést az 1. ábrán látható módon rögzítve járműre helyezett és járművön kívüli tesztek is végrehajthatók a vizsgálóállásban. Elhelyeztünk egy NI 9144 EtherCAT slave („szolga”) keretet tartalmazó panelt, amely begyűjti a közeli érzékelők ada­tait és továbbítja az NI cRIO‑9022 master („mester”) vezérlőhöz.
    A meghajtási területen találhatók a váltakozó áramú hajtások és transzformátorok, amelyek az erőátviteli vezetékből nyerik a tesztelt eszköz táplálásához szükséges energiát, illetve a tesztelt eszköz generátoros üzeme esetén abba táplálják vissza a megtermelt energiát. Bizonyos érzékelők és beavatkozók (analóg és digitá­lis) illesztéséhez a meghajtási területen elhelyeztünk egy cRIO-9022 master vezérlőt tartalmazó panelt, ez fogadja és továbbítja a megfelelő jeleket a vezérlési területről.
    A vezérlési terület két számítógépből áll: tesztvezérlő (kiszol­gáló, szerver) és tesztkiértékelő (kliens). Az előbbi egy asztali számítógép, amelyen tesztek futtathatók, megjeleníthetők bizonyos paraméterek, elemezhetők a naplózott adatok és beszámolók készíthetők. A tesztkiértékelő szintén egy személyi számítógép, amely élőben, fejlett elemzőeszközökkel jeleníti meg a vizsgálathoz kapcsolódó összes adatot.

1. ábra Tesztelési elrendezés

A rendszer az alábbi jelek mérésére és szabályzására képes:

• 10 és 2000 V közötti feszültség-, valamint 100 és 3000 A köz­ötti áramértékek,

• hőmérsékletértékek 50 és 1200 °C között,

• digitális be- és kimenetek,

• forgási sebesség 6000 fordulat/percig,

• nyomás- és nyomatékparaméterek,

• analóg kimenet zárt hurkú szabályzáshoz.

Szoftverfelépítés

A szoftver három fő részre bontható: a LabVIEW FPGA-modullal kifejlesztett FPGA-szegmensre, a LabVIEW valósidejű modullal kifejlesztett valósidejű szegmensre és a számítógépes szegmensre (lásd 2. ábra).
    Az FPGA szegmens egyrészt a cRIO-9022 master vezérlőn fut, amely DMA-val, előlapi összeköttetésen keresztül továbbítja az adatokat a LabVIEW valósidejű modulnak; másrészt az NI 9144 slave kereten, amely a felhasználó által meghatározott változókon keresztül továbbítja az adatokat a LabVIEW valósidejű modulnak.

 2. ábra A teljes szoftverelrendezés

A LabVIEW valósidejű alkalmazás olvassa és írja a master, illetve a slave FPGA-k adatait, emellett a felhasználói beállítások szerint szinkronizálja, szűri és léptékeli a kért csatornákat. A vezérlő és a számítógépes szegmens közötti adatkapcsolatot TCP/IP-összeköttetés valósítja meg. A LabVIEW valósidejű alkalmazás futtatja emellett az indítási (kézi és automatikus), tesztelési, diagnosztikai, arányos-integráló-differenciáló (PID), biztonsági reteszelő és leállító hurkokat.
    Rendszerünkben két számítógépes alkalmazás található: a tesztvezérlő és a tesztkiértékelő. A tesztvezérlő közvetlen kapcsolatban van a valósidejű vezérlővel, általa parancsokat adhatunk, naplózhatjuk az adatokat és néhány paramétert grafikus vagy sematikus megjelenítésben is figyelemmel kísérhetünk. A tesztkiértékelőn az aktív paraméterek adatait csak élőben követhetjük.

Tesztvezérlő

Az általunk megtervezett tesztvezérlő az alábbi funkciókkal rendelkezik (3. ábra):

• Konfigurációs modul: beállítja az analóg bemeneti- (AI-), analóg kimeneti- (AO-), digitális bemeneti  (DI-), digitális kimeneti (DO-), sebesség- és hőelem- (TC-) csatornák megfelelő léptékezését, mértékegységét, megjelenítési és naplózási jelzőbitjeit, továbbá beál­lítja a biztonsági reteszelés jelzési határértékeit. A modullal egyedi (származtatott) paramétereket is létrehozhatunk.

• Biztonságiretesz-modul: a teszt futtatásához szükséges bizton­sági reteszek hozzáadására/módosítására szolgál.

• Tesztszerkesztő modul: automatikus teszt futtatásához szükséges vizsgálati sorozat (szekvencia) hozzáadását/módosítását teszi lehetővé.

• Diagnosztikai modul: diagnosztikai célokra szolgál, ellenőrzi az AI-, AO-, DI-, DO-, sebesség- és TC-jelek érvényességét. Ez a modul képes továbbá PID-műveletek elvégzésére is a motor sebes­ségének és áramának finomhangolásához.

• Kalibrációs modul: az AI- és AO-csatornák kalibrálására, a vezetékezés feszültségesésének kompenzációjára szolgál.

• Kézi tesztmodul: lehetőséget nyújt a teszt kézi futtatására. A beállított csatornák grafikus és sematikus megjelenítésben is láthatók. Bármikor kiválasztható ritka és sűrű mintavételezésű adatrögzítés is.

• Automatikus tesztmodul: önműködően végrehajtja a beállított tesztsorozatot, naplózza az adatokat és jegyzőkönyvet készít. A be­állított csatornák grafikus és sematikus megjelenítésben is lát­hatók.

• Trendmodul: a naplózott adatok utólagos idő- és frekvenciatartománybeli elemzéséhez használható. A modul előzetesen kidolgozott (idő- és frekvenciatartománybeli) függvényekkel rendelkezik, elősegítve a jelek megfelelő módszerekkel való elemzését.

• Beszámoló modul: a vizsgált egységen lefuttatott valamennyi teszt eredményét egyedi jegyzőkönyvben foglalja össze.

3. ábra: Tesztvezérlő

Tesztkiértékelő

A tesztkiértékelő (4. ábra) különálló, a kliensszámítógépen futó, egy adott teszt futtatása közben mért adatok grafikus és táblázatos megjelenítésére szolgáló alkalmazás. Egyidejűleg két vizsgálat adatai is megjeleníthetők, illetve egyszerűen átválthatunk bármelyik teszt kiválasztott adatainak megtekintéséhez.

4. ábra: Tesztkiértékelő

100%-kal megnövelt termelőképesség

Az általunk megvalósított SCADA-rendszer egy önálló, párhuzamosan két teszt futtatására is képes vizsgálórendszer, amely ügyfelünk termelőképességét 100%-kal növelte. Naponta kétszer annyi berendezést ellenőriznek, mint a korábbi kézi vizsgálati módszerrel. Emellett az új és továbbfejlesztett adatelemzési- és jegyzőkönyv-készítési funkciók lehetőséget adnak a kritikus jellemzők alapos megfigyelésére és összetett elemzésére, akár a jövőben megjelenő berendezésekkel kapcsolatban is.
    A LabVIEW felhasználóbarát, egyszerűen kezelhető felhasználói felületének köszönhetően teljes rendszerünket gyorsabban tudtuk telepíteni és hitelesíteni. A legújabb NI-termékek segítségével ügyfelünknek a jelenlegi igényeknek is megfelelő, de jövőbeni termékeknél várható tesztelési és hitelesítési feladatokra is felkészített, stabil, megbízható és léptékelhető rendszert tudtunk létrehozni.

National Instruments Hungary Kft.
1117 Budapest, Neumann János utca 1/E. 2. emelet
Telefon: 06 1 481 1400, Fax: 06 1 203 3490
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
http://hungary.ni.com
Ingyenesen hívható telefonszám: 06 80 204 704