Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Přístroje NI pro sběr dat a systém LabVIEW ke zkoušení hydraulických komponent

Firma Hycom měla za úkol vyvinout zkušební stanici pro testování více než 3 000 typů hydraulických komponent do letadel, mezi nimiž byly rotační i nerotační části. Zkoušení muselo být v souladu předpisem pro údržbu součástí letadel CMM (Component Maintenance Manual). Firma se rozhodla použít přístroje pro sběr dat (DAQ) společnosti National Instruments (NI) se softwarem LabVIEW a vyvinout pružný systém, pomocí něhož může uživatel konfigurovat zkoušky za chodu, sbírat data, řídit systém, generovat zprávy. Systém je použitelný pro zkoušení mnoha různých komponent, což vede ke snížení nákladů na vybavení.
 

Hydraulická zkušební stanice pro součásti letadel

 
Každá hydraulická součást letadla musí být pravidelně zkoušena na spolehlivost. Provozovatelé letecké dopravy musí zkoušky provádět na takových zařízeních, aby vyhověly přísnému předpisu CMM (Component Maintenance Manual). Předpis uvádí, jaké postupné kroky a zkoušky mají být vykonány, při jakých tlacích se má zkoušet a podle jakých kritérií mají být součásti přijaty nebo vyřazeny. Většina hydraulických zkušebních stanic je v současnosti navrhována pro zkoušení jediného typu nebo omezeného počtu hydraulických přístrojů. Tyto jednoúčelové zkušební stanice mohou stát až 60 000 eur
a obsahují pevně nastavený regulátor, který omezuje použitelnost na pouze určitý soubor zkoušek.
 
Firma Hycom navrhuje a vyrábí pokročilé hydraulické systémy a rozhodla se vyvinout pružnější zkušební stanici, která bude moci testovat množství různých hydraulických součástí, jako jsou čerpadla, ventily, válce a servopohony. Nový systém může běžet v poloautomatickém režimu, v němž operátor inicializuje různé kroky předepsané v CMM nebo v plně automatickém režimu, v němž systém NI TestStand ovládá aplikaci LabView a vykoná celý test CMM. Systém obsahuje skříň s regulátory průtoku, regulátory tlaku, rozdělovače a přípojky k testované jednotce a dále dotykový panel, na kterém běží aplikace LabView. Průběh zkoušek lze určit a jejich výsledky ukládat. Zkušební technik může načíst test CMM se všemi správně nastavenými parametry a ihned vykonat zkoušku a pořídit o ní zprávu.
 

Tisíce konfigurací vyžadují pružnost systému

 
Vzhledem k tomu, že je obtížné nalézt na trhu komerčně vyráběný systém, který dokáže zkoušet mnoho různých součástí, byla vyvinuta zkušební stanice, kterou lze přizpůsobit podle specifikací zákazníka a požadavků různých předpisů. Stanice dovoluje uživateli specifikovat a konfigurovat zkoušky různým způsobem v závislosti na typu zkoušené součásti. Software takové stanice musí zobrazovat data v reálném čase v podobě grafu nebo číslicově, musí umožňovat vytvářet grafy časových průběhů (y-t) i grafy vzájemné závislosti různých veličin (x-y). Musí být možné konfigurovat žádanou hodnotu a dynamicky volit signály zpětné vazby pro řídicí smyčky a také ukládat data ve formátu Microsoft Word a ASCII. Uživatelské rozhraní systému musí být možné i za provozu modifikovat přidáváním indikátorů a ovládacích prvků, aby vyhovovalo vstupům a výstupům, a změny musí být možné i ukládat. Systém by měl umožňovat automatické zkoušky a spouštění kalibračních funkcí.
 
Za vývojovou platformu byl zvolen systém LabView pro jeho snadnou integraci do přístrojů pro sběr dat NI. Firma Hycom určila požadavky na software a společnost Klein Wolterink Automation vyvinula programové vybavení. Vzhledem k nutnosti zkoušet mnoho produktů a konfigurací, bylo nutné vypracovat pružný systém. Během instalace uživatel sestaví seznam názvů a zapojí senzory a akční členy zkušební stanice k přístrojům na sběr dat. Zkušební stanice obsahuje také několik vstupů a výstupů, k nimž uživatel může připojit senzory a akční členy, které jsou součástí zkoušeného produktu.
 
Všechny I/O body jsou kontinuálně vzorkovány buď při frekvenci 50 kHz (LVDT) nebo 5 kHz a synchronizovány použitím sběrnice RTSI na propojovací desce (backplane) PXI. Data jsou ukládána do databáze reálného času a na pozadí neustále aktualizována. Pro sestavování grafů a zachycování krátkých událostí má uživatel k dispozici data zaznamenaná při krátké vzorkovací frekvenci. Celkem třináct PID regulátorů s hardwarovým časováním bylo implementováno v softwaru, který byl spouštěn v intervalech 5 ms. PID regulátory primárně řídí tlak a průtok v zařízeních, která jsou součástí zkušební stanice.
 
Vstupy a výstupy PID regulátorů jsou konfigurovány během uvádění do provozu a konfigurace se uloží do seznamu tagů (tag list). Vedle PID regulátorů s pevně danou funkcí jsou v systému PID regulátory, u nichž uživatel může specifikovat regulační funkci, výstupní a zpětnovazební signály a také typ regulátoru pro každou část zkoušky.
 
Pro snadné určení, jak má být daná součást testována a připojena, může uživatel konfigurovat a ukládat uživatelské rozhraní pro každou jednotlivou zkoušku. Do rozhraní může přidávat ovládací prvky, indikátory a obrázky a ukládat parametry i vlastnosti vstupů a výstupů i PID regulátorů.
 
V uživatelském rozhraní je sada objektů umístěna na obrazovce hned vedle zobrazované oblasti. Tyto objekty lze přidávat do uživatelského rozhraní, přetažením na požadované místo. Mezi objekty na obrazovce patří numerické indikátory, stupnice, ovládací prvky, grafy, booleovské znaky a obrázkové ovladače. Uživatel může načíst obrázek testované položky a zákaznického PID regulátoru, který je třeba k této součásti připojit. Operátor může uložit uživatelské rozhraní včetně polohy jednotlivých položek a v případě potřeby je znovu načíst. Kromě polohy objektu může uživatel stanovit několik vlastností, jako je titulek, velikost, měřicí jednotky, rozsah a připojení ke kanálu či název tagu. Uživatel má možnost implementovat zákaznický PID regulátor jako subpanel, což je funkce, která se používá k začlenění čelního virtuálního (VI) panelu LabView nebo jiných virtuálních přístrojů (VI).
 
Protože operátoři ovládají zkoušky prostřednictvím dotykové obrazovky, je změna parametrů systému obtížná. Uživatel však může kliknout na ovládací prvek, který změní barvu z modré na červenou. Na ovládacím panelu zkušební stanice jsou dva velké otočné ovladače – modrý a červený. Otáčením odpovídajícího ovladače se zvětší nebo zmenší hodnota parametru příslušného k ovládacímu prvku v uživatelském rozhraní. Barva se používá také k signalizaci, zda je linka aktivní nebo ne.
 
Když je zkouška specifikována, lze ji aktivovat v automatickém režimu pomocí systému NI TestStand prostřednictvím sekvence souborů. Poloautomatické testování spouští operátor ze systému LabView.
 

Hardware

 
Uživatelům již bylo dodáno několik těchto systémů. V mnoha z nich je použit systém PXI jako základ pro sběr dat. Byl zvolen pro svou výkonnou kabeláž, odolné provedení a synchronizaci řešenou již na propojovací desce (backplane). Systém PXI se také snadno udržuje. Používá několik typů desek pro sběr dat v závislosti na potřebách uživatele. Většina systémů obsahuje čítací a časovací desku pro snímače polohy a regulaci průtoku, desku s analogovým výstupem pro generování průběhu a hnacích proudů k ovládání akčních členů, desky digitálních vstupů a výstupů, desky analogových vstupů pro měření průtoku a tlaku a desky pro simultánní vzorkování analogových vstupů k připojení převodníků. Vzorkování převodníků LVDT je rychlé a poloha se určuje pomocí softwarové demodulace. Typický systém může obsahovat až deset systémů pro sběr dat a stovky I/O kanálů, které sbírají nebo generují data s frekvencí 5 kHz.
 

Závěr

 
Nový spolehlivý systém byl instalován u několika zákazníků a významně snížil náklady na zkoušení. Architektura programu umožňuje uživateli implementovat zkušební stanici do systémů s více než deseti přístroji pro sběr dat, což vytváří prostor pro zákaznické systémy a adaptace. Sběr dat, jejich zpracování a ovládání všech vstupů a výstupů vyžadují velký výpočetní výkon. Pomocí systému LabView je možné přiřadit úlohy jednotlivým vláknům, což umožnilo přejít z počítače s dvoujádrovým procesorem na počítač s procesorem čtyřjádrovým, a tím zajistit mnohem větší výkon, aniž by bylo nutné
měnit program.
 
 
Obr. 1. Stanice pro zkoušení hydraulických součástí letadel byla instalována u několika zákazníků a významně snížila náklady na zkoušení
Obr. 2. Hlavní uživatelské rozhraní ukazuje kompletní konfiguraci zkoušené hydraulické součásti