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2021年11月4日

耐久性测试控制程序具有高灵活性和高性能

TwinCAT 与 LabVIEW™ 无缝集成,助力实现斯蒂尔公司的试验台自动化

最近,测量技术专家 measX 公司为全球领先的电动工具制造商斯蒂尔公司(STIHL)开发了一款针对不同耐久性测试环境的灵活、通用的自动化解决方案。该解决方案能够快速实施各种高质量的测试计划。倍福 TwinCAT 自动化软件与 LabVIEW™ 之间的高效交互对该解决方案的成功起到了关键性的作用。

总部位于德国门兴格拉德巴赫的 measX GmbH & Co. KG 自 1981 年以来就一直致力于为设计和定制各种测量、测试和评估系统,这些系统在各个行业领域中都得到了非常广泛的应用。公司在试验台技术领域主要聚焦开发自动化试验台。ANDREAS STIHL AG & Co. KG (斯蒂尔) 委托测量技术专家 measX 为其一台大型耐久性测试设施打造高效自动化解决方案,方案采用了倍福的 EtherCAT 和 I/O 总线端子模块系统以及 TwinCAT PLC。耐久性测试自动化解决方案(德语为“Dauerlaufautomatisierung”或 DLA)使用 LabVIEW™ 与 TwinCAT 软件相结合实施。目前,斯蒂尔整个公司都在使用该系统进行耐久性测试;该系统最初是为公司位于靠近斯图加特的魏布林根总部最先进的开发中心的试验台开发的。

在斯蒂尔研发中心,每天都要在数以百计的测试舱中对电锯、绿篱修剪机、切割机以及割草机器人等样机和系列产品进行各种负载测试、功能测试和寿命测试,并会针对每个设备类型制定详细的测试计划。“DLA 应用程序旨在确保对各种不同配置的设备进行可靠、高性能的测试。一个标准化、直观的操作方案可以简化每个测试环节的定义、执行和监测。在不同的测试序列之间切换也非常简单。”负责斯蒂尔项目的 measX 工程师 Marco Tiskens 解释说道。

斯蒂尔研发中心的耐久性试验台在控制柜中配备了大量 EtherCAT 和总线端子模块,以及 C6015 超紧凑型工业 PC(左下),以实现测量值采集所需的灵活性
斯蒂尔研发中心的耐久性试验台在控制柜中配备了大量 EtherCAT 和总线端子模块,以及 C6015 超紧凑型工业 PC(左下),以实现测量值采集所需的灵活性

覆盖面广泛的测试需要高度的灵活性

测试系统由一台装有 TwinCAT 的 C6015 超紧凑型工业 PC 控制,它使用 EK1100 EtherCAT 耦合器来实时收集众多 EtherCAT 和总线端子模块采集到的测量数据。这两个端子模块系统是通用的 I/O 系统,为开发试验台提供了所需的高灵活性,Marco Tiskens 解释道:“无需单独的测量系统,无需额外操作,数据能够以与控制输出同步的方式采集。此外,测量通道可以轻松用于修改测试顺序。可以根据具体需求简单地集成额外的端子模块或替代的端子模块。I/O 端子模块的稳定性和鲁棒性对于耐久性测试来说是一个特别的优势。而且它们提供的成本效益也颇具吸引力。”

由于测试标本和测试类型的广泛性,试验台必须满足各种不同的要求。例如,一台设备可能需要供应燃料,而下一台设备则可能需要供水,再下一台设备则需要供电。EtherCAT 端子模块 EL3314-0002 具有电隔离通道,在使用热电偶进行高精度、无故障的温度测量时有很大优势。对于大部分试运行来说,速度是另一个重要的测量变量,使用 EL5xxx 系列 EtherCAT 端子模块可以在同一个系统中采集速度数据,因此可以与所有其它变量同步。此外,电能测量端子模块提供关于功耗的重要数据,以用于测试样本中。

需要对所有测试样本的不同参数进行测量和控制以及调节。其中一个目标是,尽管每种情况下使用的硬件不同,但也应该能够在不同的试验台,甚至在不同的地点进行相同的测试。这可以通过单独定义测量技术和通道以及测试顺序的方式实现,并在每次测量过程开始时,根据具体的任务需求,将它们集中起来形成一个测试程序。

无缝集成测量和控制技术

对于每个耐久性测试,都要在斯蒂尔测试数据库中精确定义待测量的通道和所有所需的测试参数。相关的测量和顺序程序通过 LabVIEW™ 框架自动生成,并以适合 DLA 中 TwinCAT 环境的通用形式呈现。然后对程序进行编译,一旦编译过程完成后,程序将自动迁移到 PLC 上。无需深入了解 TwinCAT 软件知识即可实施测试顺序。在顺序功能图(SFC)编程中,每个测试类型的实际顺序都要创建一次,然后每次都重复使用新的参数,生成完整的测试顺序模板库。

DLA 应用程序通过 TwinCAT 软件的多个抽象层从测试数据库中“翻译”测试规范,确保 I/O 配置正确并自动定义变量。试验台专用的变量也会自动分配给 I/O 端子模块。DLA 软件激活控制程序,监测测试顺序中的执行情况,并记录所有参数和测量值。“我们在 LabVIEW™ 内用 TwinCAT 环境远程控制 Microsoft Visual Studio®,以便生成 PLC 源代码,然后编译和执行这些源代码。我们用软件程序完成了用户本须自己完成的所有事情。”Marco Tiskens 在描述这个特殊的软件方案时说道。

Automation Interface 是关键

只有通过 TwinCAT Automation Interface 才能在 DLA 内配置和创建测量和控制程序。这种用于自动生成代码的开放式接口支持 DLA 等复杂的应用程序,使用预定义的模板进行配置。“重复使用经过测试的程序段,并自动编译不同的程序段,以形成测试专用的顺序软件应用程序,这样不仅可以节省时间,而且能够大幅减少错误率。这种方法还有助于实现测试过程的标准化,使之更容易进行比较。”Marco Tiskens 说道。

所有试验台都可以通过相同的图形用户界面进行操作和监测。所需的数值从 TwinCAT 中读出或通过 ADS 设置,其范围包括设置一个单独的变量(例如,为了接通介质供电或启动测试顺序)以及读出远远超过 100 个测量通道。后者通过多个环形缓存区进行,这些缓存区在程序启动时动态生成,并可临时存储数据长达 12 秒。

DLA 应用程序的 Viewer 功能帮助用户设置耐久性测试(在本例中为电锯)
DLA 应用程序的 Viewer 功能帮助用户设置耐久性测试(在本例中为电锯)

DLA 应用程序提供各种可视化和监测功能。网络中集成的 PC 可以通过 DLA 浏览器监测整个试验台组,或操控单个系统。通过操作台界面可以概览所有配置好的试验台及其运行状态。在详细视图中,显示部件和颜色代码提供了关于测量过程中各个试验台的当前通道和特性值的信息。此外,可以通过一个图表显示自测试开始以来的测量数据,这样早期指示预计的结果。

DLA 将 TwinCAT 在测试过程中提供的数据文件保存到试验台的计算机中,并在可配置的时间间隔或文件达到一定大小时将其传输给中央文件服务器。这些数据包自动整合,并立即可用于进一步的离线评估。数据尚在准备阶段时,就可以计算出重要的公式和参数,并生成包含基本评价的 PDF 报告。

准备好满足新的要求

目前,DLA 已在斯蒂尔公司位于德国、奥地利、中国、美国和巴西的测试中心中成功应用于耐久性测试中。无论采用哪种硬件,同样的软件都能够在所有试验台上运行。Marco Tiskens 继续说道:“高性能的倍福组件以及斯蒂尔和倍福之间的友好合作,成就了这一高效的试验台自动化解决方案,具有几乎无限的可扩展性。对我们而言,这个解决方案具有堪称典范的可靠性、高性能、灵活性和标准化程度。它能够快速适应未来的测试样本和测试方法,并加快了从制定测试计划到评估结果的过程。可以迅速将测量数据和基本评价提供给测试部门。”这一点得到了斯蒂尔耐力测试团队负责人 Alexander Klein 的证实:“measX 的 DLA 软件工具让斯蒂尔能够在我们的全球网络中快速、高效和可靠地进行开发,并保障设备的安全性,以确保让我们的客户满意。”

面向未来:高精度 EtherCAT 测量技术和 LabVIEW™

灵活的试验台自动化是满足各种测试需求的关键。在这种情况下,我们需要与像 measX 这样经验丰富的系统集成商建立合作关系,他们拥有丰富的专业知识可以让我们借鉴。我们双方的密切合作成就了面向未来的高性能试验台,它们可以迅速适应新的产品和技术。倍福全新的 TwinCAT 3 Interface for LabVIEW™(TF3710)简化了控制层与 LabVIEW™ 应用程序的连接。该接口具有为高性能读写 ADS 符号和配置 I/O 端子模块而开发的 VI。同时,倍福还为实现高性能试验台应用提供了 ELM 系列超高精度 EtherCAT 测量端子模块。“我们的试验台生产领域的客户对多样化的 I/O 端子模块赞赏有加:从简单的 12 位电压测量端子模块到带 LEMO 连接器的高精度、经过校准的 24 位多功能端子模块,可以从我们的产品系列中挑选合适的端子模块,以确保项目可以经济高效地实施。倍福可为所有关键的测量变量提供合适的 EtherCAT 端子模块:从标准信号到温度、速度、振动、扭矩和位移。此外,所有测量数据都通过 EtherCAT 完全同步,并提供全面的诊断信息,这对确保试验台的可靠运行至关重要。”来自倍福 I/O 产品管理团队的测量、分析和控制产品销售专家 Christian Lindemann 补充说道。