Adquisición de datos y control del banco de pruebas de asientos de automóvil

Fisher Dynamics se centra en desarrollar asientos para automóviles y es un líder en calidad y seguridad. Su equipo de prototipos depende de bancos de prueba para validar nuevos diseños. La integridad de los productos de la empresa y la satisfacción de sus clientes dependen de pruebas rigurosas. Fisher necesitaba un sistema de adquisición de datos (DAQ) y control de reemplazo para actualizar su banco de pruebas. Combinando el DAQ con capacidad de control en tiempo real, la empresa eligió la serie IOLITE de Dewesoft.

Con sede en Saint Clair Shores, Michigan, Fisher Dynamics tiene una larga trayectoria. En 1908, Fisher Body fue fundada en Detroit para desarrollar “carruajes sin caballos”, como se llamaba entonces a los automóviles. No pasó mucho tiempo antes de que la empresa se convirtiera en una potencia de la industria automotriz. Su enfoque y nombre cambiaron con el tiempo, pero nunca dejó de innovar e impulsar la industria.

Hoy en día, Fisher Dynamics suministra a la industria automotriz soluciones de asientos, estructuras y mecanismos críticos para la seguridad. Diseña y fabrica reclinadores, pestillos y mecanismos especiales para vehículos de pasajeros que hacen la conducción más segura, cómoda y agradable.

El banco de pruebas de Fisher Dynamics es esencial para los procesos de ensayo y control de calidad. Había sido construido a medida y, como resultado, su actualización era difícil e incluso imposible en algunos aspectos.

El software propietario requería un experto para realizar modificaciones y el hardware no era fácilmente mantenible por el usuario. Los asientos de automóviles se volvían más avanzados cada año, pero el antiguo banco de pruebas no había seguido ese ritmo. Esto impedía a Fisher probar sus asientos de manera eficiente.

Por ello, Fisher comenzó a buscar un sistema DAQ y de control de reemplazo. La empresa ya tenía experiencia con los sistemas DAQ de Dewesoft en aplicaciones generales de pruebas automotrices y reconocía su portabilidad, robustez y facilidad de uso del software. Eligió la serie IOLITE de Dewesoft para el banco de pruebas actualizado, ya que combina adquisición de datos con capacidad de control en tiempo real.

Requisitos del sistema

Antes de seleccionar el hardware específico de adquisición y control, Fisher Dynamics y Dewesoft definieron una serie de objetivos y resultados deseados para el proyecto:

• Hacer el banco de pruebas más fácil de usar

• Automatizar en la medida de lo posible el procedimiento de prueba

• Utilizar componentes estándar en el desarrollo del sistema de control

• Permitir flexibilidad y crecimiento del banco de pruebas y sus capacidades

• Integrarse en el ecosistema de productos Dewesoft de Fisher Dynamics

La facilidad de uso era la prioridad principal, ya que el sistema existente resultaba confuso para usuarios sin experiencia. El sistema antiguo imponía una gran carga de configuración al operador. Cada prueba debía configurarse manualmente, lo que era ineficiente y generaba inconsistencias que dificultaban el análisis de datos entre diferentes conjuntos de mediciones.

Dewesoft recomendó la serie IOLITE a Fisher Dynamics porque ofrece una solución altamente flexible y rentable tanto para adquisición de datos como para control en tiempo real. La serie IOLITE incluye una gama de módulos intercambiables, llamados “slices”, con diferentes entradas y salidas, y utiliza el potente software DewesoftX.

Fisher eligió el hardware modular IOLITE porque podía montarse en carril DIN dentro del carro de control móvil de la empresa. Los ingenieros seleccionaron estos cinco módulos específicos para el nuevo banco de pruebas:

• IOLITE 6xSTG: módulo de 6 canales para galgas extensométricas, puentes y voltaje. También compatible con sensores TEDS para identificación y configuración automática. Registra datos de potenciómetros de cable y transductores de fuerza.

• IOLITE 8xLV: módulo de 8 canales de bajo voltaje que admite señales de ±100 V (AC y DC). Registra la salida de las fuentes de alimentación.

• IOLITE 4xCNT: módulo de 4 canales de contador digital. Permite leer encoders, PWM, ciclo de trabajo, tacómetros, sensores RPM y dispositivos de medición basados en frecuencia y ángulo. Facilita la expansión del banco de pruebas.

• IOLITE 16xAO: módulo de salida de 16 canales ±10 VDC para controlar dispositivos externos, como fuentes de alimentación programables.

• IOLITE 8xDI/4xDO: módulo con 8 entradas digitales y 4 salidas digitales. Las salidas se utilizan para controlar relés y otros dispositivos. En este caso, sirven para verificar si las fuentes de alimentación están activadas y listas para control remoto.

Hardware de prueba

Los motores de los asientos se alimentan mediante una fuente de corriente continua programable que entrega de 0 a 20 VDC. El voltaje y la corriente se regulan mediante una señal analógica de 0 a 10 VDC. Un valor de 0 V corresponde a 0 VDC o 0 ADC, mientras que 10 VDC corresponde a 12 VDC o 50 ADC, según el canal. Las fuentes también aceptan una señal digital de 12 VDC para encender o apagar la salida.

Para invertir la polaridad y cambiar la dirección de los motores, Fisher utiliza tres relés DPDT. Un relé de estado sólido adicional controla estos relés mediante una fuente de 12 VDC. Esta combinación permite controlar la velocidad, la dirección y los ejes de los motores.

En algunas pruebas, un actuador eléctrico Yaskawa mueve el objeto de prueba hacia adelante y hacia atrás o aplica fuerza para evaluar la estabilidad. Este sistema incluye un servo driver con software propio, configurado para aceptar señales de ±10 VDC, donde -10 VDC indica velocidad máxima en reversa, +10 VDC velocidad máxima hacia adelante, y 0 representa parada completa.

Resumen de pruebas

Los ingenieros utilizan el banco de pruebas para realizar diferentes ensayos, cada uno con requisitos de control y hardware específicos.

Procedimiento de prueba de velocidad de operación

En la prueba de velocidad de operación, se evalúa cada eje del asiento para verificar la calidad del bastidor, los motores y los engranajes. El asiento puede moverse hacia adelante y hacia atrás, subir y bajar, y/o inclinarse. Los datos utilizados para evaluar el rendimiento son el consumo de corriente del motor y la velocidad de los movimientos. El número de ciclos y de ejes evaluados puede variar según la prueba.

La salida de monitorización de la fuente de alimentación registra la corriente. La fuente proporciona una señal analógica de 0 a 5 VDC para monitorizar voltaje y corriente. Con el escalado adecuado, es posible obtener lecturas precisas de ambos. Para medir la velocidad, se conecta un sensor de cable retráctil, también llamado “draw wire sensor”, a cada eje. Las mediciones de desplazamiento de este sensor pueden integrarse en el software DewesoftX para calcular la velocidad.

Procedimiento de prueba de fuerza de deslizamiento

En la prueba de fuerza de deslizamiento, se utiliza un actuador eléctrico para mover el asiento hacia adelante y hacia atrás y medir la fuerza necesaria. El asiento se monta en el banco de pruebas y se conecta a un actuador Yaskawa. Este actuador cuenta con un transductor de fuerza en el punto de conexión para medir la fuerza requerida. El transductor proporciona una salida analógica diferencial, que se escala fácilmente en el software DewesoftX introduciendo los factores de la hoja de calibración del sensor. Como en el caso anterior, el número de ciclos varía según la prueba.

El carro de control móvil

Fisher Dynamics construyó un carro de control móvil personalizado para alojar todo el hardware de prueba. El carro fue desarrollado internamente, desde el diseño inicial hasta la integración del hardware, el cableado y los accesorios externos. Los conectores estándar de la industria de IOLITE y el montaje en carril DIN facilitaron la integración.

Software de pruebas

Con el software DewesoftX, es posible desarrollar su propio sistema de control sin necesidad de programación. Además, el sistema puede adaptarse fácilmente a medida que cambian los requisitos. DewesoftX proporciona todas las funciones necesarias para la configuración y el control del hardware. Gracias a su amplia gama de funciones matemáticas, controlador PID y plugins, puede adaptarse a prácticamente cualquier aplicación.

La aplicación del banco de pruebas de Fisher Dynamics aprovechó el Sequencer de DewesoftX. Esta potente herramienta permitió crear lógica basada en bloques para automatizar pruebas y otras operaciones. La interfaz gráfica de usuario se diseñó utilizando la amplia biblioteca de controles visuales y “widgets” incluidos en el software.

Para cada caso de prueba se crearon distintos archivos de configuración: control manual, velocidad de operación y fuerza de deslizamiento. El control manual permite mover físicamente el objeto de prueba, mientras que los otros dos corresponden a los procedimientos de ensayo.

La pantalla de configuración de canales permitió definir entradas y salidas con sus nombres, rangos, factores de escala, excitación de sensores y unidades de ingeniería. Por ejemplo, el sensor de cable requiere una excitación de 15 VDC, genera una salida de 0 a 24 VDC y tiene una extensión de hasta 20 pulgadas (50,8 cm). Este procedimiento se repite para todos los sensores y entradas, cada uno con sus parámetros específicos. Todas estas calibraciones pueden guardarse en una base de datos de sensores para facilitar su uso en el futuro y la creación de nuevas configuraciones.

Los canales matemáticos permiten implementar la lógica dentro de las configuraciones mediante el uso de sentencias IF simples para garantizar la seguridad y el correcto funcionamiento del sistema. Entre los parámetros supervisados en estas condiciones se incluyen la activación y desactivación del sistema, la activación de relés según la dirección del movimiento requerida y el escalado de salidas al rango necesario para el hardware receptor. Los canales matemáticos también pueden proporcionar estadísticas básicas, como valores mínimos, máximos, promedios y RMS, además de realizar cálculos avanzados como la integración para obtener la velocidad en tiempo real.

Podíamos seleccionar fácilmente los canales matemáticos según el tipo de prueba realizada. Una ventaja importante es que estos canales pueden añadirse incluso después de que los datos hayan sido registrados. Esto permite aplicar análisis que no se habían previsto inicialmente, sin necesidad de utilizar herramientas externas.

Las pruebas se ejecutan mediante el Sequencer integrado en DewesoftX. Ofrece una forma fácil de usar para automatizar procedimientos sin necesidad de programación. Los bloques de función, como IF, WAIT FOR y DELAY, permiten crear una secuencia de eventos.

El software también incluye bloques de acción que pueden iniciar o detener la adquisición, seleccionar una visualización y más. Los bloques de cálculo permiten modificar parámetros dentro de una configuración, establecer valores e incluso enviar salidas a través del hardware. Si una secuencia se vuelve compleja, también es posible crear bloques personalizados que la agrupen en un único subbloque.

El Sequencer permite automatizar casi todos los aspectos de la prueba. Una vez que el operador ha montado el objeto de ensayo en el banco, solo necesita presionar botones de confirmación en ciertos puntos para reconocer distintos mensajes. Por seguridad, el software incluye alarmas integradas que pueden detectar desde tiempos de espera hasta condiciones de sobrecorriente y detener el sistema.

Al combinar todas estas funciones en DewesoftX, es posible automatizar completamente casi cualquier proceso de prueba, desde la calibración inicial hasta la ejecución, el análisis posterior y la exportación de datos. Los datos pueden exportarse a diversos formatos, como Excel, FlexPro, MATLAB y muchos más. En Excel, incluso es posible exportar datos a plantillas personalizadas para facilitar el uso de fórmulas o permitir su procesamiento mediante macros para generar informes a gran escala.

Interfaz de usuario

Con los widgets disponibles en DewesoftX, puedes crear una interfaz gráfica profesional. Los widgets incluyen medidores analógicos y digitales, registradores y osciloscopios que muestran gráficos en función del tiempo, gráficos X-Y, visualizaciones FFT y controles interactivos como botones, campos de entrada e interruptores.

Puedes arrastrar y soltar widgets en la pantalla, asignarles los canales deseados y colocarlos en cualquier parte de la interfaz. Cualquiera puede crear una GUI atractiva y funcional en cuestión de minutos.

Informes

DewesoftX permite generar informes para impresión en papel o en formato PDF. Puedes personalizarlos según tus necesidades. Los informes pueden incluir todos o parte de los datos de prueba, como datos en función del tiempo, X-Y, FFT, estadísticas y metadatos. También es posible definir y generar páginas de portada con información básica de la prueba y metadatos.

Conclusión

Al combinar el hardware y software de Dewesoft, se proporcionó una solución robusta, adaptable y fácil de usar para el banco de pruebas de Fisher Dynamics. Esta solución permite a la empresa abordar sus necesidades de ensayo de forma más consistente y ampliarse fácilmente a medida que crecen los requisitos.

Fisher puede añadir nuevas pruebas al sistema con facilidad, y los ingenieros pueden modificar configuraciones y secuencias existentes según sus necesidades. Además, la interfaz de usuario es mucho más intuitiva que la del sistema anterior, con pantallas claras y controles fáciles de gestionar.

La empresa también puede actualizar el sistema sin necesidad de integradores o programadores externos. DewesoftX no tiene costes recurrentes y las actualizaciones están incluidas de por vida.

El Sequencer integrado en DewesoftX ha mejorado la experiencia del operador, reducido el tiempo de configuración, disminuido los costes y aportado consistencia entre pruebas.

Puntos finales

Fisher Dynamics decidió contratar a Dewesoft para llevar a cabo la integración principalmente para ahorrar tiempo. Sin embargo, los ingenieros podrían haber realizado el proyecto por sí mismos gracias a la naturaleza gráfica del software y a su completa documentación.

Como usuario final, puedes gestionar todo el proceso, desde la selección del hardware hasta el desarrollo del software. No es necesario contratar un integrador para un proyecto de banco de pruebas con Dewesoft, a menos que así lo prefieras. Dewesoft ofrece soporte durante todo el proceso, con formación, documentación clara y un equipo de ingenieros especializados.

La amplia gama de hardware DAQ y de control de Dewesoft permite la integración con numerosos dispositivos de terceros. Las plataformas están disponibles en distintos formatos, desde equipos de laboratorio, portátiles o montables en rack, hasta módulos robustos con protección IP67 para condiciones extremas.

El software DewesoftX es compatible con protocolos industriales como Modbus, OPC UA, MQTT y CAN, lo que permite la comunicación con una gran variedad de dispositivos. Para más información, visita el sitio web de Dewesoft, donde encontrarás detalles de productos, formación online gratuita y foros especializados. El equipo de expertos de Dewesoft te ayudará a encontrar la mejor solución para tu proyecto.