Acquisizione Dati e Controllo in parallelo

L'industria automotive e aerospaziale fanno uso di tecnologie diverse per test a banco prova ed acquisizione dati su veicoli. Tuttavia, grazie alla combinazione di due bus dati (USB ed EtherCAT®) i sistemi Dewesoft offrono una soluzione ideale per entrambi gli scopi. La comunicazione EtherCAT permette un'integrazione ottimale con vari controller realtime dei banchi prova, come ad esempio i controller FlexTest® di MTS.

Schema di un banco prova multi-asse

Il sistema di acquisizione dati Dewesoft R8rt può essere utilizzato contemporaneamente come:

  • Un sistema di acquisizione dati da banco di prova con elevato numero di canali
  • Elaborazione del segnale in tempo reale nel loop di controllo dei banchi prova a fatica (su bus EtherCAT)
  • Registratore di dati imbarcabile ad alte prestazioni di dimensioni compatte per l'acquisizione dei dati.

Il nuovo software del controller digitale FlexTest integra la comunicazione EtherCAT con dispositivi di terze parti, una soluzione particolarmente efficiente basata su Ethernet. Questa tecnologia consente ai sistemi FlexTest di comunicare in via digitale con i sistemi di acquisizione dati Dewesoft.

I sistemi SIRIUS DAQ sono da tempo impiegati nei banchi prova come condizionatore del segnale con alta flessibilità di configurazione. I segnali di input vengono scalati in uscita in un range +/-10V, segnali normalmente utilizzati come input analogico per il controllore.

Grazie alla comunicazione digitale EtherCAT tra l'acquisitore e il controllore, è possibile fare a meno delle uscite analogiche dal sistema di acquisizione e degli ingressi analogici del controllore, semplificando drasticamente l'architettura, riducendo i costi e migliorando significativamente l'esperienza d'uso.


L'uso della tecnologia EtherCAT consente di eliminare le uscite analogiche nel sistema di acquisizione e gli ingressi analogici del controllore real-time

E' uno strumento 2-in-1. Il sistema DAQ R8rt può essere facilmente trasportato e utilizzato come un data logger imbarcabile con alto numero di canali ed alta velocità di acquisizione.

Il sistema di acquisizione dati Dewesoft R8rt può essere utilizzato come un data-logger imbarcabile o come un condizionatore di segnali in banchi prova per fornire il feedback al controller del banco

Ciò riduce anche notevolmente il costo complessivo della strumentazione richiesta e elimina la necessità di chilometri di cavi per segnali analogici semplificando notevolmente la configurazione.

Il sistema di acquisizione dati Dewesoft R8rt - può ospitare fino a otto moduli di condizionamento e acquisizione di segnali analogici SIRIUS, e può essere facilmente trasportato e utilizzato come un data logger imbarcabile

Inoltre, l'installazione dell'hardware è molto più semplice grazie alla riduzione del numero dei cavi. È sufficiente un solo cavo per connettere il controller con il sistema di acquisizione dati R8rt. La configurazione degli amplificatori è inoltre semplice e veloce grazie al pluripremiato software Dewesoft X.

Il sistema R8rt offre l'acquisizione dati ad alta velocità (200 kS/s) e ad alta risoluzione (gamma dinamica 160 dB) per acquisizioni in campo e per il feedback delle misure del carico a banco di prova.

Acquisizione dati ad alta velocità e uscite real-time EtherCAT©

I sistemi di acquisizione R8rt combinano 8 moduli SIRIUS, ciascuno dei quali integra 8 canali di ingresso ad alta velocità. Completa il sistema un PC industriale ad alte performances chiamato SBOX

Ha dimensioni compatte e può integrare fino a 64 canali DualCoreADC© (doppio 24-bit) con range dinamico di 160 dB oppure fino a 128 canali in configurazione singolo-ADC (24 bit).

La tecnologia Dewesoft DualCoreADC® raggiunge range dinamici di misura altissimi, fino a 160 dB

Il sistema DAQ può essere utilizzato come un registratore di dati per l'uso a bordo veicolo o un dispositivo di condizionamento e acquisizione dati a banco di prova. Il software Dewesoft X gira sul computer integrato ad alte prestazioni (SBOX PC) con CPU Intel i7, unità SSD fino a 1 TB e ricevitore GPS integrato da 100 Hz.

Modalità Duale Dewesoft

Qualsiasi sistema di acquisizione SIRIUS equipaggiato con l'interfaccia EtherCAT e USB può essere utilizzato per fornire dati in real-time a controllori di terze parti e dati alla massima velocità di campionamento al software Dewesoft X contemporaneamente. Questa caratteristica rende i sistemi di acquisizione dati SIRIUS strumenti unici che possono essere utilizzati nel loop di controllo e contemporaneamente come strumenti di acquisizione dati, consentendo di risparmiare enormi costi e offrendo la possibilità di effettuare raffinate analisi dei segnali.

Applicazioni tipiche della Modalità Duale Dewesoft:

  • SIRIUS come dispositivo di conversione segnali analogici-EtherCAT® su banco prova con EtherCAT master di terze parti e software di acquisizione dati Dewesoft X
  • SIRIUS come dispositivo di conversione segnali analogici-EtherCAT® in combinazione con PLC e dispositivi di condition monitoring con analisi dinamica ad alta frequenza nel software Dewesoft X

Con le moderne versioni del chipset EtherCAT, i sistemi SIRIUS funzionano come EtherCAT slaves in parallelo al normale funzionamento da front end di acquisizione via USB.

Diagramma temporizzazione della modalità duale SIRIUS (SM sync)

Il protocollo EtherCAT è standard e permette la combinazione di hadware di diversi produttori. Se è necessario controllare il banco prova ed acquisire i dati con il software Dewesoft X in parallelo, i dati dal sistema di acquisizione R8rt devono essere ricevuti da due sistemi master:

  • MTS FlexTest (EtherCAT master)
  • Software Dewesoft X sul computer SBOX

Il bus (USB) è necessario oltre all'EtherCAT per trasferire dati al software ad alta velocità.

I convertitori A/D nei moduli SIRIUS acquisiscono alla velocità di campionamento impostata nel software Dewesoft X. Il firmware SIRIUS copia i campioni dal convertitore ADC a due locazioni:

  • un buffer per il trasferimento USB
  • un secondo buffer per il bus EtherCAT

Il buffer EtherCAT contiene solo un campione per ogni canale ed è costantemente aggiornato con l'ultimo valore acquisito. L'EtherCAT master può leggere questo valore in ogni momento.

L'EtherCAT master definisce il momento esatto in cui il buffer EtherCAT viene bloccato e il dato inviato sul bus. Il tempo tra due letture dipende dal time jitter dell'EtherCAT master e può arrivare a 100µs.

Configurazine del sistema

Lo schema di collegamento del sistema è mostrato in figura 1. Il controllo del banco viene effettuato con segnali analogici connessi direttamente al sistema FlexTest. Il resto dei canali sono acquisiti per analisi sul sistema in prova (analisi RPC) e acquisiti dal sistema di acquisizione dati R8rt e memorizzati sul computer SBOX. Gli stessi dati sono anche disponibili su bus realt-time EtherCAT verso il controller real-time del banco.

Celle di carico e accelerometri sono tipicamente utilizzati per misurare il comportamento dell'oggetto in prova. La configurazione degli amplificatori è fatta nelle schermate di setup del dispositivo, Figura 3. Le informazioni della rete EtherCAT (file ENI) sono richieste da File Editor MTS HWI per aggiungere gli slaves EtherCAT alla configurazione (Figura 4). Il file ENI viene esportato dal software Dewesoft X al software MTS.

Dewesoft X software – configurazione canali

Per questioni di ottimizzazione della banda EtherCAT, i dati provenienti dal sistema R8rt DAQ sono inviati sul bus come non scalati. I fattori di scalatura sono derivati dalla configurazione dei canali in Dewesoft e sono esportati in un file di test e inclusi nel file ENI per essere importati direttamente nel software MTS Station Manager. I dati scalati ricalcano esattamente i valori mostrati nel software Dewesoft X. Se una scalatura personalizzata viene applicata nel software, i fattori di scalatura saranno modificati di conseguenza per dare sempre lo stesso valore in unità ingegneristica quando applicati ai dati grezzi.

MTS HWI File Editor

Analisi file RPC drive di un simulatore carichi strada multi-asse

Abbiamo integrato il sistema di acquisizione dati R8rt con un simulatore stradale MTS per testare la durata dei sistemi di sospensione per auto e camion. Il banco è composto da 4 interfacce, ciascuna con 6 gradi di libertà. 104 canali analogici di ingresso e uscita sono necessari al controller MTS FlexTest per il controllo degli attuatori.

Ulteriori 96 canali erano utilizzati per misurare la risposta del sistema in prova e correlare i carichi del banco con i reali carichi strada. I segnali di questi canali erano acquisiti da due Sistemi di acquisizione dati Dewesoft R8rt - ciascuno con 6 moduli SIRIUS e inviati via EtherCAT al controller FlexTest.

Un'interfaccia del banco equipaggiata con accelerometri

Abbiamo effettuato una valutazione dell'analisi RPC per comparare le performances della soluzione Dewesoft con trasmissione EtherCAT con la soluzione tradizionale del banco prova con canali analogici.

Gli accelerometri triassiali sono stati posizionati su una interfaccia del banco con canali di ingresso distribuiti tra entrambi gli strumenti R8rt.

E' stata riprodotta una time history dal banco e la risposta registrata dal sistema DAQ R8rt. Il software MTS RPC Pro è stato utilizzato per creare un nuovo file per riprodurre il run iniziale. Il risultato non ha mostrato alcuna differenza nelle performances tra le due soluzioni e la convergenza di RPC Pro comparata all'acquisizione classica dei segnali analogici.

Circa 2 chilometri di costosi cavi sono stati eliminati a seguito dell'istallazione del sistema R8rt.

I cavi rimossi a seguito dell'installazione del sistema di acquisizone R8rt sul banco MTS

Conclusioni

Tecnologie standard adottate da diversi produttori permettono sempre di realizzare integrazioni migliori rispetto all'uso di soluzioni proprietarie. La tecnologia EtherCAT permette la connettività con il sistema di controllo MTS mentre la tecnologia USB permette l'uso dello stesso hardware per compiti completamente diversi in contemporanea. La connessione EtherCAT tra il controllore e il sistema di acquisizione può eliminare chilometri di cavo costoso che vengono sostituiti da un unico semplice cavo CAT5. Allo stesso tempo, le performances dell'analisi RPC sono identiche alla soluzione con controllore con ingressi analogici.

Benefici dell'architettura:

RISPARMIO ECONOMICO

  • un sistema all-in-one per misure su veicolo e su banco prova
  • non è più necessario avere ingressi analogici nel controllore grazie all'interfaccia EtherCAT
  • eliminazione di chilometri di cavi analogici

RISPARMIO DI TEMPO

  • facile da configurare - solo un singolo cavo dal sistema di acquisizione al controllore
  • ridotte chances di errore umano

MIGLIORE QUALITA' DEI SEGNALI

  • segnali perfettamente condizionati trasmessi al controllore del banco direttamente su EtherCAT invece che in analogico

ANALISI DEI SEGNALI DI CONTROLLO DEL BANCO

  • i dati trasferiti al controller via EtherCAT possono essere registrati in EtherCAT in parallelo (tecnologia Dual Mode)