Acquisizione dati e controllo del banco prova per i seggiolini auto

Con sede a Saint Clair Shores, Michigan, Fisher Dynamics ha una storia di grande rilievo. Nel 1908, Fisher Body fu fondata a Detroit per sviluppare le "carrozze senza cavalli", come venivano chiamate le automobili all'epoca. Non passò molto tempo prima che l'azienda diventasse una potenza nell'industria manifatturiera automobilistica. Nel corso del tempo, il suo focus ed il suo nome sarebbero cambiati, ma non ha mai smesso di innovare e guidare l'industria.

Oggi, Fisher Dynamics fornisce all'industria automobilistica soluzioni per i sedili, comprese strutture e meccanismi fondamentali per la sicurezza. Progetta e produce schienali reclinabili, chiusure e meccanismi specifici  per veicoli passeggeri che contribuiscono a rendere l'esperienza di guida più sicura, confortevole e piacevole.

Il banco prova di Fisher Dynamics è fondamentale per i processi di testing e controllo di qualità. Era stato realizzato su misura e, di conseguenza, l'aggiornamento è stato difficile ed in alcuni casi non è stato possibile completarlo del tutto.

Il software proprietario richiedeva un esperto per apportare modifiche e l'hardware non era riparabile dall'utente. Mentre i sedili per automobili diventavano sempre più avanzati di anno in anno, il vecchio banco prova non era riuscito a tenere il passo. Ciò impediva alla Fisher di testare i propri sedili in modo efficiente.

Così la Fisher ha iniziato a cercare un sistema DAQ e controllo sostitutivo. In Fisher avevano già esperienza nell'utilizzo dei sistemi DAQ Dewesoft per test automobilistici generali e ne apprezzavano la portabilità, la robustezza ed il software facile da utilizzare. Hanno scelto la serie IOLITE di Dewesoft per il banco prova aggiornato perché combinava la capacità di acquisizione dati con il controllo in tempo reale.

Requisiti di sistema

Prima di selezionare l'hardware specifico per l'acquisizione dati (DAQ) e il controllo,Fisher Dynamics e Dewesoft hanno sviluppato una serie di obiettivi e risultati desiderati per il progetto:

• Rendere il banco prova più facile da usare per l'utente

• Automatizzare il più possibile la procedura di test

•  Utilizzare componenti disponibili in commercio nello sviluppo dei controlli

•  Consentire flessibilità e crescita del banco prova e delle sue capacità

•  Integrazione nell'ecosistema di prodotti Dewesoft della Fisher Dynamics

La facilità d'uso era in cima alla lista delle priorità poiché il sistema esistente risultava spesso complicato per gli utenti inesperti. Il vecchio sistema richiedeva un'onere elevato in termini di configurazione ed impostazione da parte dell'operatore. Ogni test doveva essere configurato manualmente, il che era inefficiente e portava ad inconsistenze nei test che rendevano difficile l'analisi dei dati su più set di dati.

Dewesoft ha raccomandato la serie IOLITE alla Fisher Dynamics perché fornisce una soluzione altamente flessibile ed economica sia per l'acquisizione dati che per il controllo in tempo reale. La serie IOLITE include una gamma di moduli intercambiabili - chiamati "slices" - con diverse entrate ed uscite ed include il potente software DewesoftX.

Fisher ha scelto l'hardware modulare IOLITE perché può essere montato su guida DIN all'interno del carrello di controllo mobile dell'azienda. Gli ingegneri hanno scelto specificamente questi cinque moduli IOLITE Modular per il nuovo banco di prova:

• IOLITE 6xSTG: modulo a 6 canali per trasduttori di deformazione/ponte/tensione. Compatibile anche con sensori TEDS per l'identificazione automatica e la configurazione dei sensori. Questo modulo registra dati da potenziometri lineari e trasduttori di forza.

• IOLITE 8xLV: modulo a 8 canali per bassa tensione, accetta segnali ±100 V (AC e DC). Questo modulo registra l'uscita delle alimentazioni.

• IOLITE 4xCNT: modulo a 4 canali per contatori digitali. Legge segnali da encoder, dispositivi PWM ed a ciclo di lavoro, tachimetri, sensori di RPM e dispositivi di misura basati su frequenza ed angolo. Questo modulo permette di espandere facilmente il banco di prova quando necessario.

• IOLITE 16xAO: modulo a 16 canali di uscita ±10 VDC per controllare dispositivi esterni, come alimentatori programmabili.

• IOLITE 8xDI/4xDO: modulo a 8 canali di ingresso digitale / 4 canali di uscita digitale. Le uscite vengono utilizzate per controllare relè ed altri dispositivi che richiedono segnali alti o bassi. In questo caso, vengono utilizzate per verificare se le alimentazioni sono accese e possono accettare segnali di controllo remoto.

Test Hardware

I motori del sedile sono alimentati da un'unità di alimentazione in corrente continua (DC) programmabile che eroga una tensione compresa tra 0 e 20 VDC. La tensione di alimentazione e la corrente di uscita sono regolate mediante un segnale di comando analogico compreso tra 0 e 10 VDC, dove 0 volt corrispondono a 0 VDC o 0 ADC, mentre 10 VDC corrispondono a 12 VDC o 50 ADC, a seconda del canale utilizzato. Le alimentazioni accettano anche un segnale digitale da 12 VDC che consente di accendere e spegnere l'uscita di potenza.

Per invertire la polarità dell'alimentazione e quindi cambiare la direzione dei motori, Fisher utilizza una serie di tre relè a doppio polo/doppio tiro (DPDT). Un ulteriore relè a stato solido governa lo stato di questi relè controllando l'alimentazione da una fonte di alimentazione da 12 VDC. Combinando queste tre alimentazioni, tre relè ed un relè che controlla i relè DPDT, il banco di prova consente di controllare la velocità e la direzione dei motori e l'asse o gli assi alimentati.

In alcuni test, un attuatore elettrico Yaskawa sposta un articolo di prova avanti e indietro o applica una forza all'articolo di prova per testarne la stabilità. Il sistema Yaskawa include un driver di servomotore con il suo software proprietario. Questo software consente di impostare i parametri di sistema, compreso il modo in cui l'attuatore è controllato. In questa applicazione, il sistema è impostato per accettare un segnale da ±10 VDC, dove -10 VDC corrisponde alla massima velocità in retromarcia e +10 VDC corrisponde alla massima velocità in avanti, con 0 che indica un arresto completo.

Panoramica dei test

Gli ingegneri utilizzano il banco prova per condurre diversi test, ognuno dei quali presenta requisiti di controllo ed hardware diversi:

Procedura di test della velocità di funzionamento

Nel test della velocità di funzionamento, ogni asse del sedile viene testato per verificare la qualità del telaio, dei motori e degli ingranaggi. Un sedile può essere azionato in avanti ed indietro, su e giù e/o inclinato su e giù. I dati utilizzati per quantificare le prestazioni sono l'assorbimento di corrente del motore e la velocità dei movimenti. Il numero di cicli da completare, così come il numero di assi testati, può variare tra i diversi test.

L'uscita di monitoraggio sull'alimentazione registra la corrente. L'alimentazione fornisce un segnale analogico da 0 a 5 VDC per monitorare tensione e corrente. Con una corretta scalatura, è possibile ottenere una lettura accurata di entrambi. Per registrare la velocità, viene collegato a ciascun asse da misurare un sensore a filo di trazione, noto anche come "sensore a filo di trazione". Le letture dello spostamento da questo sensore possono quindi essere integrate utilizzando il motore matematico del software DewesoftX per misurare la velocità.

Procedura di test della forza di scorrimento

Nel test della forza di scorrimento, viene utilizzato un attuatore elettrico per spostare un sedile avanti ed indietro e misurare il livello di forza necessario. Un sedile viene montato sul banco di prova e collegato ad un attuatore Yaskawa. L'attuatore ha un trasduttore di forza collegato al punto di connessione per misurare il livello di forza necessario per spostare il sedile avanti ed indietro. Questo trasduttore di forza emette un segnale analogico differenziale, scalato all'interno del software DewesoftX semplicemente inserendo i fattori forniti nella scheda di calibrazione fornita con il sensore. Come in precedenza, il numero di cicli varia tra i diversi test.

Il carrello di controllo mobile

Fisher Dynamics ha costruito un carrello di controllo mobile personalizzato per contenere tutta l'attrezzatura di test. Il carrello è stato sviluppato internamente, partendo dal design iniziale fino all'allestimento dell'hardware, il cablaggio e gli accessori esterni. I connettori standard del settore dell’IOLITE ed il pratico montaggio a guida DIN hanno reso l'integrazione semplice.

Software di test

Utilizzando il software DewesoftX, è possibile sviluppare il proprio controller senza dover scrivere alcun codice. Inoltre, è possibile adattare il sistema ai cambiamenti dei requisiti. Il software DewesoftX fornisce tutti gli aspetti di configurazione e controllo dell'hardware. Con la sua vasta gamma di funzioni matematiche, un controller PID e plugin, DewesoftX può essere adattato praticamente ad ogni tipo di applicazione. 

L'applicazione del banco di prova della Fisher Dynamics ha sfruttato il Sequencer di DewesoftX. Questo potente strumento ci ha permesso di creare logiche basate su blocchi per automatizzare i test ed altre operazioni. L'interfaccia grafica (GUI) è stata composta utilizzando la vasta libreria di controlli visivi e "widget" inclusi nel software.

Per ciascun caso di test, abbiamo creato una serie di file di configurazione: controllo manuale, velocità di funzionamento e forza di scorrimento. I controlli manuali consentono di spostare fisicamente l'oggetto di test, mentre gli altri due sono per le rispettive procedure di test.

La schermata di configurazione dei canali - vedere Figura 5 - consente di configurare gli ingressi e le uscite con i loro nomi, range, fattori di scala, eccitazione del sensore ed unità di ingegneria. Ad esempio, si sa che il sensore a filo di trazione richiede un'eccitazione di 15 VDC, emette un segnale da 0 a 24 VDC ed è estensibile fino a 20 pollici (50,8 cm). Questa procedura viene ripetuta per tutti i sensori e gli ingressi, ognuno con i propri parametri unici. Tutte queste calibrazioni possono essere salvate in un database dei sensori per un facile accesso futuro e per la creazione di nuove configurazioni.

I canali matematici garantiscono la logica all'interno delle configurazioni consentendo di scrivere semplici istruzioni IF per effettuare controlli sulla sicurezza ed il corretto funzionamento del sistema. I parametri monitorati nelle istruzioni IF includono l'abilitazione e la disabilitazione del sistema, l'attivazione del relè in base alla direzione del movimento richiesta e la scala delle uscite nel range richiesto dall'hardware di ricezione. I canali matematici possono inoltre fornire statistiche di base, come minimo, massimo, media, RMS ed altro ancora, nonché eseguire calcoli avanzati come l'integrazione per ottenere la velocità in tempo reale.

Nello specifico, potevamo facilmente selezionare i canali matematici che volevamo utilizzare in base al test condotto. Particolarmente utile è il fatto che è possibile aggiungere canali matematici ad un test dopo che i dati sono stati registrati. Ciò significa che è possibile aggiungere ed applicare successivamente analisi che non erano state considerate nemmeno prima dell'esecuzione dei test, senza bisogno di un tool di analisi esterno.

I test sono guidati dal Sequencer integrato in DewesoftX che fornisce un metodo intuitivo per automatizzare le procedure senza la necessità di programmazione. I blocchi di funzioni, tra cui IF, WAIT FOR e DELAY, consentono di creare una sequenza di eventi.

Il software dispone anche di Action Blocks che possono avviare o interrompere l'acquisizione, selezionare una visualizzazione ed altro ancora. I Calculation Blocks possono modificare i parametri all'interno di una configurazione, impostare valori e persino inviare output tramite l'hardware. Se una sequenza diventa complessa, è anche possibile creare Custom Blocks che la combinano in un singolo sub-blocco.

Il Sequencer consente l'automazione di quasi tutti gli aspetti del test. Quando l'operatore ha montato l'oggetto di test nella struttura di prova, tutto ciò che deve essere fatto è premere i pulsanti di conferma in determinati punti per accettare vari messaggi. Per garantire la sicurezza, il software dispone di allarmi integrati che possono rilevare qualsiasi cosa, dall'esaurimento del tempo a una condizione di sovracorrente, e fermare il sistema.

Combinate tutte queste funzionalità in DewesoftX, è possibile automatizzare completamente praticamente qualsiasi processo di test, dalla calibrazione iniziale, all'esecuzione, alla post-analisi ed all'esportazione dei dati. È possibile esportare i dati in una serie di formati, tra cui Excel, Flexpro, MATLAB e molti altri. All'interno di Excel, è persino possibile esportare i dati in modelli personalizzati per facilitare l'uso di equazioni o per essere letti da una macro per generare report su larga scala.

User Interface

Utilizzando i widget forniti all'interno di DewesoftX, è possibile creare un'interfaccia utente professionale. I widget includono strumenti analogici e digitali, registri ed oscilloscopi che mostrano grafici storici, grafici X-Y, visualizzazioni FFT e controlli interattivi come pulsanti, campi di input ed interruttori.

È possibile trascinare e rilasciare i widget sulla schermata, assegnare loro i canali desiderati e quindi posizionarli ovunque nella schermata. Chiunque può creare un'interfaccia utente bella e funzionale in pochi minuti.

Rapporti

DewesoftX permettono di generare rapporti per la stampa su carta o in un file PDF. Possono essere personalizzati in base al formato desiderato. I rapporti possono contenere dati di test selezionati o tutti, inclusi dati cronologici, grafici X-Y, spettro FFT, statistiche e metadati del test. È inoltre possibile definire e generare pagine di copertina contenenti informazioni di base e metadati del test.

Conclusioni

Combinando l'hardware ed il software Dewesoft, abbiamo fornito una soluzione robusta, adattabile e facile da usare per il banco di prova della Fisher Dynamics. Questa soluzione consente all'azienda di affrontare in modo più coerente le proprie esigenze di testing ed è facilmente espandibile man mano che le esigenze crescono.

Fisher può facilmente aggiungere ulteriori test al sistema, e gli ingegneri possono modificare le configurazioni e le sequenze esistenti per adattarle alle proprie esigenze. Inoltre, l'interfaccia utente è molto più intuitiva rispetto al vecchio sistema, con display facili da leggere, pulsanti e controlli gestibili sullo schermo.

L'azienda può persino effettuare l'aggiornamento del nuovo sistema senza coinvolgere integratori esterni e programmatori. Non ci sono tariffe ricorrenti per DewesoftX e gli aggiornamenti sono inclusi a vita.

Il Sequencer integrato di DewesoftX ha creato un'esperienza operativa molto migliore, riducendo il tempo di configurazione, i costi ed apportando coerenza da un test all'altro.

Punti finali

Fisher Dynamics ha scelto di assumere Dewesoft per eseguire questo progetto di integrazione per velocizzare il processo. Tuttavia, gli ingegneri avrebbero potuto farlo da soli grazie alla natura grafica del software ed alla documentazione esaustiva.

Come utente finale, puoi eseguire ogni processo, dalla selezione dell'hardware allo sviluppo del software. A meno che tu non preferisca farlo, non è necessario assumere un integratore per un progetto di banco di prova Dewesoft. Dewesoft è disponibile per supportarti lungo il percorso, fornendo formazione, documentazione di facile lettura ed un team di ingegneri dedicati che ti aiuteranno a realizzare il tuo progetto.

La vasta gamma di hardware di acquisizione dati e controllo di Dewesoft consente l'interfacciamento con una vasta gamma di dispositivi di terze parti. Le piattaforme hardware sono disponibili in diversi formati, dagli strumenti da banco ad uso generale, portatili e rack-mounting, fino ai moduli resistenti IP67 da utilizzare sotto la pioggia, la grandine, la neve ed a temperature comprese tra -40 e ±85 °C (-40 e +185 °F).

Il software DewesoftX supporta i protocolli di comunicazione industriale Modbus, OPC UA, MQTT e CAN, consentendo la comunicazione con una vasta gamma di dispositivi industriali. Per ulteriori informazioni, visita il sito web di Dewesoft per avere una panoramica sui prodotti, accesso a formazione online gratuita, la nostra vasta libreria di forum di discussione ed altro ancora. Il team di esperti in acquisizione dati e controllo e gli ingegneri applicativi di Dewesoft ti aiuteranno a trovare la soluzione migliore possibile per il tuo progetto.