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Aquisição e Controle de Dados do Banco de Ensaio de Assento Automotivo
Fisher Dynamics concentra-se no desenvolvimento de assentos automotivos e é líder em qualidade e segurança. Sua equipe de protótipos depende de bancadas de teste para comprovar novos projetos. A integridade dos produtos da empresa e a satisfação de seus clientes dependem de testes rigorosos. A Fisher precisava de um sistema substituto de aquisição de dados (DAQ) e de controle para atualizar sua bancada de testes. Ao combinar DAQ com capacidade de controle em tempo real, a empresa escolheu a série IOLITE da Dewesoft.
Com sede em Saint Clair Shores, Michigan, a Fisher Dynamics tem uma longa e rica história. Em 1908, a Fisher Body foi fundada em Detroit para desenvolver “carruagens sem cavalos”, como os automóveis eram chamados na época. Não demorou muito para que a empresa se tornasse uma potência na indústria de fabricação automóvel. O seu foco e nome mudaram ao longo do tempo, mas nunca deixou de inovar e impulsionar o setor.
Atualmente, a Fisher Dynamics fornece à indústria automóvel soluções de assentos, incluindo estruturas e mecanismos críticos para a segurança. A empresa projeta e fabrica reclinadores, fechos e mecanismos especializados para veículos de passageiros, contribuindo para uma experiência de condução mais segura, confortável e agradável.
O banco de ensaio da Fisher Dynamics é essencial para os processos de teste e controlo de qualidade. Sendo desenvolvido à medida, a sua atualização era difícil e, em alguns aspetos, até impossível.
O software proprietário exigia um especialista para qualquer modificação, e o hardware não permitia manutenção pelo utilizador. Enquanto os bancos automóveis evoluíam rapidamente, o banco de ensaio antigo não acompanhava esse progresso, o que dificultava testes eficientes.
Por isso, a Fisher procurou um novo sistema de aquisição de dados e controlo. Já familiarizada com os sistemas DAQ da Dewesoft para aplicações automóveis, reconheceu a sua portabilidade, robustez e facilidade de utilização. A empresa escolheu a série IOLITE da Dewesoft para atualizar o banco de ensaio, pois combina aquisição de dados com controlo em tempo real.
Requisitos do sistema
Antes de selecionar o hardware específico, a Fisher Dynamics e a Dewesoft definiram vários objetivos para o projeto:
Tornar o banco de ensaio mais fácil de usar
Automatizar ao máximo os procedimentos de teste
Utilizar componentes standard no desenvolvimento do sistema de controlo
Garantir flexibilidade e possibilidade de expansão
Integrar o sistema no ecossistema Dewesoft já existente
A facilidade de utilização foi a principal prioridade, já que o sistema anterior era frequentemente confuso para utilizadores menos experientes. Exigia uma configuração extensa por parte do operador, com cada teste a ser preparado manualmente, o que reduzia a eficiência e gerava inconsistências nos dados, dificultando a análise entre diferentes conjuntos de medições.
A Fisher escolheu o hardware modular IOLITE porque pode ser montado em calha DIN dentro do carrinho de controlo móvel da empresa. Os engenheiros selecionaram cinco módulos específicos para o novo banco de ensaio:
IOLITE 6xSTG: módulo de 6 canais para extensometria, pontes e tensão, compatível com sensores TEDS para identificação e configuração automática. Utilizado para potenciómetros de cabo e transdutores de força.
IOLITE 8xLV: módulo de 8 canais de baixa tensão, aceita sinais de ±100 V (AC e DC). Utilizado para registar a saída das fontes de alimentação.
IOLITE 4xCNT: módulo de contadores digitais de 4 canais, para encoders, PWM, tacómetros, sensores de RPM e medições baseadas em frequência e ângulo, permitindo fácil expansão do sistema.
IOLITE 16xAO: módulo de saída analógica de 16 canais (±10 VDC) para controlo de dispositivos externos, como fontes programáveis.
IOLITE 8xDI/4xDO: módulo com 8 entradas digitais e 4 saídas digitais, utilizado para controlar relés e verificar o estado das fontes de alimentação.
Hardware de teste
Os motores dos bancos são alimentados por uma fonte de corrente contínua programável que fornece entre 0 e 20 VDC. A tensão e corrente são controladas por um sinal analógico de 0 a 10 VDC, onde 0 V corresponde a 0 VDC ou 0 ADC e 10 V corresponde a 12 VDC ou 50 ADC, dependendo do canal. As fontes também aceitam um sinal digital de 12 VDC para ligar ou desligar a saída.
Para inverter a polaridade e alterar a direção dos motores, são utilizados três relés DPDT. Um relé de estado sólido adicional controla estes relés através de uma fonte de 12 VDC. Esta combinação permite controlar a velocidade, a direção e os eixos dos motores.
Em alguns testes, um atuador elétrico Yaskawa move o objeto de teste ou aplica força para avaliar a estabilidade. O sistema inclui um servo driver com software próprio, configurado para aceitar um sinal de ±10 VDC, onde -10 VDC representa velocidade máxima inversa, +10 VDC velocidade máxima direta e 0 corresponde à paragem total.
Visão geral dos testes
Os engenheiros utilizam o banco de ensaio para realizar vários testes, cada um com diferentes requisitos de controlo e hardware.
Procedimento de teste de velocidade de operação
No teste de velocidade de operação, cada eixo do banco é avaliado para verificar a qualidade da estrutura, dos motores e das engrenagens. O banco pode mover-se para a frente e para trás, para cima e para baixo, ou inclinar-se. Os dados utilizados para avaliar o desempenho incluem o consumo de corrente do motor e a velocidade dos movimentos. O número de ciclos e de eixos testados pode variar.
A saída de monitorização da fonte de alimentação regista a corrente. A fonte fornece um sinal analógico de 0 a 5 VDC para monitorizar tensão e corrente, permitindo leituras precisas com a devida calibração. Para medir a velocidade, utiliza-se um sensor de fio retrátil ligado a cada eixo. Os dados de deslocamento são depois integrados no software DewesoftX para calcular a velocidade.
Procedimento de teste de força de deslizamento
No teste de força de deslizamento, um atuador elétrico move o banco para a frente e para trás enquanto mede a força necessária. O banco é montado no banco de ensaio e ligado a um atuador Yaskawa, que inclui um transdutor de força no ponto de ligação. Este sensor fornece uma saída analógica diferencial, que é facilmente escalada no DewesoftX com base nos dados de calibração. Tal como no teste anterior, o número de ciclos varia.
Carrinho de controlo móvel
A Fisher Dynamics desenvolveu um carrinho de controlo móvel personalizado para integrar todo o hardware de teste. O sistema foi concebido internamente, desde o design até à cablagem e acessórios. Os conectores padrão da indústria e a montagem em calha DIN do sistema IOLITE facilitaram a integração.
Software de teste
Com o software DewesoftX, é possível desenvolver um controlador personalizado sem necessidade de programação. Além disso, o sistema pode ser facilmente adaptado à medida que os requisitos mudam. O DewesoftX cobre todos os aspetos de configuração e controlo do hardware. Graças à sua ampla gama de funções matemáticas, controlador PID e plugins, pode ser ajustado a praticamente qualquer aplicação.
A aplicação do banco de ensaio da Fisher Dynamics tirou partido do Sequencer do DewesoftX, uma ferramenta que permite criar lógica baseada em blocos para automatizar testes e operações. A interface gráfica foi construída com a biblioteca de elementos visuais e “widgets” incluída no software.
Para cada tipo de teste, foram criados ficheiros de configuração específicos: controlo manual, velocidade de operação e força de deslizamento. O controlo manual permite movimentar fisicamente o objeto de teste, enquanto os outros dois correspondem aos respetivos procedimentos.
O ecrã de configuração de canais, ilustrado na Figura 5, permite definir entradas e saídas com nomes, intervalos, fatores de escala, excitação de sensores e unidades de engenharia. Por exemplo, um sensor de fio retrátil requer uma excitação de 15 VDC, fornece uma saída de 0 a 24 VDC e pode medir até 20 polegadas (50,8 cm). Este processo é repetido para todos os sensores e entradas, cada um com os seus parâmetros específicos. Todas as calibrações podem ser guardadas numa base de dados de sensores para reutilização futura e criação de novas configurações.
Os canais matemáticos garantem a lógica dentro das configurações, permitindo a criação de instruções simples do tipo IF para verificar a segurança e o funcionamento do sistema. Os parâmetros monitorizados incluem a ativação e desativação do sistema, o acionamento de relés conforme a direção do movimento e o ajuste dos sinais de saída para os intervalos exigidos pelo hardware.
Os canais matemáticos também permitem calcular estatísticas básicas, como mínimo, máximo, média e RMS, bem como realizar cálculos avançados, como integração para obter a velocidade em tempo real.
É possível selecionar facilmente os canais matemáticos conforme o teste realizado. Uma vantagem importante é a possibilidade de adicionar canais matemáticos mesmo após a recolha dos dados, permitindo incluir novas análises sem necessidade de ferramentas externas.
Tests are driven by the Sequencer built into DewesoftX. It provides a user-friendly method of automating procedures without the need for programming. Function blocks, including IF, WAIT FOR, and DELAY, allow you to create a sequence of events.
The software also has Action Blocks that can start or stop the acquisition, select a display, and more. Calculation Blocks can modify parameters within a setup, set values, and even send outputs via the hardware. If a Sequence becomes large, it is even possible to create Custom Blocks that combine it into a single sub-block.
Os testes são executados através do Sequencer integrado no DewesoftX, que oferece uma forma intuitiva de automatizar procedimentos sem necessidade de programação. Blocos funcionais como IF, WAIT FOR e DELAY permitem criar sequências de eventos.
O software inclui também blocos de ação que podem iniciar ou parar a aquisição, selecionar visualizações e muito mais. Os blocos de cálculo permitem alterar parâmetros dentro da configuração, definir valores e enviar sinais de saída através do hardware. Para sequências mais complexas, é possível criar blocos personalizados que agrupam várias funções num único sub-bloco.
O Sequencer permite automatizar praticamente todos os aspetos do teste. Após o operador montar o objeto de teste no dispositivo, basta confirmar algumas etapas através de botões para validar mensagens do sistema. Para garantir a segurança, o software inclui alarmes integrados capazes de detetar condições como tempos limite ou sobrecorrente e interromper o sistema.
Combinando todas estas funcionalidades no DewesoftX, é possível automatizar quase todo o processo de teste, desde a calibração inicial, execução, pós-análise até à exportação de dados. Os dados podem ser exportados em vários formatos, incluindo Excel, FlexPro, MATLAB, entre outros. No Excel, é ainda possível utilizar modelos personalizados para aplicar equações ou automatizar relatórios através de macros.
Interface do utilizador
Com os widgets disponíveis no DewesoftX, é possível criar uma interface gráfica profissional. Estes incluem medidores analógicos e digitais, registadores e osciloscópios que apresentam gráficos no domínio do tempo, gráficos X-Y, FFT, bem como controlos interativos como botões, campos de entrada e interruptores.
Os widgets podem ser arrastados e colocados no ecrã, associados aos canais desejados e posicionados livremente. Assim, qualquer utilizador pode criar rapidamente uma interface funcional e visualmente apelativa.
Relatórios
O DewesoftX permite gerar relatórios para impressão ou em formato PDF, totalmente ajustáveis ao formato pretendido. Os relatórios podem incluir todos ou apenas os dados selecionados, como históricos temporais, gráficos X-Y, FFT, estatísticas e metadados de teste. Também é possível criar páginas de capa com informações gerais e metadados do ensaio.
Conclusão
Ao combinar hardware e software da Dewesoft, foi possível fornecer uma solução robusta, adaptável e fácil de utilizar para o banco de ensaio da Fisher Dynamics. Esta solução permite responder de forma consistente às necessidades de teste e pode ser expandida facilmente à medida que essas necessidades evoluem.
A Fisher pode adicionar novos testes com facilidade, e os engenheiros conseguem ajustar configurações e sequências existentes conforme necessário. Além disso, a interface é muito mais intuitiva do que a do sistema anterior, com visualizações claras e controlos simples.
A empresa pode também atualizar o sistema sem recorrer a integradores externos ou programadores. O software DewesoftX não implica custos recorrentes e inclui atualizações vitalícias.
O Sequencer integrado no DewesoftX melhorou significativamente a experiência do operador, reduziu o tempo de configuração, diminuiu custos e garantiu maior consistência entre testes.
Pontos finais
A Fisher Dynamics optou por recorrer à Dewesoft para acelerar a integração, embora os seus próprios engenheiros pudessem ter realizado o projeto graças à natureza gráfica do software e à documentação abrangente.
Como utilizador, é possível realizar todo o processo, desde a escolha do hardware até ao desenvolvimento do software, sem necessidade de integradores, caso assim o deseje. A Dewesoft disponibiliza apoio ao longo de todo o processo, com formação, documentação clara e uma equipa de engenheiros dedicada.
A vasta gama de hardware DAQ e controlo da Dewesoft permite integração com inúmeros dispositivos de terceiros. As plataformas estão disponíveis em vários formatos, incluindo equipamentos de bancada, portáteis, montagem em rack e módulos robustos IP67 para condições extremas.
O software DewesoftX suporta protocolos industriais como Modbus, OPC UA, MQTT e CAN, permitindo comunicação com diversos dispositivos industriais. Para mais informações, consulte o site da Dewesoft, onde encontrará detalhes de produtos, formação online gratuita e fóruns técnicos, bem como apoio especializado para o seu projeto.