Bilbarnstolstestbänk datainsamling och styrning

Fisher Dynamics fokuserar på att utveckla bilsäten och är en ledare inom kvalitet och säkerhet. Dess prototypteam förlitar sig på testbänkar för att bevisa nya konstruktioner. Företagets produkters integritet och dess kunders tillfredsställelse beror på rigorös testning. Fisher behövde ett ersättnings-DAQ- och styrsystem för att uppgradera sin testbänk. Genom att kombinera DAQ med realtidsstyrningskapacitet valde företaget Dewesofts IOLITE-serie.

Med huvudkontor i Saint Clair Shores, Michigan, har Fisher Dynamics en rik historia. År 1908 grundades Fisher Body i Detroit för att utveckla “hästlösa vagnar”, som bilar kallades på den tiden. Det dröjde inte länge innan företaget blev en kraft inom bilindustrin. Dess fokus och namn förändrades med tiden, men det slutade aldrig att innovera och driva branschen framåt.

Idag förser Fisher Dynamics fordonsindustrin med sittlösningar, säkerhetskritiska sätesstrukturer och mekanismer. Företaget designar och tillverkar ryggstödsmekanismer, lås och specialmekanismer för personbilar som hjälper till att göra körupplevelsen säkrare, mer bekväm och mer njutbar.

Fisher Dynamics testbänk är avgörande för testnings- och kvalitetskontrollprocesserna. Den hade varit specialbyggd, och som ett resultat var det svårt och i vissa avseenden till och med inte möjligt att uppgradera den.

Den proprietära mjukvaran krävde en expert för att modifieras, och hårdvaran var inte användarservicerbar. Bilsäten blev mer avancerade för varje år, men den gamla testbänken hade inte hängt med. Den hindrade Fisher från att testa sina säten effektivt.

Så Fisher började leta efter ett ersättnings-DAQ- och styrsystem. Fisher hade erfarenhet av att använda Dewesofts DAQ-system för allmänna fordonsapplikationer och kände igen deras portabilitet, robusthet och lättanvända mjukvara. Företaget valde Dewesofts IOLITE-serie för den uppgraderade testbänken eftersom den kombinerade DAQ med realtidsstyrningskapacitet.

Systemkrav

Innan specifik DAQ- och styrhårdvara valdes utvecklade Fisher Dynamics och Dewesoft en serie mål och önskade resultat för projektet:

• Göra testbänken mer användarvänlig

• Automatisera så mycket av testproceduren som möjligt

• Använda standardkomponenter vid utvecklingen av styrningen

• Möjliggöra flexibilitet och vidareutveckling av testbänken och dess kapacitet

• Passa in i Fisher Dynamics Dewesoft-produktekosystem

Användarvänlighet var högst upp på listan eftersom det befintliga systemet ofta var förvirrande för oerfarna användare. Det gamla systemet lade en stor inställnings- och konfigurationsbörda på operatören. Varje test behövde ställas in manuellt, vilket var ineffektivt och ledde till inkonsekvenser i testningen som gjorde det svårt att analysera data över flera datamängder.

Dewesoft rekommenderade IOLITE-serien till Fisher Dynamics eftersom den erbjuder en mycket flexibel och kostnadseffektiv lösning för både DAQ och realtidsstyrning. IOLITE-serien omfattar en rad utbytbara moduler, kallade slices, med olika in- och utgångar och inkluderar den kraftfulla mjukvaran DewesoftX.

Fisher valde IOLITE Modular-hårdvara eftersom den kunde monteras på DIN-skena i företagets mobila styrvagn. Ingenjörerna valde dessa fem specifika IOLITE Modular “slices” för den nya testbänken:

• IOLITE 6xSTG: 6-kanals töjningsgivare/brygga/spänningsmodul. Även kompatibel med TEDS-sensorer för automatisk sensoridentifiering och konfiguration. Denna modul registrerar från strängpotentiometrar och kraftgivare.

  IOLITE 8xLV: 8-kanals lågspänningsmodul, accepterar ±100 V (AC och DC) signaler. Denna modul registrerar utgången från strömförsörjningarna.

  IOLITE 4xCNT: 4-kanals digital räknarmodul. Läser från pulsgivare, PWM- och duty cycle-enheter, takometrar, varvtalssensorer och frekvens- och vinkelbaserade mätenheter. Denna modul gör det möjligt att enkelt utöka testbänken vid behov.

  IOLITE 16xAO: 16-kanals ±10 VDC utgångsmodul för att styra externa enheter, såsom programmerbara strömförsörjningar

  IOLITE 8xDI/4xDO: 8-kanals digital ingång / 4-kanals digital utgångsmodul. Utgångarna används för att styra reläer och andra enheter som kräver höga eller låga signaler. I detta fall används de för att kontrollera om strömförsörjningarna är påslagna och kan ta emot fjärrstyrningssignaler.

Testhårdvara

Sätesmotorerna drivs av en programmerbar likströmsförsörjning (DC) som ger 0 till 20 VDC. Strömförsörjningens spännings- och strömutgång regleras via en analog styrsignal på 0 till 10 VDC, där 0 volt motsvarar antingen 0 VDC eller 0 ADC, och 10 VDC motsvarar 12 VDC eller 50 ADC, beroende på vilken kanal som används. Strömförsörjningarna accepterar även en digital signal på 12 VDC som slår på och av utgången.

För att vända polariteten och därmed ändra motorernas riktning använder Fisher en serie med tre dubbelpoliga växlande reläer (DPDT). Ett extra solid-state-relä styr tillståndet för dessa reläer genom att kontrollera strömmen från en 12 VDC-källa. Kombinationen av dessa tre strömförsörjningar, tre reläer och ett relä som styr DPDT-reläerna gör det möjligt för testbänken att kontrollera motorernas hastighet och riktning samt vilken eller vilka axlar som drivs.

I vissa tester flyttar en elektrisk Yaskawa-aktuator testobjektet fram och tillbaka eller applicerar kraft på det för att testa stabilitet. Yaskawa-systemet inkluderar en servodrivare med egen proprietär mjukvara. Denna mjukvara gör det möjligt att ställa in systemparametrar, inklusive hur aktuatorn styrs. I denna applikation är systemet inställt på att acceptera en ±10 VDC-signal, där -10 VDC motsvarar full hastighet bakåt och +10 VDC motsvarar full hastighet framåt, med 0 som fullständigt stopp.

Testöversikt

Ingenjörerna använder testbänken för att genomföra flera tester, som alla har olika styrkrav och kräver olika hårdvara:

Testprocedur för driftshastighet

I testet för driftshastighet testas varje sätesaxel för att verifiera kvaliteten på ramen, motorerna och kugghjulen. Ett säte kan cyklas fram och tillbaka, upp och ner och/eller lutas upp och ner. De data som används för att kvantifiera prestandan är motorström och rörelsernas hastighet. Antalet cykler som ska genomföras samt antalet testade axlar kan variera mellan tester.

Övervakningsutgången på strömförsörjningen registrerar strömmen. Strömförsörjningen ger en analog signal från 0 till 5 VDC för att övervaka spänning och ström. Med korrekt skalning är det möjligt att få en exakt avläsning av båda. För att registrera hastigheten ansluts en strängpotentiometer, även kallad en “draw wire sensor”, till varje axel som ska mätas. Förskjutningsvärdena från denna sensor kan sedan integreras med hjälp av DewesoftX-programvarans matematikmotor för att mäta hastighet.

Testprocedur för glidkraft

I glidkraftstestet används en elektrisk aktuator för att flytta ett säte fram och tillbaka och mäta den kraft som krävs. Ett säte monteras på testbänken och kopplas till en Yaskawa-aktuator. Aktuatorn har en kraftgivare monterad vid anslutningspunkten för att mäta kraftnivån som krävs för att flytta sätet fram och tillbaka. Denna kraftgivare ger en differential analog utgång, som skalas i DewesoftX-programvaran genom att helt enkelt ange faktorerna från kalibreringsbladet som medföljer sensorn. Som tidigare varierar antalet cykler mellan tester.

Den mobila styrvagnen

Fisher Dynamics byggde en specialanpassad mobil styrvagn för att rymma all testhårdvara. Vagnen utvecklades internt, från den initiala designen till hårdvaruinstallation, kabeldragning och eventuella externa tillbehör. IOLITEs branschstandardkontakter och smidiga DIN-skenemontering gjorde integrationen enkel.

Testmjukvara

Med hjälp av DewesoftX-programvaran kan du utveckla din egen styrning utan att behöva programmera. Dessutom kan systemet enkelt anpassas när kraven förändras. DewesoftX-programvaran tillhandahåller alla aspekter av inställning och styrning av hårdvaran. Med sitt breda utbud av matematiska funktioner, en PID-regulator och plugins kan DewesoftX anpassas till i princip varje applikation.

Fisher Dynamics testbänksapplikation utnyttjade DewesoftX Sequencer. Detta kraftfulla verktyg gjorde det möjligt att skapa blockbaserad logik för att automatisera tester och andra operationer. Det grafiska användargränssnittet (GUI) skapades med hjälp av det stora biblioteket av visuella kontroller och “widgets” som ingår i programvaran.

För varje testfall skapades en serie inställningsfiler: manuell styrning, driftshastighet och glidkraft. Manuell styrning gör det möjligt att flytta testobjektet fysiskt, medan de andra två är avsedda för respektive testprocedurer.

Skärmen för kanalinställningar, se Figur 5, möjliggjorde konfiguration av in- och utgångar med deras namn, mätområde, skalningsfaktor(er), sensorexcitation och ingenjörsenheter. Till exempel kräver strängpotentiometern en excitation på 15 VDC, ger en utgång på 0 till 24 VDC och kan sträckas till 20 tum (50,8 cm). Denna procedur upprepas för alla sensorer och ingångar, var och en med sina unika parametrar. Alla dessa kalibreringar kan sparas i en sensordatabas för enkel framtida åtkomst och för att skapa nya inställningar.

Matematikkanaler säkerställer logik inom inställningarna genom att möjliggöra skrivning av enkla IF-satser för att ge kontroller för systemsäkerhet och drift. Parametrar som övervakas i IF-satserna inkluderar aktivering och avaktivering av systemet, aktivering av reläer beroende på önskad rörelseriktning samt skalning av utgångar till det område som krävs av den mottagande hårdvaran. Matematikkanaler kan också tillhandahålla grundläggande statistik, t.ex. min, max, medelvärde, RMS och mer, samt utföra avancerade beräkningar som integration för att härleda realtidshastighet.

Vi kunde enkelt välja de matematikkanaler vi ville använda beroende på vilket test som genomfördes. Särskilt användbart är att man kan lägga till matematikkanaler i ett test efter att data har registrerats. Detta innebär att analyser som inte ens övervägdes innan testerna kördes senare kan läggas till och tillämpas utan ett externt analysverktyg.

Tester styrs av Sequencer som är inbyggd i DewesoftX. Den ger ett användarvänligt sätt att automatisera procedurer utan behov av programmering. Funktionsblock, inklusive IF, WAIT FOR och DELAY, gör det möjligt att skapa en sekvens av händelser.

Programvaran har också Action Blocks som kan starta eller stoppa datainsamlingen, välja en visning och mer. Calculation Blocks kan ändra parametrar inom en inställning, sätta värden och till och med skicka utgångar via hårdvaran. Om en sekvens blir stor är det till och med möjligt att skapa Custom Blocks som kombinerar den till ett enda underblock.

Sequencer gör det möjligt att automatisera nästan alla aspekter av testet. När operatören har monterat testobjektet i testfixturen behöver man bara trycka på bekräftelseknappar vid vissa tillfällen för att bekräfta olika meddelanden. För säkerhet har programvaran inbyggda larm som kan upptäcka allt från timeout till överströmstillstånd och stoppa systemet.

Genom att kombinera alla dessa funktioner i DewesoftX är det möjligt att fullt ut automatisera nästan varje testprocess, från initial kalibrering, genomförande, efteranalys och dataexport. Data kan exporteras till en rad format, inklusive Excel, Flexpro, MATLAB och många fler. I Excel är det till och med möjligt att exportera data till anpassade mallar för att underlätta användning av formler eller för att läsas av ett makro som genererar omfattande rapporter.

Användargränssnitt

Med hjälp av widgets som finns i DewesoftX kan du skapa ett professionellt GUI. Widgets inkluderar analoga och digitala mätare, registrerare och oscilloskop som visar tidsförloppsgrafer, X-Y-grafer, FFT-visningar och interaktiva kontroller såsom knappar, inmatningsfält och brytare.

Du kan dra och släppa widgets på displayen, tilldela önskade kanaler till dem och sedan placera dem var som helst på displayen. Vem som helst kan skapa ett snyggt och funktionellt GUI på några minuter.

Rapporter

DewesoftX gör det möjligt att generera rapporter för utskrift på papper eller som en PDF-fil. Du kan anpassa dem efter önskat format. Dina rapporter kan innehålla valda eller alla testdata, inklusive tidsförloppsdata, X-Y, FFT, statistik och testmetadata. Omslagssidor som innehåller testgrunddata och metadata kan också definieras och genereras.

Slutsats

Genom att kombinera Dewesofts hårdvara och mjukvara levererade vi en robust, anpassningsbar och användarvänlig lösning för Fisher Dynamics testbänk. Denna lösning gör det möjligt för företaget att möta sina testbehov mer konsekvent och är lätt att utöka när behoven växer.

Fisher kan enkelt lägga till fler tester i systemet, och ingenjörerna kan modifiera befintliga inställningar och sekvenser efter sina behov. Dessutom är användargränssnittet mycket mer användarvänligt än det gamla systemet, med lättlästa visningar och hanterbara knappar och kontroller på skärmen.

Företaget kan till och med uppgradera det nya systemet utan att involvera externa integratörer och programmerare. Det finns inga återkommande avgifter för DewesoftX, och uppdateringar ingår för livet.

DewesoftX:s inbyggda Sequencer har skapat en mycket bättre operatörsupplevelse, minskat inställningstiden, sänkt kostnaderna och gett konsekvens från test till test.

Avslutande punkter

Fisher Dynamics valde att anlita Dewesoft för att genomföra detta integrationsprojekt enbart för att spara tid. Ingenjörerna hade dock kunnat göra det själva tack vare mjukvarans grafiska natur och omfattande dokumentation.

Du som slutanvändare kan genomföra hela processen, från val av hårdvara till mjukvaruutveckling. Om du inte själv föredrar det behöver du inte anlita en integratör för ett Dewesoft-testbänksprojekt. Dewesoft finns tillgängligt för att stödja dig längs vägen, med utbildning, lättläst dokumentation och ett team av engagerade ingenjörer som hjälper dig att förverkliga ditt projekt.

Dewesofts breda utbud av DAQ- och styrhårdvara möjliggör gränssnitt mot en hel värld av tredjepartsenheter. Hårdvaruplattformarna finns i flera format, från allmänna bordsinstrument, portabla och rackmonterade enheter till IP67-klassade robusta moduler för användning i regn, slask, snö och temperaturer från -40 till ±85 °C (-40 till +185 °F).

DewesoftX-programvaran stöder industriella kommunikationsprotokoll som Modbus, OPC UA, MQTT och CAN, vilket möjliggör kommunikation med en mängd industriella enheter. För mer information, besök Dewesofts webbplats för produktinformation, tillgång till gratis onlineutbildning och vårt omfattande bibliotek av diskussionsforum med mera. Dewesofts team av DAQ- och styrspecialister samt applikationsingenjörer hjälper dig att hitta den bästa möjliga lösningen för ditt projekt.