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2021年11月4日

耐久性測試控制程式具有高靈活性和高性能

TwinCAT 與 LabVIEW™ 無縫整合,助力STIHL公司實現試驗台自動化

測量技術專家 measX 公司為全球領先的電動工具製造商STIHL公司開發了一款針對不同耐久性測試環境的靈活、通用的自動化解決方案。該解決方案能夠快速實施各種高品質的測試計畫。倍福 TwinCAT 自動化軟體與 LabVIEW™ 之間的高效交互對該解決方案的成功扮演重要的腳色。

measX GmbH & Co. KG總部位於德國 Mönchengladbach,自 1981 年以來,就一直致力於為各產業設計和定制各種測量、測試和評估系統,並廣泛應用於產業中。公司在試驗台技術領域主要聚焦開發自動化試驗台。ANDREAS STIHL AG & Co. KG (STIHL) 委託measX 為其一台大型耐久性測試設施打造高效自動化解決方案,方案採用了倍福的 EtherCAT 和 I/O 總線端子模組系統以及 TwinCAT PLC。耐久性測試自動化解決方案(德語為「Dauerlaufautomatisierung」或 DLA)使用 LabVIEW™ 與 TwinCAT 軟體相結合實施。目前,STIHL整個公司都在使用該系統進行耐久性測試;該系統最初是為公司位於靠近斯圖加特的魏布林根總部最先進的開發中心的試驗台開發的。

在STIHL研發中心,每天都要在數以百計的測試艙中對電鋸、樹籬修剪機、切割機以及割草機器人等原型機和系列產品進行各種負載測試、功能測試和壽命測試,並會針對每個設備類型制定詳細的測試計畫。負責STIHL專案的 measX 工程師 Marco Tiskens 解釋「DLA 應用程式旨在確保對各種不同配置的設備進行可靠、高性能的測試。一個標準化、直觀的操作方案可以簡化每個測試環節的定義、執行和監測。在不同的測試序列之間切換也非常簡單。」

STIHL研發中心的耐久性試驗台在控制櫃中配備了大量 EtherCAT 和總線端子模組,以及 C6015 超緊湊型工業 PC(左下),以實現測量值採集所需的靈活性 。
STIHL研發中心的耐久性試驗台在控制櫃中配備了大量 EtherCAT 和總線端子模組,以及 C6015 超緊湊型工業 PC(左下),以實現測量值採集所需的靈活性 。

覆蓋面廣泛的測試需要高度的靈活性

測試系統由一台裝有 TwinCAT 的 C6015 超緊湊型工業 PC 控制,它使用 EK1100 EtherCAT 耦合器來即時收集眾多 EtherCAT 和總線端子模組採集到的測量資料。這兩個端子模組系統是通用的 I/O 系統,為開發試驗台提供了所需的高靈活性,Marco Tiskens 解釋道:「無需單獨的測量系統,無需額外操作,資料能夠以與控制輸出同步的方式採集。此外,測量通道可以輕鬆用於修改測試順序。可以根據具體需求簡單地整合額外的端子模組或替代的端子模組。I/O 端子模組的穩定性和穩健性對於耐久性測試來說是一個特別的優勢。而且它們提供的成本效益也頗具吸引力。」

由於測試樣本和測試類型的範圍很廣,試驗台必須滿足各種不同要求。例如,一台設備可能需要供應燃料,而下一台設備則可能需要供水,再下一台設備則需要供電。EtherCAT 端子模組 EL3314-0002 具有電器隔離通道,在使用熱電偶進行高精度、無故障的溫度測量時有很大優勢。對於大多數測試運行來說,速度是另一個重要的測量變數,使用 EL5xxx 系列 EtherCAT 端子模組可以在同一個系統中採集速度資料,因此可以與所有其它變數同步。此外,電能測量端子模組提供關於功耗的重要數據,以用於測試樣本中。

需要對所有測試樣本的不同參數進行測量和控制以及調節。其中一個目標是,儘管每種情況下使用的硬體不同,但也應該能夠在不同的試驗台,甚至在不同的地點進行相同的測試。這可以透過單獨定義測量技術和通道以及測試順序的方式實現,並在每次測量過程開始時,根據具體的任務需求,將它們組合起來形成一個測試程式。

無縫整合測量和控制技術

對於每個耐久性測試,都要在STIHL測試資料庫中精確定義待測量的通道和所有所需的測試參數。相關的測量和順序程式透過 LabVIEW™ 框架自動生成,並以適合 DLA 中 TwinCAT 環境的通用形式呈現。然後對程式進行編譯,一旦編譯過程完成後,程式將自動遷移到 PLC 上。無需深入瞭解 TwinCAT 軟體知識即可實施測試順序。在順序功能圖(SFC)程式設計中,每個測試類型的實際順序都要創建一次,然後每次都重複使用新的參數,生成完整的測試順序範本庫。

DLA 應用程式通過 TwinCAT 軟體的多個抽象層從測試資料庫中「翻譯」測試規範,確保 I/O 配置正確並自動定義變數。試驗台專用的變數也會自動分配給 I/O 端子模組。DLA 軟體啟動控制程式,監測測試順序中的執行情況,並記錄所有參數和測量值。Marco Tiskens 在描述這個特殊的軟體方案時說:「我們在 LabVIEW™ 內用 TwinCAT 環境遠端控制 Microsoft Visual Studio®,以便生成 PLC 原始程式碼,然後編譯和執行這些原始程式碼。我們用軟體程式來完成使用者原本必須自己完成的所有事情。」

自動化介面是關鍵

只有透過 TwinCAT Automation Interface 才能在 DLA 內配置和創建測量和控制程式。這種用於自動生成代碼的開放式介面支援 DLA 等複雜的應用程式,使用預定義的範本進行配置。「重複使用經過測試的程式段,並自動編譯不同的程式段,以形成測試專用的順序軟體應用程式,這樣不僅可以節省時間,而且能夠大幅減少錯誤率。這種方法還有助於實現測試過程的標準化,使之更容易進行比較。」Marco Tiskens 說道。

所有試驗台都可以透過相同的圖形化使用者介面進行操作和監測。所需的數值從 TwinCAT 中讀出或透過 ADS 設置,其範圍包括設置一個單獨的變數,例如,為了接通介質供電或啟動測試順序,以及讀出遠遠超過 100 個測量通道。後者通過多個環形緩衝區進行,這些緩衝區在程式啟動時動態生成,並可臨時存儲資料長達 12 秒。

DLA 應用程式的 Viewer 功能説明使用者設置耐久性測試(在本例中為電鋸)。
DLA 應用程式的 Viewer 功能説明使用者設置耐久性測試(在本例中為電鋸)。

DLA 應用程式提供各種視覺化和監測功能。網路中整合的 PC 可以透過 DLA 流覽器監測整個試驗台組,或操控單個系統。透過操作台介面可以概覽所有配置好的試驗台及其運行狀態。在詳細視圖中,顯示部件和顏色代碼提供了關於測量過程中各個試驗台的當前通道和特性值的資訊。此外,可以透過一個圖表顯示自測試開始以來的測量數據,這可以提供早期指示的預期成果。

DLA 將 TwinCAT 在測試過程中提供的數據檔案保存到試驗台的電腦中,並在可配置的時間間隔或檔達到一定大小時將其傳輸給中央文件伺服器。這些數據包自動整合,並立即可用於進一步的離線評估。尚在數據準備階段時,就可以計算出重要的公式和參數,並生成包含基本評價的 PDF 報告。

準備好滿足新的要求

目前,DLA 已在STIHL公司位於德國、奧地利、中國、美國和巴西的測試中心中成功應用於耐久性測試中。無論採用哪種硬體,同樣的軟體都能夠在所有試驗台上運行。Marco Tiskens 繼續說:「高性能的倍福元件以及STIHL和倍福之間的友好合作,成就了這一高效的試驗台自動化解決方案,具有幾乎無限的可擴展性。對我們而言,這個解決方案具有堪稱典範的可靠性、高性能、靈活性和標準化程度。它能夠快速適應未來的測試樣本和測試方法,並加快了從制定測試計畫到評估結果的過程。可以迅速將測量資料和基本評價提供給測試部門。」這一點得到STIHL耐力測試團隊負責人 Alexander Klein 的證實:「measX 的 DLA 軟體工具讓STIHL能夠在我們的全球網路中快速、高效和可靠地進行開發,並保障設備的安全性,以確保讓我們的客戶滿意。」

面向未來:高精度 EtherCAT 測量技術和 LabVIEW™

靈活的試驗台自動化是滿足各種測試需求的關鍵。在這種情況下,值得與像 measX 這樣經驗豐富的系統整合商建立合作關係,他們擁有豐富的專業知識可以讓我們借鑒。我們雙方的密切合作成就了面向未來的高性能試驗台,它們可以迅速適應新的產品和技術。倍福全新的 TwinCAT 3 Interface for LabVIEW™(TF3710)簡化了控制層與 LabVIEW™ 應用程式的連接。該介面具有為高性能讀寫 ADS 符號和配置 I/O 端子模組而開發的 VI。同時,倍福還為實現高性能試驗台應用提供了 ELM 系列超高精度 EtherCAT 測量端子模組。「我們的試驗台生產領域的客戶對多樣化的 I/O 端子模組讚賞有加:從簡單的 12 位元電壓測量端子模組到帶 LEMO 連接器的高精度、經過校準的 24 位元多功能端子模組,可以從我們的產品系列中挑選合適的端子模組,以確保專案可以經濟高效地實施。倍福可為所有關鍵的測量變數提供合適的 EtherCAT 端子模組:從標準訊號到溫度、速度、振動、扭矩和位移。此外,所有測量資料都透過 EtherCAT 完全同步,並提供全面的診斷資訊,這對確保試驗台的可靠運行至關重要。」來自倍福 I/O 產品管理團隊的測量、分析和控制產品銷售專員Christian Lindemann 補充說道。