Testowanie elektroniki w systemie HIL (Hardware-in-the-Loop)

Dla Zakładu Produkcji Urządzeń Automatyki Sp. z o.o. (ZPUA), czołowego polskiego producenta sterowników do siłowników elektrycznych, przygotowaliśmy automatyczne stanowiska końcowej kontroli jakości sterowników elektronicznych X-MATIK do obrotowych siłowników elektrycznych XSM. Siłowniki te są przeznaczone do napędu armatury regulacyjnej i odcinającej, jak: zawory, zasuwy, klapy, przepustnice w układach sterowania pracujących w strategicznych sektorach gospodarki – energetyce, ciepłownictwie, przemyśle chemicznym, przemyśle spożywczym, oczyszczalniach ścieków czy wodociągach.

Budowa systemu do automatycznego testowania sterowników X-MATIK

Komputerowo wspomagany system automatycznego testowania sterowników X-MATIK do siłowników elektrycznych wykonaliśmy w formie testera typu Hardware-in-the-Loop (HIL). W rozwiązaniach tych wykorzystywany jest sprzęt i oprogramowanie, które w czasie rzeczywistym symulują zmiany sygnałów na wejściu testowanego urządzenia i jednocześnie sprawdzają odpowiedzi na jego wyjściach. W przypadku sterowników X-MATIK automatyczna procedura testowa obejmuje kontrolę poprawności działania stacyjki sterowania miejscowego, wyłączników krańcowych, zewnętrznych sygnałów sterujących, sygnałów zmiany trybu pracy i sterowania zasilaniem głównym i gwarantowanym.

Stanowisko testowe zostało zbudowane na stelażu z profili aluminiowych o przekroju 20×20 mm i zasilane z instalacji trójfazowej napięciem 3×400 V. Do budowy systemu automatycznego testowania wykorzystaliśmy moduły pomiarowo-sterujące ASPAR (iSMA Controlli) z interfejsem szeregowym RS-485. Za symulowanie sygnałów podawanych na wejścia sterownika odpowiadają dwa moduły MOD-16RO. Każdy z tych modułów posiada 16 przekaźników elektromagnetycznych, które oprócz symulacji naciśnięcia przycisków stacyjki czy symulacji zadziałania czujników położenia krańcowego odpowiadają również za zmianę kierunku faz napięcia zasilającego i symulowanie stanu zaniku jednej fazy. Zaletą modułów MOD-16RO jest to, że przekaźniki elektromagnetyczne są podzielone na cztery sekcje, które mogą pracować z innymi wartościami załączanych napięć. Do monitorowania odpowiedzi sterownika X-MATIK na zmianę stanu sygnałów wejściowych użyliśmy modułu MOD-16I posiadającego 16 wejść cyfrowych typu PNP lub NPN w zależności od sposobu podłączenia. Wszystkie wejścia posiadają separację galwaniczną. Napięcia z przedziału 0-3 V podane na wejścia są traktowane jako stan niski, czyli 0 logiczne, a sygnały napięciowe o wartościach od 6 do 36 V są rozpoznawane jako jedynka logiczna. Ważną funkcją modułu MOD-16I z punktu widzenia budowy systemu testowania jest możliwość zliczania impulsów dzięki 16 konfigurowalnym, 32‑bitowym licznikom. Funkcjonalność ta została wykorzystana przy wykrywaniu stanu migania lampek kontrolnych OTW i ZAM stacyjki. Do pomiaru wartości napięć zasilających i potwierdzenia stabilności działania układów zasilających w sterowniku w trakcie wykonywania poszczególnych operacji użyliśmy modułu ośmiu wejść analogowych MOD-8AI skonfigurowanych do pracy ze standardowym sygnałem napięciowym 0..10 V. Do prawidłowej pracy sterownika potrzebne są napięcia stałe 12 V, 24 V, 48 V i napięcie odseparowane galwanicznie 24 V DC. Komunikację modułów pomiarowo-sterujących z komputerem PC zrealizowaliśmy za pomocą konwertera USB-RS485 TRB-0510 firmy ULTIMA. Układ ten posiada separacją galwaniczną sygnału pomiędzy wejściem a wyjściem do 1kV.

Oprogramowanie do testowania sterowników X-MATIK

Oprogramowanie obsługujące automatyczny system do testowania sterowników pozwala zarówno na manualne wymuszanie sygnałów przez operatora i sprawdzanie reakcji sterownika, jak i uruchamianie automatycznej procedury testowej. W trakcie testowania manualnego  operator korzysta z wizualizacji panelu sterowania oraz kontrolek potwierdzających reakcję sterownika i wystąpienie określonego stanu (lewa strona ekranu). Zasymulowanie zmiany stanu sygnału odbywa się poprzez zmianę położenia poszczególnych przełączników dwustanowych. Z każdym z przełączników jest połączony konkretny przekaźnik elektromagnetyczny odpowiedzialny za wprowadzenie sygnału elektrycznego na wejście sterownika. Poniżej przełączników pozwalających na manualną zmianę stanu i symulację sygnałów wyświetlane są wyniki pomiaru napięć zasilających. W przypadku przekroczenia dopuszczalnego przedziału dla danego napięcia, wynik pomiaru jest wyświetlany w kontrolce z tłem koloru czerwonego.

Oprogramowanie do testowania sterowników X-MATIK pozwala na przeprowadzenie testu ośmiu różnych wykonań urządzenia, a procedura testowa może zostać uruchomiona również od dowolnego miejsca, w którym następuje zmiana konfiguracji przełącznika DIP-switch. Po zakończeniu procedury automatycznej operator ma możliwość wywołania podglądu wyników testu i precyzyjnego ustalenia, czy błąd w teście dotyczył sygnałów cyfrowych czy wyniku pomiaru napięć zasilających. Aplikacja umożliwia operatorowi również wygenerowanie raportu w postaci pliku tekstowego i jego automatyczne otwarcie w aplikacji WordPad np. w celu wydrukowania.

Przedstawiony system do automatycznego testowania sterowników X-MATIK pracujący w trybie Hardware-in-the-Loop pozwala na wyeliminowanie błędów popełnianych przez operatora w trakcie długotrwałych i monotonnych czynności procedury testowania manualnego. Sama procedura testowa jest wykonywana w sposób powtarzalny, bez względu na to który z operatorów wykonuje w danym momencie testy sterowników. A wszystkie te działania są prowadzone bez konieczności podłączenia do rzeczywistych urządzeń, z którymi w normalnym trybie sterownik współpracuje.

Chętnie przygotujemy dla Państwa oprogramowanie realizujące automatyczne procedury testowe w systemie HIL, współpracujące ze sterownikami PLC, kartami pomiarowymi, multimetrami, modułami I/O i innymi urządzeniami pomiarowo-sterującymi.

Zapraszamy do kontaktu!