Der zurzeit für Prüfstände noch häufig beschrittene Weg ist es, ein Automatisierungssystem unabhängig von der für die Analyse notwendigen Messdatenerfassung einzusetzen. Da viele Messgrößen sowohl für die Untersuchung des Prüflings als auch zur Steuerung bzw. Regelung des Prüfprozesses benötigt werden, führt dies zu unnötigen Mehrfachmessungen der physikalischen Größen oder zu einem komplexen Interface zwischen beiden Systemen. Außerdem sollen auf modernen Prüfständen zunehmend Anwendungstests durchführt werden. Damit der Prüfling anwendungsgerecht belastet wird, ist eine Simulation des wesentlichen Verhaltens des technischen Gesamtsystems (Einsatzumgebung) erforderlich. Die Ausgangsgrößen einer solchen Simulation sind die errechneten Vorgaben an die Aktuatoren (Hardware in the loop). Ein solches, üblicherweise ebenfalls unabhängiges, Simulationssystem erhöht die Komplexität des Gesamtaufbaus zusätzlich. Für die Gesamtlösung wird meist eine anwendungsspezifische Software entwickelt, die die Teillösungen zusammengeführt und in einer gemeinsamen Bedienoberfläche verbindet. Das dabei entstehende Unikat ist schwer zu pflegen und muss aufwendig getestet werden. Außerdem kommen verschiedene Softwarewerkzeuge zum Einsatz. Wie vermeidet eine moderne Software unnötige Schnittstellen und ermöglicht eine flexible nutzerindividuelle Bedienung? Das folgende Beispiel zeigt einen Prüfstand, mit dem die Fahrmotoren in verschiedenen Lastsituationen und verschiedene Batterietypen getestet werden können. Eine Plattform für alles Die wesentlichen Elemente zur Entwicklung eines Prüfstandes mit den Funktionselementen Bedienen, Messen, Steuern/Regeln, Auswerten, Archivieren sowie Simulationsmöglichkeiten für die Einsatzbelastung des Prüflings sind auf der Softwareplattform imcStudio vereint. Sie nutzt das Messgerät imc Cronos als Hardware-Basis für die Signalkonditionierung, Messdatenaufnahme, Steuerung und Simulation einschließlich aller Echtzeit-Funktionen. Die für die Steuerung, Regelung und für die Versuchsauswertung notwendigen Sensorsignale (Ströme, Spannungen, Drehzahlen, Drehmomente und Temperaturen) werden von der Messhardware erfasst und von einem integrierten Softwaremodul zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt. Eine weitere, über eine gemeinsame Datenbasis verbundene, Softwarekomponente ermöglicht eine mehrseitige, benutzerindividuelle Bedienoberfläche zum Einstellen der messtechnischen Komponenten und der Bedienung des gesamten Prüfstandes. Eine angepasste Bedienung wird durch einfaches Konfigurieren erzeugt und enthält alle notwendigen Ein-/Ausgabe- sowie Anzeigeelemente; statische Parameter werden fest definiert und versteckt, variable Parameter aufgabengerecht zusammengefasst, beschreibende Daten (Metadaten) den Messkanälen zugeordnet. Man vermeidet damit Bedienfehler bei maximalem Messkomfort. Echtzeitautomatisierung inklusive Die Steuerung und Regelung des Prüfablaufs wird mit einem Multitasking-fähigen Automatisierungsmodul realisiert. Die zustandsorientierte, graphische Definition der Abläufe und Regler liefert eine Selbstdokumentation des formulierten Prozesses. Damit die Echtzeitfähigkeit jederzeit gewährleistet ist, werden die notwendigen Programme automatisch erzeugt und auf separate integrierte Prozessoren geladen. Eine zentrale Konfiguration der Grenzwerte sichert, dass diese unabhängig vom konkreten Steuerungsprogramm permanent im Hintergrund überprüft und bei Grenzwertverletzung die notwendigen Maßnahmen eingeleitet werden. Im vorliegenden Fall sind die beiden Prüfstränge zunächst unabhängig, können jedoch für bestimmte Prüfaufgaben in vorgebbarer Weise synchronisiert werden. Damit im Rahmen der zur Verfügung stehenden Dynamik beliebige Prüfsituationen erzeugt werden können, ist ein Signalgenerator (Synthesizer) und ein Simulationssystem integriert. Der Synthesizer ermöglicht die Vorgabe beliebiger Sollwertverläufe für Drehzahlen, Momente, Ströme und Spannungen. Dadurch können Standardtests (z.B. Kennlinienermittlung, Lebensdauertests, normierte Prüfzyklen) durchgeführt und beliebige Straßenfahrten wiedergegeben werden. Außerdem ermöglicht die freie Sollwertvorgabe, die eingesetzten Batterien mit beliebigen Lade- und Entladezyklen zu testen. Realität direkt auf den Prüfstand Damit das Fahrzeugverhalten in den Test mit einbezogen werden kann, ist eine Simulation des Fahrzeuges und seiner Einsatzumgebung erforderlich. Entsprechendes gilt für die Simulation des Batterieverhaltens unter Last, das ein Batteriemodell erfordert. Zur Realisierung dieses \’hardware in the loop\‘-Betriebs steht ein weiteres integriertes Softwaremodul zur Verfügung. Das Simulationsprogramm Matlab Simulink wurde um Verbindungsblöcke erweitert und ermöglicht es, das eigentliche Simulationsprogramm wie gewohnt zu erstellen. Es wird auf einen separaten Realtimeprozessor geladen, der ebenfalls im Messsystem integriert ist und mithilfe eines Assistenten mit den Echtzeitvariablen der übrigen Komponenten verbunden. Die Einbindung von Matlab Simulink ermöglicht somit die weitgehende Wiederverwendung bestehender Modelle und bringt diese in Interaktion mit den realen Prozessen der Automatisierung und Messung. Messdaten \’live\‘ auswerten Zur Verifikation der Messdaten wird ein Softwaremodul genutzt, das eine aufgabenorientierte Anzeige der Sensorsignale während der Messung ermöglicht. Die direkte Auswertung der Messung mittels Messcursoren und Markern im Kurvenfenster ermöglicht eine unmittelbare Überprüfung der Messdaten und liefert oft schon das gewünschte Endergebnis. Da außerdem wichtige Ergebnisse des Tests aus den Messgrößen berechnet werden (z.B. Leistung, Wirkungsgrad), erhöht eine Echtzeitauswertung (\’result on demand\‘) die Effektivität der Prüfung. Das Softwarewerkzeug realisiert komplexe \’Online\‘-Berechnungen, die ohne weitere Programmierung definiert werden können. Für darüber hinausgehende Auswertungen können die aufgenommenen Messdaten in das Analysewerkzeug Famos transferiert und dort unter allen denkbaren Gesichtspunkten untersucht werden. Bereits mit dem Übertragungsvorgang kann eine Auswertesequenz aufgerufen werden, die alle notwendigen Berechnungen automatisch vornimmt und die Ergebnisse unmittelbar zur Verfügung stellt. Ergebnisse rückverfolgen Damit keine Messergebnisse verloren gehen und eine vollständige Interpretation der Messdaten auch nach längeren Zeiträumen möglich ist, steht eine umfangreiche Projektverwaltung zur Verfügung. Die Projektverwaltung unterstützt eine systematische Datenablage einschließlich aller erklärender Daten (Metadaten) und Berechnungen, damit eine lückenlose Rückverfolgung des Messprojektes jederzeit möglich ist. Die Datenablage kann entweder systematisch im Filesystem oder mit Hilfe einer integrierten Messdatenbank vorgenommen werden. Der vorgestellte Prüfstand für Fahrmotoren von Elektrofahrzeugen sowie das zugehörige Batterietest- und Simulationssystem wurde mit der Softwareplattform imcStudio realisiert. Durch die gemeinsame Datenbasis aller für die Realisierung notwendigen Soft- und Hardwarekomponenten wurden Schnittstellenprobleme von vornherein vermieden. Da die notwendigen Komponenten in einer Plattform vereint sind, ist eine gemeinsame Bedienphilosophie gegeben.
imc Test & Measurement GmbH
