Bei der Entwicklung eines Komponentenprüfstandes ist fundiertes Produkt-Wissen gefragt. Doch statt dieses einzubringen, sehen sich die Zuständigen häufig mit der Systemintegration und programmiertechnischen Fragen konfrontiert. Um dem vorzubeugen, bietet ein Unternehmen jetzt ein kompaktes Messgerät an, das interaktiv einzustellen ist.

Will man Komponentenprüfstände entwickeln, kann es schnell kompliziert werden. Denn die Prüfstände verlangen der verwendeten Hard- und Software einiges ab: So wird eine elektromechanische Komponente systematisch und automatisiert unter definierten Umwelt- und Last-Bedingungen getestet. Mitunter wird sie sogar gezielt kaputtgespielt. Das kann eine Kaffeemaschine, ein neues Ski-Modell, ein Fensterheber-Motor oder ein kompletter Fahrzeug-Antrieb sein. Dabei kann es sich um einen Entwicklungs-Prüfstand, einen Dauer- und Ermüdungstest oder eine effiziente End-of-Line Prüfung in der Massenfertigung handeln.

Stressen - unter voller Kontrolle

Die Komponente zu stressen bedeutet: Der Prüfstand muss neben der reinen Messung des Prüfling-Verhaltens auch Steuer- und Regelungskomponenten mit einbeziehen, mit denen die kontrollierten Testbedingungen zu realisieren sind. Das geschieht über Aktuatoren, Lastmaschinen oder Komponenten mit zu steuernden Ein- und Ausgängen. Als automatisierte Anlage muss das gesamte System dabei unter Echtzeitbedingungen gesteuert und unter Kontrolle gehalten werden. Und so sind vielfältige Talente gefragt, die über die grundlegenden Fähigkeiten eines klassischen Messsystems hinausgehen. Neben der elementaren Messdatenaufnahme müssen analoge und digitale Stell- und Vorgabewerten ausgegeben und eine echtzeitfähige Steuerung als Hardwareplattform programmiert werden. In der Regel ist eine Bedien-Oberfläche (MMI) nötig, die dem Bedienpersonal als komfortabel zu handhabende Visualisierungs- und Kommandozentrale dient. Schließlich müssen die Messergebnisse mittels Analysen zu Testresultaten verdichtet werden, die archiviert und in Testreports aufbereitet werden.

Programmieraufwand verringern

Klassischerweise wächst ein Prüfstand aus oft inhomogenen Komponenten verschiedener Hersteller zusammen: Neben I/O-Modulen ist das ein echtzeitfähiger Controller beziehungsweise eine SPS und eine Programmierumgebung. Gebräuchlich sind dabei etablierte Software-Entwicklungssysteme (SDE) mit Visual C oder VBA oder grafisch orientierte Programmiersysteme, die Funktionsblöcke als virtuelle Instrumente (VI) abstrahieren. Dabei zeigt sich jedoch schnell, dass nun aus der Aufgabe, welche primär Expertise zur getesteten Komponente und der Messtechnik erfordert, ein umfassenderes Projekt der Programmierung und Systemintegration geworden ist, welches typischerweise ganz andere Kompetenzen erfordert. Wie kann man nun erreichen, dass dieser unnötige Aufwand zur Einbeziehung verschiedenster Hardware- und Software-Komponenten und Plattformen vermieden wird, damit Implementierung und Pflege eines Komponenten-Prüfstands effizienter werden? So könnte sich der Produkt- und Test-Spezialist auf seine Kernkompetenz konzentrieren, denn schließlich ist Messen hier kein Selbstzweck, sondern soll charakteristische Parameter ermitteln und Qualität sichern.

Systemkonzept aus einer Hand

Der Hersteller Imc verfolgt mit seiner C-Serie nun einen Ansatz, der dieses Dilemma durch die Integration aller nötigen Hardware und Software-Komponenten löst. Damit wird ein kompaktes und leistungsfähiges Gerät erreicht, welches mit einem durchgängigen Systemkonzept unnötige Schnittstellen-, Koordinations- und Synchronisationsprobleme vermeidet. Für die Hardware bedeutet das zunächst, dass alle nötigen I/O-Schnittstellen zur Messung und Prozesskontrolle vorhanden sein müssen. Die Geräte der Imc-C-Serie, wie etwa das CL-7016, bieten dafür zur primären Erfassung analoger Sensoren und Signale 16 voll konditionierte Universalkanäle, die viele relevante Sensoren (zum Beispiel DMS) durch flexible Konfiguration unterstützen. Daneben stehen Impulszählereingänge zur Verfügung (zum Beispiel für die Drehzahlmessung), digitale Eingänge und Ausgänge zur Steuerung sowie analoge Ausgänge als Stellgrößen oder Sollwertvorgaben. Über das im Gerät (und nicht etwa in einem PC) integrierte CAN-Interface können Signale einer vorhandenen Anlagensteuerung eingebunden werden, auch Steuerbusse des Prüflings selbst, wie sie etwa bei Automotive Komponenten mit ECU-Steuergeräten allgegenwärtig sind oder Spezialsensoren mit CAN-Ausgang. In der Regel sind damit für kleine und mittlere Prüfstände bereits alle benötigten Ein-und Ausgangsgrößen abgedeckt.

Die SPS im Gerät

Die zentrale Komponente der Imc-Geräte ist die Echtzeit-Plattform Imc Online Famos, mit der sie sich am deutlichsten von konventionellen Lösungen abgrenzen. Dieses im Datenaufnahme-Gerät integrierte System mit dediziertem Prozessor erlaubt synchrone Echtzeit-Verarbeitungen mit kleinen, voll deterministischen Reaktions- und Zykluszeiten - bis hinunter zu 100 µs. Damit lassen sich nicht nur komplexe Live-Signalanalysen mit unmittelbar zur Verfügung stehenden Ergebnissen realisieren, wie FFT, Leistungsberechnung oder Ordnungsanalysen, diese Plattform stellt auch einen vollständigen Echtzeit-Controller dar. Sie kann damit das leisten, was üblicherweise ein separater Controller (wie etwa eine SPS) übernehmen muss, da weder konventionelle Messgeräte noch ein übergeordneter PC Echtzeit-Funktionalität bieten.

Schnell und unkompliziert zum Einsatz

In konventioneller Weise programmiert werden muss diese Steuerung nicht - weder mit rein textuellen Sprachen noch mit ausufernden Vernetzungsplänen grafischer Funktionsblöcke oder virtueller Instrumente. Stattdessen erstellt man in einem Entwurfswerkzeug den Prüfablauf als grafisches Zustandsmodell. Auf Basis von Prozessvariablen definiert man Zustände wie Hochlaufphasen, Sollwertprofile, zyklische Abläufe etc. sowie deren Übergänge - Sample-genau. Zusätzlich unterstützt werden eine ständig aktive parallele Hintergrundüberwachung von Grenzwerten, Ausnahmebehandlungen und komplexe Konstrukte wie PID-Regler. Die innerhalb der PC-basierten Betriebssoftware Imc Studio entworfene Steuerung - eher konfiguriert als programmiert - wird dann automatisch in Code für die Geräteplattform umgesetzt, heruntergeladen und auf dieser ausgeführt.

Zusammenfassung

Der Unterschied zum klassischen Systemintegrations-Ansatz besteht darin, dass nicht stets ein komplettes System aus Komponenten individuell programmiert werden muss, sondern innerhalb eines bestehenden High-Level-Messsystems, das komfortabel interaktiv einzustellen ist, nur die zusätzliche Echtzeit-Steuerung in ähnlich komfortabler Weise aufgesetzt wird. In gleicher Weise kann dabei dann auch für Visualisierung, Datenmanagement und Reports auf die komplett verfügbare Funktionalität der integrierten Betriebssoftware zurückgegriffen werden, ohne das Rad neu erfinden zu müssen: Top-Down statt Bottom-Up. Damit haben die Imc-C-Serie-Geräte das Potential, auch für anspruchsvolle Testaufgaben Lösungen schnell zum Leben zu erwecken.