Французская компания Dynosens, производитель испытательных стендов для различных типов двигателей, одной из первых осуществила разработку испытательного стенда для электродвигателей с помощью цифрового датчика крутящего момента серии T40B и на тот момент новой разработки компании НВМ — интерфейсного модуля TIM-EC с поддержкой EtherCAT.
Испытательный стенд для электродвигателей компании Dynosens
Компания Dynosens специализируется на разработке испытательных стендов для различных типов двигателей и транспортных средств. Сегодня Dynosens производит по тридцать испытательных стендов типовой и нестандартной конструкции ежегодно для различных рынков (автомобилестроение, моторостроение, машиностроение и пр.).
В своих разработках Dynosens стремится извлекать максимальную выгоду из имеющихся ресурсов и сотрудничать только с зарекомендовавшими себя поставщиками, объясняет Yves Rosnoblet, генеральный директор компании. «Мы работаем с проверенными поставщиками с репутацией производителей высококачественной продукции с первоклассными рабочими характеристиками, а также с качественной технической поддержкой. Именно поэтому НВМ является нашим основным поставщиком преобразователей силы и крутящего момента на протяжении уже 15 лет.»
За эти годы НВМ стала настоящим партнером для компании Dynosens, что в очередной раз было подтверждено в рамках выигранного тендера на разработку испытательного стенда по заказу комиссии по атомной энергетике Франции (French for Commission for Atomic Energy).
Испытательный стенд специального исполнения
Целью разработки нового стенда являлось изучение и оптимизация алгоритмов управления электродвигателем на основе испытаний двигателя электроавтомобиля Renault ZOE. Комиссия по атомной энергетике должна была контролировать работу электроники в двигателе и сам процесс проведения измерений.
Испытательный стенд должен был быть оснащен электродвигателем ZOE и устройством для воспроизведения воздействий на двигатель процессов ускорения и замедления на подъеме и спуске. Система зарядки представляла собой асинхронный электрический сервопривод с регулировкой крутящего момента и / или скорости.
Поскольку основная задача испытательного стенда заключалась в изучении параметров работы двигателя, особое значение было уделено регистрации измеряемых параметров: напряжение, ток, электрическая мощность, крутящий момент, скорость и т.д. «Техническим заданием была предусмотрена передача измеряемых параметров с помощью полевой шины EtherCAT», — объясняет Rosnoblet. EtherCAT — промышленная версия технологии Ethernet в режиме реального времени. Разработанный еще в начале 1990-х годов компанией Beckhoff, стандарт EtherCAT быстро стал открытым стандартом, контролируемым независимой организацией (ETG, более 2400 компаний-членов), которая предоставляет всю необходимую документацию и инструменты для разработки продуктов в соответствии со стандартом.
Подключение датчика крутящего момента к системе на базе EtherCAT с помощью модуля TIM-EC
Как правило, шина EtherCAT может обрабатывать (время цикла) сигналы с 1000 цифровых входов / выходов за 30 мкс, 200 аналоговых входов / выходов за 50 мкс или 100 координат за 100 мкс.
Датчик крутящего момента T40B — идеальное решение для испытательного стенда
Для нового испытательного стенда компания Dynosens планировала использовать датчики крутящего момента НВМ. Технология НВМ предполагает размещение тензорезисторов непосредственно в измерительном фланце вместо вращающейся муфты, что, в свою очередь, гарантирует более надежные результаты измерений, особенно в динамических испытаниях.
Преобразователи крутящего момента характеризуются повышенной надежностью, что особенно важно в стендах для испытаний тепловых двигателей, когда особенности работы двигателя и систем передачи создают более сложные механические условия. В таких условиях работы неудивительно, что датчики НВМ стали эталоном при разработке испытательных стендов для тепловых двигателей компании Dynosens, а также других компаний-разработчиков.
С момента выпуска первых серийных датчиков серии T40 существенно увеличился номинальный диапазон измерений: от 50Н·м до 80кН·м (диапазон варьируется для различных модификаций серии T40 в зависимости от целевого применения). Таким образом, T40B удается достичь беспрецедентного соотношения стоимость / производительность. По сравнению с моделями предыдущего поколения, производительность T40B повышается за половину стоимости. Став эталоном для испытательных стендов тепловых двигателей, НВМ уже далеко продвинулась в развитии технологий измерения крутящего момента и для электродвигателей.
Инженеры компании Dynosens также высоко оценивают датчики серии T40B за возможность передачи сигнала скорости вращения, наряду с сигналами крутящего момента силы, что упрощает проектирование испытательных стендов.
Датчик крутящего момента силы T40HS от HBM в испытательном стенде компании Dynosens
Обработка сигнала: главная задача
Датчик крутящего момента силы серии T40B
На момент разработки испытательного стенда датчики крутящего момента T40B не были оснащены разъемом EtherCAТ. План состоял в том, чтобы реализовать традиционное решение по интеграции датчика и модуля ввода / вывода на базе технологии EtherCAT.
Но для компании Dynosens такое решение не позволило бы в полной мере использовать производительность датчиков крутящего момента. «Производители датчиков хорошо справляются с реализацией функций обработки сигнала и диагностики, которые встроены в разъемы полевой шины. Модули ввода / вывода, разрабатываемые производителями автоматических устройств, представляют собой типовые устройства, которые невозможно оптимизировать под каждый тип датчиков, в том числе и под датчик класса T40B».
Прямое подключение к EtherCAT с помощью модуля TIM-EC
Dynosens проинформировала НВМ о своих попытках интеграции датчика крутящего момента и модуля ввода / вывода, ответная реакция поступила незамедлительно. Одновременно ведущий европейский автопроизводитель направил НВМ аналогичный запрос, что поспособствовало скорейшей разработке модуля с интерфейсом EtherCAT. Продукция еще не поступила в серийное производство, но положительный опыт сотрудничества Dynosens с НВМ послужил залогом начала работ по проектированию испытательного стенда и проведения бета-тестирования интерфейса EtherCAT.
Интерфейс TIM-EC был разработан в срок, и компания Dynosens стала его первым пользователем во Франции. «Мы рисковали, но риск принес свои плоды. Установка модуля TIM-EC на испытательном стенде не вызвала никаких затруднений. Говоря о производительности, АЦП модуля — 25 бит, что намного превосходит показатели промышленных модулей ввода / вывода. Как мы знаем, высокая точность — ключевой параметр для испытательного стенда, потому что именно точность позволяет нам совершенствовать производительность стенда» — комментирует Yves Rosnoblet, генеральный директор Dynosens. Кроме этого, интерфейс TIM-EC позволяет выбрать скорость фильтрации, а также предоставляет данные диагностики состояния всей измерительной цепи: от датчика до интерфейса.
Подключение датчика крутящего момента к системе на базе EtherCAT с помощью модуля TIM-EC Как правило, подключение датчиков крутящего момента осуществляется с использованием стандартного EtherCAT — модуля ввода / вывода с частотными или аналоговыми входами. Такой подход имеет свои преимущества, благодаря стандартизации применяемых устройств, но в то же время имеет и существенные ограничения: на его основе нет возможности полностью раскрыть потенциал высокоточных и высокопроизводительных датчиков, как например, датчиков серии T40B от НВМ.
Стандартные разъемы недостаточны для высокопроизводительных датчиков
Зачастую стандартные разъемы недостаточны для высокопроизводительных датчиков. Почему? Ответ прост. Стандартные методы обмена данными недостаточно быстрые для современных датчиков, таких как T40B.
«Модули ввода / вывода, предлагаемые разработчиками систем автоматизации, рассчитаны на широкий спектр применений и не оптимизированы для использования совместно с интеллектуальными датчиками, в особенности с датчиками класса T40B» — комментирует Yves Rosnoblet, генеральный директор Dynosens.
Интерфейсный модуль TIM-EC: неотъемлемая часть технологии измерения крутящего момента НВМ
Интерфейсный модуль TIM-EC
Интерфейсный модуль TIM-EC преодолевает слабые стороны при подключении датчика T40B к системам на базе EtherCAT. При АЦП в 25 бит, TIM-EC характеризуется превосходными показателями точности. При минимальной групповой задержке передачи цифрового сигнала TIM-EC оптимизирует производительность как датчиков крутящего момента НВМ, так и систем на базе EtherCAT, предоставляя больше возможностей для мониторинга работы стендов и эффективности проводимых испытаний. TIM-EC обладает модульной архитектурой, благодаря чему модули можно легко адаптировать под изменяющиеся требования / задачи при проведении стендовых испытаний.
Markus Haller, продакт-менеджер по крутящему моменту HBM, объясняет: «С помощью модуля TIMEC пользователи могут получить развернутые данные диагностики и измеряемые значения таких величин как крутящий момент, скорость вращения, угол поворота и мощность. Благодаря новой функции режима внутренней коммуникации, пользователи могут управлять одним датчиком с помощью двух независимых модулей TIM-EC, подключенных друг к другу с использованием объединяющей шины. Такая конфигурация упрощает управление: пользователи могут сохранять или изменять любые настройки, в том числе, настройки преобразования сигнала, шкалирования, калибровки и т.д. в каждом модуле, независимо от других модулей».
Интерфейсный модуль TIM-EC — больше, чем просто высокоточный модуль ввода / вывода! Он оснащен множеством специализированных функций для совершенствования и оптимизации измерений крутящего момента.
Линеаризация характеристик кривой датчика с модулем TIM-EC
Встроенная аппроксимация координат (узлов) решетки для линеаризации характеристик кривой позволяет оптимизировать подключение датчика крутящего момента и интерфейсного модуля. Благодаря возможности управления с помощью веб-сервера и шины EtherCAT пользователи получают исчерпывающую информацию о состоянии измерительной цепи в любой момент времени.
Работа с одновременным использованием различных технологий промышленного Ethernet
Возможности модуля TIM-EC находятся в постоянном функциональном развитии. Например, с помощью новой разработки — интерфейсного модуля TIM-PN — появилась возможность подключить цифровой датчик крутящего момента к промышленным сетям на основе стандарта PROFINET, поддерживающего работу в режиме реального времени (RT Class 1 и RT Class 3).
С помощью модуля TIM-PN можно работать одновременно с различными коммуникационными интерфейсами. Модуль TIM-PN с PROFINET в режиме реального времени можно подключить к модулю EtherCAT серии TIM-EC. Таким образом, у пользователей появилась возможность работать со всеми типами
сигналов, поступающими от датчика крутящего момента в промышленные системы на основе технологий EtherCAT и PROFINET в режиме реального времени без потери производительности.
Недавно в модуль была добавлена функция внутренней связи, которая называется коммуникация TIM-to-TIM. Применение модуля TIM-EC с датчиком крутящего момента T40B может стать решающим фактором в оптимизации производственной мощности датчиков крутящего момента, даже при работе в высокоавтоматизированных или высокодинамичных испытательных стендах.
Вопросы о применении интерфейсного модуля TIM-EC
- Для кого предназначен модуль TIM-EC?
Модуль TIM-EC — идеальное решение для пользователей датчиков серии T40B, которые работают с технологией EtherCAT в испытательных стендах. - Какие преимущества дает использование модуля TIM-EC?
При минимальной групповой задержке передачи цифрового сигнала и максимальным входным разрешением в 25 бит TIM-EC обеспечивает высокопроизводительное подключение датчиков крутящего момента и систем на базе EtherCAT. Вы получаете новые возможности осуществлять высокоточный контроль и анализ серий измерений, особенно в высокодинамичных испытаниях. Помимо этого, в целях диагностики и параметризации возможна двусторонняя коммуникация на базе EtherCAT напрямую с датчиком и вплоть до электроники ротора и статора. - Можно ли модернизировать с помощью модуля TIM-EC существующие системы?
TIM-EC — модульная система. Это означает, что все датчики крутящего момента НВМ со встроенным интерфейсом TMC (в настоящий момент все датчики серии T40) можно легко модернизировать или увеличить их производственные мощности с помощью интерфейса TIM-EC.
По материалам публикаций НВМ
