Bei diesem Demoprojekt ging es uns darum zu sehen, wie eine Testumgebung für Aufzugsumrichter auf Basis von National Instruments (NI) Tools aussieht. Knackpunkt bildete die harte Echtzeitanforderung einer Übertragung von Sollwerten im 10ms Takt und die schnelle Reaktion auf simulierte Fehler. Die gewählte Architektur mit cRIO, LabVIEW und VeriStand funktionierte einwandfrei auch im Dauertest. Zusammen mit dem übergeordneten TestStand erfüllt diese Architektur eine interessante Alternative zur Ablösung von intern verwendeten Testprogrammen. Die Mitarbeiter der Noser Engineering AG haben uns mit ihrer Kompetenz überzeugt.»
Michael Huwyler
Senior Engineer, Schindler Aufzüge AG, Ebikon
NI VeriStand
VeriStand ist eine Softwareumgebung zum Konfigurieren von Echtzeittestanwendungen. VeriStand unterstützt Anwender ohne Umwege beim Konfigurieren einer Multicore-fähigen Echtzeit-Engine, sodass Aufgaben wie Echtzeitstimuluserzeugung, Datenerfassung für Hochgeschwindigkeits- und konditionierte Messungen auf berechneten Kanälen sowie benutzerspezifische Kanalskalierung bewältigt werden können.
VeriStand ermöglicht auch das Importieren von Regelalgorithmen, Simulationsmodellen und weiteren Tasks aus LabVIEW und Entwicklungsumgebungen von Drittanbietern. Anwender können Tasks überwachen und mit ihnen interagieren, während sie eine zur Laufzeit anpassbare Benutzeroberfläche verwenden, VeriStand enthält Werkzeuge zum Erzwingen von Werten, zur Alarmüberwachung, I/O-Kalibrierung sowie zum Bearbeiten von Stimulusprofilen. Anwender können die Umgebung individuell anpassen und durch verschiedene Software und Sprachen wie LabVIEW, ANSI C/C++ und andere Modellier- und Programmierumgebungen wie Matlab-Simulink erweitern.
VeriStand kann in der Entwicklung von embedded control SW, von der Design Phase über das Prototypen bis zum End-Test eingesetzt werden.
Die Tabelle visualisiert die verschiedenen Testing / Simulationskombinationen.
MIL (Model In The Loop): wird in der Design Phase, wenn noch keine Hardware besteht, zur schnellen Entwicklung und Testen der Algorithmen durchgeführt. Controller und Anlage werden durch Modelle simuliert.
RCP (Rapid Control Prototyping): Wird verwendet um Control Algorithmen am Prototyp der Anlage zu kalibrieren.
SIL (Software in the Loop): Die in Code umgesetzte Controller Algorithmen werden an der Simulierte Anlage getestet. Dient um Programmierfehler herauszufinden. Design Iterationen dauern etwas länger als im MIL.
HIL (Hardware In The Loop): der entwickelte Controller wird an eine simulierten Anlage nach korrekter Funktionalität getestet. Dies ist insbesondere notwendig, wenn die Anlage noch nicht vorhanden ist oder wenn das Risiko besteht, dass fehlerhafte Funktionen des Kontrollers die teure Anlage zerstören könnte oder Leben gefährdet. Z.B. wird VeriStand HIL beim bei Pilatus Flugzeug Werk eingesetzt um das Verhalten des PC24 durch 21 PXI Systeme zu simulieren.
Test Cell Validation: Controller und Anlage Hardware werden zusammen getestet.
Jeder dieser Test Schritte besteht im Wesentlichen aus denselben Kern-Komponenten:
- Verknüpfung zu Anforderungsdokument
- Benutzeroberfläche
- Stimulus Profile oder Testskripte
- Simulationsmodelle
- Analysis Routinen
- Bericht Vorlagen.
Oftmals werden diese Test Komponente mehrmals neu erfunden, häufig sogar in jeder Entwicklungsphase. Mit VeriStand können die gemeinsamen Kern-Komponenten wiederverwendet werden, somit kann man das System in jeder Entwicklungsphase auf dieselbe Art: Stimulieren, Visualisieren, analysieren und Berichte erstellen. Dies bringt Konsistenz in der Ausführung der verschiedenen Schritte. Einen grossen Vorteil dabei ist dass die Entwickler und die Tester dasselbe Tool verwenden und sich deshalb besser verständigen können. Bei Änderungen einer Testkomponente könne die Anpassungen einfach rückwärts fortgepflanzt werden, dies wirkt sich für Regressionstests besonders positiv aus. Dank einer einzelner Test Applikation entstehen weniger Entwicklungs- und Wartungs-Aufgaben, dies Steigert die Effizienz und es bleibt mehr Zeit um Innovation einzubringen ohne dass das Projekt daran Gefährdet ist. Dank dieser Entwicklungsmethode, wobei das Testen durch Simulationen bereits am Anfang des Entwicklungszyklus eingeführt wird, werden Fehler früh im Entwicklungsprozess gefunden, dies ist eine gute Voraussetzung für hoch qualitative Produkte.
Echtzeit-Testen von Schindler Aufzugs-Umrichtern
Für das Echtzeit-Testen von Schindler Aufzugs-Umrichtern wurde mit einem Proof of Concept bewiesen, dass die Ansteuerung von Frequenzumrichtern aus dem Hause Schindler mit National Instruments-Technologien echtzeitfähig und reproduzierbar ist. Gleichzeitig sollte der Grundstein einer modularen, erweiterbaren und zuverlässigen Architektur gelegt werden.
Im Proof of Concept wurden die Softwareplattformen NI VeriStand, TestStand, LabVIEW und DIAdem eingesetzt. Als Hardware wurde ein cRIO verwendet.
Dank der Echtzeitfähigkeit des cRIO werden in VeriStand erstellte Prüfsequenzen reproduzierbar. Das VeriStand Framework bietet eine Menge Funktionen, wie beispielsweise eine zur Laufzeit erstellbare Benutzeroberfläche oder einem automatisch generierten Report. Mit TestStand steht ein mächtiges Testmanagement-Tool zur Verfügung, mit welchem Testingenieure und -Operateure rollenbasiert Prüfsequenzen erstellen, anpassen und ablaufen lassen können. Nach der Ausführung steht ein übersichtlicher Report zur Verfügung, auf welchem alle Ergebnisse direkt sichtbar sind. Die nahtlose Integration und Erweiterbarkeit von VeriStand, TestStand und der NI-Hardware ermöglichen den wiederverwendbaren Einsatz eines Teils oder der ganzen Toolchain in verschiedenen Bereichen des Weltkonzerns. Dank Standardsoftware sind Schulung, Support und Weiterentwicklung der Tools garantiert.
Ein VeriStand Workspace Tool wurde in LabVIEW implementiert, dies dient zur Berechnung der Fahrtenprofile und bietet eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche. Im compact RIO Controller verarbeitet eine Echtzeit-Sequenz die Daten der Fahrtenprofile. Als Schnittstelle zum Umrichter wurde in LabVIEW-Realtime ein VeriStand Custom Device erstellt.
Das Proof of Concept überzeugte, weil es die Ziele des Kunden bezüglich Determinismus, Modularität, Erweiterbarkeit und Reproduzierbarkeit vollumfänglich erfüllte. Darüber hinaus konnte die Noser Engineering AG ein Grobkonzept präsentieren, welches für die Schindler über weite Teile der Wertschöpfungskette einen Mehrwert liefern könnte.
