Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Zkušební stanice funkce dávkovacích čerpadel AdBlue na bázi PXI

Článek popisuje automatickou zkušební stanici pro verifikaci funkce dávkovacích čerpadel AdBlue při hydraulických testech, vyvinutou společností Robert Bosch. Pro rychlý vývoj testovacího stanoviště byla využita platforma PXI a software NI, které dokážou snímat a zpracovávat data a komunikovat s dalšími komponentami při výrobě a testování.

 
Robert Bosch, s. r. o., České Budějovice, je jedna z nejmodernějších a nejrozvinutějších poboček koncernu Robert Bosch. Součástí této pobočky je také oddělení pro výzkum a vývoj a oddělení dlouhodobého testování, která se především zaměřují na vývoj a výrobu komponent pro osobní automobily pro mnoho tradičních automobilek.
 

Dávkovací čerpadlo pro AdBlue

Jedna z vyráběných komponent je dávkovací čerpadlo pro AdBlue, což je roztok používaný k dočišťování spalin dieselových motorů, standardizovaný podle ISO 22241 (blíže viz text na rastru). Výrobci automobilů používají AdBlue ke snížení koncentrace NOxve výfukových emisích dieselových motorů. Pomáhá jim to splnit požadavky evropské normy Euro IV a vyšších.
 
AdBlue není aditivum, které by se přimíchalo do paliva a spolu s ním vstřikovalo do motoru, ale roztok, který se ve vozidle uchovává ve zvláštní nádrži a přivádí se až do výfukového potrubí v blízkosti katalyzátoru. Proto potřebuje vlastní dávkovací čerpadlo, které musí správnou dávku AdBlue do potrubí vstřikovat pod tlakem 450 až 850 kPa.
 

Zkušební stanice

Každé vyrobené čerpadlo prochází před odesláním zákazníkovi několika tlakovými zkouškami. Když konstruktéři výrobce hledali řešení pro automatické testování, měli již k dispozici PLC, které dokázalo řídit vstupní a výstupní ventily čerpadla a komunikovalo s výrobním systémem MES (obr. 1). Vzhledem k pozitivní zkušenosti z jiného projektu se pro stavbu testovacího systému rozhodli použít hardware NI PXI a software od NI. Mezi hlavní výhody platformy NI PXI (PCI eXtensions for Instrumentation) patří robustní průmyslové provedení modulárních přístrojů, možnost přidávat nové moduly a modifikovat tak měření a dále rovněž snadné programování. Jedním z důvodů pro volbu platformy PXI je také velká rychlost měření (10 kS/s), které není možné dosáhnout s dosavadním PLC.
 

Architektura systému

Současné PLC, řídící výrobu, posílá požadavky systému PXI. Požadavek zahrnuje informace o tom, jaký typ testu má být proveden, a některé konfigurační parametry. Systém PXI následně provede test a odešle zpět naměřené hodnoty a výsledky testu, které jsou uloženy do databáze. Na obr. 2 je vidět architekturu systému. Systém PXI obsahuje řídicí jednotku a dva dodatečné multifunkční moduly PXI-6281. Jeden modul má na starosti generování signálu s pulzní šířkovou modulací (PWM) a druhý měří nepřímo proud s využitím proudového bočníku.
 
V průběhu testu bylo třeba měřit tlak ve výstupní trysce dávkovacího čerpadla AdBlue a prostřednictvím PWM řídit vstupní a výstupní ventily. Jakmile testovací jednotka dostane od PLC zprávu s informacemi o konfiguraci testu, může spustit testovací
sekvenci.
 

Software pro testovací sekvence

K měření tlaku se používá nepřímá metoda měření, a to proto, že každé čerpadlo nemá svůj vlastní senzor tlaku, který by umožňoval měřit tlak přímo. Nepřímá metoda spočívá v měření proudu, který teče vinutím hlavního magnetu. Na této proudové křivce je možné identifikovat dva inflexní body. První vznikne, když se ventil začne otevírat, druhý, když ventil dosáhne své koncové pozice. Z těchto inflexních bodů lze spočítat tlak v čerpadle a porovnat jej s požadovanými hodnotami.
 
Původně konstruktéři počítali tlak z proudové křivky v softwaru MATLAB® od firmy The MathWorks, Inc. Protože chtěli využít již vytvořený program, použili v LabVIEW strukturu nazývanou MathScript Node, která jim umožnila importovat původní soubory ve formátu .m a spouštět výpočet na stanici, kde není Matlab nainstalován.
 
Když začali s vývojem programu pro zkušební stanici, programovali vše v LabVIEW. S podporou od místních zástupců NI objevili software TestStand, který umožňuje spravovat testy snadněji. Zúčastnili se několika školení NI, aby se naučili, jak tento nástroj používat. Podařilo se vytvořit aplikaci, která zahrnuje uživatelské rozhraní (obr. 3), framework pro spouštění testů a testovací moduly určené pro každý krok testu, komunikuje s prostředím TestStand, dokáže číst výsledky z právě probíhající testovací sekvence a řídit průběh testu.
 
TestStand jako prostředí pro spouštění testů bylo vybráno proto, že šetří čas ve fázi vývoje. Není třeba vyvíjet ty části testovacího frameworku, které jsou společné pro všechny testy, jako jsou spouštění jednotlivých kroků testu, logování a tvorba protokolů. Tyto funkce lze snadno nastavit v prostředí TestStand. To je výhodné také pro standardizaci, protože testovací framework je shodný pro všechny testy.
 
Poslední částí aplikace jsou testovací moduly. Ty byly napsány v LabVIEW. Každý z testovacích modulů je zodpovědný za jeden typ měření na dávkovacím čerpadle.
 

Závěr

V současné době je na výrobní lince v provozu dvanáct zkušebních stanic (obr. 4). Nicméně se plánuje také zkušební stanice pro novou generaci čerpadel, která bude komplikovanější. Zkoušky budou vyžadovat komunikaci se snímačem tlaku prostřednictvím protokolu SENT (Single Edge Nibble Transmission), což je robustní komunikační protokol běžně používaný pro levnější snímače v automobilovém průmyslu. Jelikož je třeba testovat jak zprávy, tak fyzickou vrstvu protokolu SENT, konstruktéři zvažují použití PXI jakožto hlavní řídicí jednotky zkušební stanice, která dokáže číst data ze snímačů prostřednictvím protokolu SENT a zároveň testovat fyzickou vrstvu komunikace SENT.
 
Použití platformy NI PXI ušetřilo čas při vývoji testovacího frameworku a umožnilo sestavit rekonfigurovatelné testovací stanoviště. Při vývoji první zkušební jednotky PXI získali konstruktéři cenné zkušenosti, které mohou využít v budoucích projektech.
Jiří Kubíček, Robert Bosch, spol. s r. o.
 
Obr. 1. Výroba dávkovacích čerpadel AdBlue
Obr. 2. Architektura zkušební stanice
Obr. 3. Uživatelské rozhraní zkušební stanice