PXI- und LXI-Schaltprodukte steuern automatisiertes und beschleunigtes Belastungsscreening

Herstellungsfehler und Zuverlässigkeitsprobleme können im Luftfahrtbereich kritische, katastrophale oder gar tödliche Konsequenzen haben und zu erheblichen Strafzahlungen führen. Um diese Risiken gering zu halten, müssen OEM-Hersteller hochbeschleunigte Belastungsscreenings (Highly Accelerated Stress Screening, HASS) durchführen. Damit sich Qualität und Zuverlässigkeit kontinuierlich sicherstellen lassen, werden mögliche latente Fehler in Bauteilen und Baugruppen einem Stresstest unterzogen. HASS-Tests sind eine Form von Produktstress zur Verbesserung der Zuverlässigkeit. Ausfälle werden analysiert und die Ergebnisse genutzt, um das Design oder Herstellungsprozesse zu verbessern. Während des HASS-Tests werden üblicherweise Temperatur- und Vibrationszyklen durchgeführt.

TBG Solutions ist ein Systemintegrator mit Sitz im Vereinigten Königreich, der sich auf Test-, Mess- und Steuerungstechnik spezialisiert hat. Das Unternehmen sollte eine Lösung entwickeln, mit der drei ferngesteuerte I/O-Boards aus dem Avionik-Bereich simultan getestet werden. Das erforderte die zeitgleiche Durchführung mehrerer Tests parallel an den Prüflingen. Jeder Prüfling hat 500 Prüfpunkte. In einer HASS-Kammer müssen an den Prüflingen verschiedene Signaltypen stimuliert und überwacht werden. Das vorherige Testsystem mit GPIB- und VXI-Komponenten war zu langsam und konnte die Ergebnisse nicht in akzeptabler Zeit zur Verfügung stellen.

Voll automatisiertes Testsystem

Gemeinsam mit Pickering Interfaces entwickelte das Unternehmen ein voll automatisiertes Testsystem. Das Entwicklerteam entschied sich für PXI- und LXI-Schaltprodukte von Pickering Interfaces, da diese sowohl besonders flexibel als auch gut wartbar sind. Das Testsystem führt parallel an drei Prüflingen in einer HASS-Kammer 50.000 elektrische Tests durch, darunter Messungen von Spannung, Widerstand, Strom, Kapazität, Frequenz, Phase und Auslöseverhalten. Mit dem Testsystem lassen sich HASS-Profile erzeugen und ausführen und die Bediener können spezifische Tests ein- oder ausschließen sowie Parameterwerte für Temperaturen, Schwingungsamplituden und Rampensteilheit verändern. Das vollautomatische parallele Testen umfasst die Simulation des Flugzeugs, einen zweiteiligen Firmware-Download, hochgenaue Kapazitätsmessungen und die Überprüfung der Lastauslösung.

TBG hat sich anstelle eines PXI-Chassis für das 18-Slot LXI-Chassis von Pickering (Modell 60-103B-001) entschieden, das alle erforderlichen PXI-Schaltmodule aufnimmt. Die Wahl fiel auf LXI, da es im Vergleich zur herkömmlichen PCI-Bridge die geeignetere und kostengünstigere Lösung darstellt. Darüber hinaus bietet die Übertrager-gekoppelte Struktur der Ethernet-Schnittstelle eine Potenzialtrennung gegenüber dem restlichen Testsystem, was ein zusätzliches Plus an Sicherheit bedeutet.

Die Konfiguration des Testsystems

Ein weiteres Beispiel der im Testsystem eingesetzten PXI- und LXI-Schaltprodukte von Pickering. Pickering Interfaces

TBG Solutions hat das Gesamtsystem an einem CAD-Platz entwickelt und mit rechnerunterstützten Fertigungsmethoden (CAM) gebaut. Zur Steuerung wurden Labview und Teststand von National Instruments verwendet. Aufgrund unterschiedlicher Signalanforderungen beim Testen, wie Kleinsignal, Hochleistung, Schaltmatrix und Hochfrequenzschalter, wurden jeweils entsprechende PXI-Module von Pickering ausgewählt. Dazu zählten:

• 40-139 Schaltmodul, 2 A
• 40-137 Schaltmodul, 5 A
• 40-160 Schaltmodul, 10 A
• 40-510/511 Schaltmatrix 12 × 4
• 40-870 HF-Schalter, SPST

In dieser Konfiguration basieren die gewählten Stromstärken der Schaltmodule auf den gegebenen Signaltypen. Nicht weniger wichtig ist die benötigte Anzahl der Steckplätze im Chassis. Beispielsweise ließe sich das Modul 40-137 für die 2-A-Signale und auch für alle 5-A-Anforderungen verwenden. Allerdings können pro PXI-Modul weniger 5-A-Relais als 2-A-Relais (maximal 39 gegenüber bis zu 80) bereitgestellt werden, sodass mehr Module erforderlich würden. Außerdem sind die Kosten pro Relais bei der 5-A-Version deutlich höher als bei der 2-A-Lösung. TBG traf seine Auswahl auf der Basis mehrerer Parameter – Signalart, Anzahl benötigter Einschübe, vorhandener Platz im Rack und dem vorgegebenen Budget. Ein weiteres Beispiel dieser Art Auswahlverfahren ist im Folgenden beschrieben.

Als Kommunikationsverfahren legte sich das Unternehmen auf den LXI-Standard fest. Aus diesem Grund wurden drei LXI-Matrixmodule von Pickering (60-551-024 256 × 4) für die hohen I/O-Anforderungen ausgewählt. Als PXI-Version würde jede dieser Matrizen acht Einschübe belegen. Das hätte zwei zusätzliche Chassis (60-103B) zur Folge, um die drei Matrizen zu unterstützen, sodass das Prüfsystem viel größer als gewünscht ausfallen würde. Zwei Chassis 60-103B würden 8 HE Einschubplatz erfordern, die drei Matrizen 60-551 kämen hingegen mit nur 3 HE aus. Die Module 60-551 beinhalten auch integrierte Relais-Selbsttests (BIRST), die flexibel und einfach durchzuführende Diagnosen ermöglichen.

TBG entwickelte für jedes Instrument des Testsystems einen Schnittstellen-Treiber. Die standardisierte Struktur von Pickerings Software-API machte es möglich, diese Treiber und weitere Komponenten nahtlos zusammenzufügen und so flexible Testabschnitte zu generieren, die sich dann jeweils spontan zu einem Gesamtablauf konfigurieren lassen. Das Unternehmen nutzte die Parallelisierung der Schalter, um jeweils drei Prüflinge in einem gemeinsamen Durchgang zu testen. Das Bild (Die Bilder) zeigt einige Beispiele der im Testsystem eingesetzten PXI- und LXI-Schaltprodukte von Pickering.

Vorteile des neuen Testsystems

Das Testsystem testet nicht nur drei Prüflinge gleichzeitig, sondern reduziert aufgrund der verbesserten Mess- und Ausführungsgeschwindigkeit der neuen Mess- und Schaltsysteme die individuelle Testzeit des einzelnen Prüflings von drei Stunden auf 45 Minuten. Die Verkürzung der Testzeit und der parallele Test zweier weiterer Prüflinge ermöglichte einen zwölffach höheren Testdurchsatz, was eine signifikante Verringerung der Kosten für den Hersteller und damit auch für den Endkunden bedeutet.

Über System-Softwarewerkzeuge können Bediener die Testreihenfolge sowie Wiederholungs- und HASS-Parameter wie Schwingungsamplitude, Temperaturwert und die jeweilige Rampensteilheit ändern. Darüber hinaus kann der Bediener ein spezifisches Testprofil generieren, um tatsächliche Fehler einer speziellen Komponente nachzubilden. Durch seine hohe Flexibilität lässt sich das System einsetzen zur Durchführung von Diagnosen und Debugging sowie für Forschungs- und Entwicklungsaufgaben.

Dauerhaft präzise Tests

Durch den Einsatz von Pickerings PXI- und LXI-Schaltprodukten konnte das TBG-Team ein Testsystem entwickeln, das hohe Flexibilität und Zuverlässigkeit mit niedrigem Wartungsaufwand verbindet. Das Pickering Diagnosewerkzeug BIRST stellt sicher, dass das Signalschalten beim Anwender korrekt und genau arbeitet, um dauerhaft präzise Tests zu ermöglichen.

(ah)