Motoren: Elektromechanisches Testen mit USB-DAQ

Um genaue und zuverlässige Daten aus elektromechanischen Tests zu erhalten, muss die erforderliche Ausrüstung mit dem zu testenden Gerät und der Testmethode oder den Testverfahren kompatibel sein. Die Testgeräte müssen mehrere analoge und digitale Eingangs-/Ausgangskanäle (I/O) zur Messung und Steuerung dieser Geräte sowie grundlegende Messinstrumente wie Zähler/Zeitgeber und Stromversorgungen handhaben. Außerdem müssen sie mit integrierter Software arbeiten, um Messungen, Echtzeitanzeigen und detaillierte Berichte zu liefern.

Die Auswahl und Integration der erforderlichen Hardware und Software zur Durchführung dieser Tests kann zeit- und kostenintensiv sein. Zur Abhilfe wurden modulare USB-Datenerfassungsgeräte entwickelt, die die aktuelle Technologie mit einer breiten Palette von Software-Testtools zur Validierung der komplexesten elektromechanischen Systeme kombinieren. Der Beitrag stellt die mioDAQ-Instrumente von NI vor.

Ein einfacher Motorprüfstand besteht beispielsweise aus einem auf einer Prüfvorrichtung montierten Motor, der mit einer zwischen zwei Lagerböcken aufgehängten Last verbunden ist. Gesteuert wird die Anlage über einen Motorcontroller, der die Drehzahl des Motors auf der Grundlage einer elektrischen Spannung regelt. Die Anordnung verwendet einen optischen Tachometer zur Messung der Motordrehzahl und drei Beschleunigungsmesser zur Messung der mechanischen Schwingungen in X-, Y- und Z-Richtung am inneren Lagerblock.

Ziel des Prüfstandes ist es, die Spitzenschwingungspegel und die Drehzahl, bei der sie auftreten, zu ermitteln. Bei diesem Verfahren wird die Motordrehzahl linear variiert, während die Schwingungspegel überwacht und aufgezeichnet werden.

Das Datenerfassungssystem

Für elektromechanische Tests wird ein Datenerfassungssystem (DAQ) benötigt, das ein DAQ-Gerät zur Messung und Steuerung, einen Computer und unterstützende Software umfasst. Die mioDAQ-USB-Datenerfassungshardware von NI deckt diesen Bedarf mit der Serie NI-USB-6400 ab, die vier USB-DAQ-Instrumente zur Auswahl stellt (Bild 1).

Alle Modelle werden über einen USB-C-Anschluss gesteuert und mit Strom versorgt und verfügen über 16 digitale I/O-Leitungen und vier 32-Bit-Zähler/Timer. Außerdem verwenden sie eine integrierte Zeitbasis von 100 MHz, die alle digitalen Schaltkreise, einschließlich der Abtasttakte, Triggerleitungen und Zähler/Timer, steuert. Jeder Kanaltyp verfügt über ein separates Zeitmesssystem, das auf der integrierten Zeitbasis basiert. Das Timing für die analogen Ein- und Ausgangskanäle und die digitalen I/O-Leitungen kann auf unterschiedliche Raten eingestellt werden. Die mioDAQ-USB-Instrumente von NI verfügen außerdem über eine Selbstkalibrierung über die Steuerungssoftware, die eine Selbstkalibrierung einleitet und Umgebungs- und systematische Schwankungen mithilfe einer multivariablen Kalibrierungsgleichung kompensiert, um eine schnelle Kalibrierung ohne spürbare Verzögerung bei der Verarbeitung zu ermöglichen. Die resultierenden Daten werden in einem integrierten EEPROM gespeichert.

Ein weiteres Merkmal des mioDAQ-Instruments ist der Smart-ID-Pin, der den Teststand intelligenter macht. Der Smart-ID-Pin kommuniziert mit einem vom Benutzer bereitgestellten 1-Draht-EEPROM, um die Informationen über das zu testende Gerät (DUT) zu lesen und dafür zu sorgen, dass die Kabel an die richtigen Anschlüsse angeschlossen sind. Der Pin bietet Zeitersparnis und Fehlerreduzierung auf dem Teststand. Die vier Modelle der Serie sind in einem 177 mm × 30,4 mm × 116,7 mm großen Gehäuse untergebracht (Bild 2).

Über die Frontplatte besteht Zugriff auf alle analogen und digitalen Signale. Die Anschlüsse erfolgen über zwei 36-polige, frontseitig montierte Federklemmenanschlüsse, die Drähte von 26 AWG bis 16 AWG aufnehmen können. Zur Zugentlastung werden Endgehäuse für die Federklemmenanschlüsse mitgeliefert. Für Thermoelementmessungen ist eine Kaltstellenkompensation (CJC) integriert.

Das mioDAQ-Instrumentenpaket enthält Befestigungslöcher für Kabelbinder auf der Rückseite und an den Seiten sowie eine USB-Sicherungsschraube auf der Rückseite, um Kabel schnell zu befestigen und das Instrument zu integrieren. Es sind optionale Montagesätze erhältlich, um das Gerät in einem 19-Zoll-Rack oder auf DIN-Schienen mit horizontaler oder vertikaler Ausrichtung zu befestigen.

Durch die Verwendung eines QR-Codes am mioDAQ gehören verlorene Unterlagen der Vergangenheit an. Durch Scannen des QR-Codes auf der Rückseite des Moduls kann schnell auf das Benutzerhandbuch, die technischen Daten, die Anschlussbelegung und die Links zum Herunterladen von Steuer- und Analysesoftware und Treibern zugegriffen werden.

Kanal-Spezifikationen

Es stehen bis zu 32 analoge Eingangskanäle mit einem maximalen Skalenendwert von -10 V bis +10 V, einer Auflösung von 16 Bit oder 20 Bit und einer maximalen Abtastrate von 250 kS/s oder 1 MS/s (modellabhängig) zur Verfügung. Für niedrigere Bereiche von -0,2 V bis +0,2 V, -1 V bis +1 V und -5 V bis +5 V kann das Eingangssignal auf den Eingangsbereich angepasst werden, um den Dynamikbereich zu optimieren.

Die Analogausgänge haben einen Spannungsbereich von -10 V bis +10 V und werden mit 200 kS/s pro Kanal getaktet. Sie können nichtperiodische oder periodische Wellenformen erzeugen, um analoge Steuersignale zu generieren oder Sensoren zu simulieren.

Die digitalen I/O-Leitungen können unabhängig voneinander entweder als Eingang oder als Ausgang konfiguriert werden. Sie sind mit logischen Spannungsschwellen von 5, 3,3 oder 2,5 V programmierbar und können externe Takt- oder Triggersignale in das Gerät leiten oder die internen Zähler/Timer steuern.

Die mioDAQ-Instrumente lassen sich mit verschiedenen Softwarepaketen steuern, darunter NI LabVIEW, LabVIEW+, Python und die Protokollierungssoftware FlexLogger von NI. Die Treibersoftware NI-DAQmx unterstützt die benutzerdefinierte Programmierung in C/C++, C#, VB 6.0 und VB.NET und enthält Programmierbeispiele und Bibliotheksfunktionen für DAQ-Operationen.

FlexLogger ist ein programmfreies Softwarepaket, mit dem Testdaten von DAQ-Instrumenten gesteuert, angezeigt und gespeichert werden können. Es ermöglicht die Festlegung von Grenzwerten für Messwerte, während Alarme bei Bereichsüberschreitungen warnen und die detaillierte Analyse von Testdaten mit integrierten Verarbeitungstools ermöglichen. Der kostenlose FlexLogger Lite ist für die manuelle Datenprotokollierung und den grundlegenden Betrieb von NI-DAQ-Hardware vorgesehen.

Die analogen Eingangskanäle sind so konfiguriert, dass sie drei Achsen von Schwingungsdaten und Messungen von Druck, Temperatur und Schallpegel erfassen können. Jeder Eingang ist so skaliert, dass die Signale in den für die Messung geeigneten Einheiten gelesen werden. Die analogen Ausgänge liefern 5 und 3,3 V, während der digitale I/O so eingerichtet ist, dass er zwei digitale Eingänge lesen kann.

Fazit

Die mioDAQ-Instrumente von NI vereinen aktuelle Messtechnik mit einem einfachen Benutzererlebnis. Testingenieure können anspruchsvolle elektromechanische Prüfsysteme mit mioDAQ-Komponenten erstellen, die mit programmierfreier Software wie FlexLogger von NI oder Systemsoftware wie LabVIEW von NI für anspruchsvollere Testanforderungen kombiniert werden. (na)

Den Originaltext dieses Beitrags finden Sie hier: https://www.digikey.be/de/articles/simplify-electromechanical-testing-usb-based-data-acquisition-system