Banco prova motori elettrici adatto alla EtherCAT - con TIM-EC

Allo scopo di sviluppare un banco prova per motori di auto elettriche, la Dynosens necessitava di una interfaccia per collegare il proprio torsiometro T40B al bus di campo (fieldbus) EtherCAT. Il modulo TIM-EC che la HBM era in procinto di lanciare sul mercato è stato immediatamente messo in campo ...

La Dynosens è specializzata nello sviluppo di banchi prova per motori e veicoli di tutti i tipi. La società, fondata nel 1990 a La Roche sur Foron (Alta Savoia - Francia), fornisce circa trenta banchi prova all'anno, sia in versione standard che progettati su misura, a diversi mercati (auto, moto, scooter, gokart, trattori, motori agricoli, ecc.).

Nei suoi diversi progetti di sviluppo, la Dynosens si sforza di capitalizzare le proprie risorse e si affida a propri fornitori di riferimento. Yves Rosnoblet, Direttore Generale della società spiega: "Noi operiamo con fornitori riconosciuti per la qualità e le prestazioni dei loro prodotti, ed anche per la qualità della loro assistenza tecnica. Questa è la ragione per cui la HBM è il nostro principale fornitore di trasduttori di forza e di coppia da 15 anni".

Nel corso degli anni, la HBM è diventata un vero e proprio partner della Dynosens. Ciò è stato confermato ancora una volta con il recente bando di gara della CEA (French for Commission for Atomic Energy - Commissariato Francese per l'Energia Atomica), vinto dalla Dynosens.

Un banco prova su misura basato su rigorose specifiche tecniche

Questo bando di gara relativo ad un banco prova per motori elettrici  avente lo scopo di studiare ed ottimizzare le leggi che regolano il motore , basandosi su un motore rappresentativo delle auto elettriche, il Renault ZOE. La CEA stessa si è assunta la responsabilità dell'elettronica di controllo del motore ed elaborazione delle misurazioni.

Il banco prova doveva essere consegnato con un motore ZOE ed un macchinario per simulare i cambiamenti effettuati sul motore durante l'accelerazione o la frenata, o per le salite e le discese. Il sistema di caricamento era un servomotore elettrico asincrono con controllo della coppia e/o della velocità di rotazione.

Essendo lo scopo del banco prova quello di studiare i parametri per il motore, era necessario registrare le informazioni di misura (tensione, corrente, potenza elettrica, coppia, velocità di rotazione, ecc.). "Il documento delle specifiche imponeva che queste misurazioni fossero trasmesse mediante un bus di campo EtherCAT," chiarisce Yves Rosnoblet.

La EtherCAT è una versione industriale in tempo reale della Ethernet. Lanciata sul mercato all'inizio del 2000 da Beckhoff, la EtherCAT è diventata rapidamente uno standard aperto controllato da un'organizzazione indipendente (ETG - EtherCAT Tecnology Group) avente come membri oltre 2400 società. Essa fornisce tutti i documenti e gli attrezzi necessari per sviluppare i prodotti in conformità allo standard.
Tipicamente, un bus EtherCAT può gestire processi (cicli temporali) di 1000 ingressi / uscite digitali in 30 µs o 200 ingressi / uscite analogiche in 50 µs, o 100 servoassi in 100 µs.

Il torsiometro T40B, ideale per questo genere di applicazioni

La Dynosens voleva usare un torsiometro HBM nel nuovo banco prova. La società impiega da lungo tempo la tecnologia HBM ed apprezza l'innovazione da essa prodotta relativa all'applicazione degli estensimetri su una flangia invece che su un albero rotante. Ciò riduce la deformazione sull'albero e garantisce anche migliori prestazioni di misura, specialmente in termini di dinamica.

Questi trasduttori sono inoltre molto robusti, cosa molto vantaggiosa con i banchi prova per motori a combustione, ove il modo di funzionamento del motore e della trasmissione crea sollecitazioni meccaniche più impegnative. Date le circostanze, nessuna meraviglia se questi trasduttori siano diventati il nuovo riferimento per i banchi prova dei motori a combustione alla Dynosens (ed anche in altre compagnie!).

Nel corso degli anni è cresciuto il programma di fabbricazione (il campo di misura spazia da 50 Nm ad 80 kNm), con famiglie di prodotti sempre più specificamente mirati alle differenti applicazioni. Il T40B ha infatti raggiunto un un rapporto prezzo / prestazioni incomparabile. Confrontato con i modelli della precedente generazione, sono migliorate le prestazioni e dimezzati i prezzi. Non è sorprendente che dopo essere diventata lo standard per i banchi prova dei motori termici, la  HBM stia già facendo notevoli progressi anche per i motori elettrici.

La Dynosens apprezza il T40B anche per la sua capacità di rilevare sia coppie che velocità di rotazione, e questo semplifica il processo di progettazione.

Condizionamento del segnale - un punto cruciale

Nella fase progettuale del banco prova, la HBM non offerse la connessione EtherCAT per il  T40B. Era infatti prevista l'implementazione di una soluzione tradizionale con l'integrazione di un modulo I/O EtherCAT.

Ma, secondo Yves Rosnoblet, ciò non avrebbe consentito di sfruttare pienamente le prestazioni del torsiometro: "I produttori di trasduttori sono nella posizione migliore per sviluppare le funzioni di gestione e di diagnostica integrate nella connessione a bus di campo. I blocchi I/O sviluppati dai produttori di dispositivi automatici non sono specifici per natura e non possono essere ottimizzati per tutti i tipi di trasduttori. Ciò vale particolarmente per un trasduttore così evoluto della classe del T40B".

Connessione diretta alla EtherCAT con il modulo TIM-EC

Naturalmente la Dynosens informò la HBM sui suoi esperimenti. La risposta fu immediata. Nel medesimo momento, un dei più importanti produttori europei di automobili aveva posto la medesima richiesta, inducendo la HBM a sviluppare una interfaccia EtherCAT. Il prodotto non era ancora sul mercato, ma l'esperienza suggerì alla Dynosens di poter contare sulla HBM, che iniziò la progettazione del banco prova nella consapevolezza di effettuare praticamente il 'beta testing' della interfaccia EtherCAT.

La interfaccia, denominata TIM-EC, fu consegnata nel tempo stabilito e la Dynosens è stata la prima ad utilizzarla in Francia. "Abbiamo corso un piccolo rischio ma ne siamo stati ripagati. Il prodotto entrò immediatamente in servizio e, installato nel banco prova non ha causato assolutamente alcun problema. In termini di prestazioni, esso fornisce la risoluzione di 25 bit, un livello ben superiore agli scopi dei moduli I/O industriali. Come sappiamo, la precisione è un dato importante per gli utenti dei banchi prova, perché è essa che consente il miglioramento delle prestazioni," afferma con piacere Yves Rosnoblet. La interfaccia TIM-EC della HBM consente di selezionare varie velocità di filtraggio e fornisce informazioni diagnostiche sull'intera catena di misura (dal trasduttore alla interfaccia).

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"Noi operiamo con fornitori aventi una buona reputazione su qualità e prestazionidei loro prodotti, ed anche sulla qualità della loro assistenza tecnica. Questa è la ragione per cui la HBM è il nostroprincipale fornitore di trasduttori di forza e di coppia da 15 anni." 

Yves Rosnoblet, Direttore Generale della Dynosens

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