Banco prova di resistenza per componenti idraulici con interfaccia EtherCAT

I cilindri idraulici vengono utilizzati per svolgere lavori pesanti nelle applicazioni industriali, ad esempio nelle scavatrici, nelle presse o nelle macchine utensili. Le richieste, in particolare quelle relative alla durata di vita della macchina, sono sempre più alte. Per questo motivo, i produttori danno sempre maggiore importanza alla forza di resistenza fin dalla prima fase di sviluppo del componente. Solo i componenti che hanno superato con esito positivo le prove di carico a lungo termine vengono ammessi alla produzione di massa.

Gli sviluppatori utilizzano banchi prova speciali per determinare la durata di vita a fatica e le caratteristiche di resistenza dei componenti idraulici in termini di prestazioni operative, ore di funzionamento e cicli di carico. Su questi banchi prova, vengono anche effettuate simulazioni di condizioni di errore e risoluzione dei problemi ottenute tramite effetti di interferenza mirati. Un noto produttore di cilindri idraulici ha commissionato a a-solution la modernizzazione di un banco prova di sviluppo di questo tipo allo scopo di continuare a utilizzare le impostazioni idrauliche e sostituire solamente le attrezzature per la misurazione e il controllo. Gli esperti delle soluzioni di misura e automazione hanno scelto dei componenti standard per l’implementazione del nuovo sistema. Hanno inoltre utilizzato il sistema di acquisizione dati QuantumX di HBM che, in questo contesto, ha ampiamente dimostrato i vantaggi offerti all’utente, come ad esempio la possibilità di una facile integrazione con i sistemi esistenti tramite EtherCAT.

a-solution in breve

a-solution GmbH si occupa di soluzioni hardware e software, programmi di formazione individuali su misura e automazione e gestione dei dati tecnici dal 2001.

Figura 1: Schema delle impostazioni della prova

Messa a punto del banco prova intelligente tramite componenti standard

Per modernizzare il suo banco prova di sviluppo, un noto produttore di componenti idraulici ha stabilito delle condizioni precise: ha richiesto un sistema di prova moderno che permettesse di caricare ciclicamente campioni di prova nelle prove di resistenza per più mesi (ossia circa 10 milioni di cicli di carico in applicazioni standard). A questo scopo, ha richiesto che si continuassero a usare le impostazioni idrauliche e che venissero sostituite solamente le attrezzature di misurazione e controllo parzialmente difettose; per la sostituzione ha richiesto che venissero utilizzati componenti standard disponibili sul mercato con un sistema bus robusto per garantire una trasmissione dei segnali affidabile. Infine, il cliente ha richiesto un software aperto basato su DIAdem da utilizzare per la personalizzazione da parte dell’utente e uno scambio di dati di facile realizzazione tra il personale addetto alle prove e gli sviluppatori.

Con queste premesse, a-solution ha implementato un sistema distribuito costituito da tre stazioni di prova indipendenti (vedi Figura 1) che forniscono una soluzione su misura per soddisfare le richieste del cliente. Per il funzionamento e la visualizzazione viene utilizzato un computer con controllo centralizzato. Ogni stazione di prova ha due entrate analogiche e otto uscite digitali, più 16 entrate analogiche con una funzione di monitoraggio del valore limite che reagisce entro 10 millisecondi quando si verificano condizioni di segnale critiche. Ogni computer destinato alla misurazione dispone a sua volta di due amplificatori di misura. In questo caso, a-solution ha deciso di utilizzare l’amplificatore universale compatto QuantumX MX840B di HBM. I fattori decisivi che hanno portato a questa scelta sono stati la facilità di integrazione con l’architettura globale del sistema tramite EtherCAT, la configurazione flessibile e l’alta qualità del segnale, oltre alla presenza di 8 canali per l’acquisizione dei dati, tutti disponibili tramite modulo gateway

QuantumX di HBM garantisce uno scambio di dati efficiente

La connettività, in particolare tra gli amplificatori di misura e il computer che effettua la misurazione, è di fondamentale importanza per la funzionalità dell’intero sistema. L’interfaccia deve trasferire i dati in tempo reale e con un’alta velocità di trasmissione per poter garantire il tempo di risposta adeguato durante il monitoraggio del valore limite. Per questo motivo, a-solution ha deciso di utilizzare lo standard Ethernet veloce EtherCAT e il driver DIAdem-EtherCAT, sviluppato internamente, per garantire una facile integrazione in tempo reale del software DIAdem con EtherCAT. Per collegare i due amplificatori di misura QuantumX di ogni stazione di prova a EtherCAT, sono stati utilizzati due moduli gateway HBM CX27 (uno per amplificatore). Grazie al software di configurazione QuantumX incluso, che consente una configurazione ottimale e offre diverse opzioni di diagnosi, è stato possibile integrare in maniera semplice e rapida l’applicazione al sistema. A questo scopo, si è fatto in modo di poter aprire QuantumX Assistant direttamente dall’applicazione DIAdem.

Il banco prova di resistenza per componenti idraulici di a-solution offre al cliente un’applicazione che permette di realizzare operazioni di prova complesse utilizzando componenti hardware e software standard. L’acquisizione del segnale può essere adattata in maniera flessibile a diverse impostazioni di prova, con l’ausilio degli amplificatori universali QuantumX di HBM che ne consentono la parametrizzazione. La reazione in tempo reale di un sistema distribuito basato su Windows a condizioni di segnale critiche viene garantita con l’acquisizione e l’output dei segnali tramite il gateway CX27 di HBM, il driver DIAdem-EtherCAT di a-solution e un hardware EtherCAT aggiuntivo. La struttura caratteristica di un software aperto, basata su DIAdem e QuantumX Assistant, consente al cliente di adattare l’applicazione a eventuali esigenze future.