Ventil 3 / 2020 • Letnik 26 Izvleček: V prispevku opisujemo izvedbo mehanskega in krmilnega dela naprave za testiranje centralnih pogonov za električna kolesa. Naprava se uporablja kot podpora pri razvoju centralnih pogonov. Pogon ima vgra- jeno lastno krmilje, ki vseskozi preko senzorja momenta prilagaja navor glede na pritisk na pedala kolesa. Jedro krmilnega sistema teče na osebnem računalniku in je zgrajeno na osnovi programske opreme Lab- VIEW podjetja National Instruments, od katerega se zahteva spreminjanje vhodnega navora po stopnjah, ki jih definira operater, spremljanje parametrov pogona, vhodnih električnih veličin in temperatur. Pogon je po reduktorju povezan na zavorni pogon Bosch Rexroth, krmiljen z Open Core Engineering. Načrtanih je bilo tudi nekaj elektronskih vezij za potrebe merjenj. Ključne besede: centralni pogon za električno kolo, testiranje delovanja, življenjska doba delovanja, Open Core Engineer- ing, LabVIEW 194 1 Uvod V podjetju Domel je bil razvit centralni pogon za električna kolesa. Podjetje je specializirano za pro- izvodnjo elektromotorjev, od katerih je že vrsto let paradni konj sesalna enota. Kupcem želimo zagota- vljati visokokakovostne izdelke, kar lahko doseže- mo s trajnostnim testiranjem izdelkov. V podjetju smo osredotočeni na naročnika, ki mu želimo dostaviti visokotehnološki izdelek z zagoto- vljeno funkcionalnostjo, ki zahtevnim specifikacijam ustreza vso svojo življenjsko dobo. Testiranje tako funkcionalnosti kot tudi življenjske dobe je ključno za hiter razvoj izdelka. V nadaljevanju se posvečamo razvoju glavnega krmilnega sistema za nadzor testiranja funkcio- nalnosti, katerega jedro je osebni računalnik s pro- gramsko opremo v okolju LabVIEW [3], od kate- rega se zahteva nadzor nad testom, ki vključuje nastavljanje poljubnih vrednosti navora ali hitrosti (glede na režim delovanja) v eni točki delovanja kot tudi t. i. ciklanje, spremljanje parametrov po- gonskega krmilnika in krmilnika zaviralnega pogo- na, merjenje električnih veličin preko električnega vezja, razvitega v podjetju, ter spremljanje tempe- ratur, ki vključuje tudi alarme ter ustrezne reakcije – ustavitev. 2 Zahteve za izvedbo testirne naprave Za pogon so zahtevani naslednji načini testiranja:  hiter preizkus delovanja (odzivnost krmilnika pogona),  testiranje delovanja v navornem režimu (s ser- vomotorjem držimo konstantno kadenco),  testiranje delovanja v kadenčnem režimu (s ser- vomotorjem nastavljamo obremenitev pogona),  test življenjske dobe 800 ur. Rešitev za omenjene potrebe je avtomatizirana na- prava, ki zajema mehanski in krmilni del. Za testno napravo so specificirane naslednje zah- teve:  ciklično prehajanje med različnimi stanji obre- menitve,  merjenje napetosti in toka na vhodu posame- znega pogona,  merjenje temperatur na pogonu, reduktorju, za- viralnem motorju in zaviralnem uporu,  hlajenje vsakega od pogonov z zrakom s hitro- stjo 3,5 m/s in temperaturo 20 °C,  ustavitev ustrezne testne proge ob neželenem dogodku,  arhiviranje zgodovine testiranja. 3 Mehanski del testirne naprave Mehanski del naprave je sestavljen iz vpenjala pogona, ki ga preko sklopke povežemo na reduktor s sklopko. Reduktor je naprej povezan z zaviralnim motorjem. n aprava za testiranje centralnih pogonov za eleK trična Kolesa Matija Oblak, Matej Zorko Matija Oblak, mag., Matej Zorko, univ. dipl. inž. oba Domel, d. d., Železniki TESTIRNE NAPRAVE Ventil 3 / 2020 • Letnik 26 195 Velik načrtovalski izziv je predstavljala izbira zavor- nega sistema, saj ima pogon v osnovi nizke obrate (do 120 obratov na minuto) in visoke navore (do 125 Nm), kar pomeni, da bi potrebovali velik motor, ki bi zmogel zavirati visok navor pri nizkih obratih. Od- ločili smo se, da uporabimo reduktor za prehod na višje obrate, saj je ekonomsko bolj smiselno upora- biti manjši motor z visokimi obrati in reduktorjem kot večji motor, ki bi zadostil pogojem glede navora. Za simulacijo hlajenja pri vožnji električnega kolesa uporabljamo ventilator, narejen v podjetju, na kate- rega montiramo razvod za vsako testno progo. 4 Krmilni del testirne naprave Krmilni del mora omogočati paralelno in med sabo neodvisno testiranje do treh pogonov istočasno. Vsaka testna proga mora imeti možnost vnosa la- stnih parametrov testa, kot sta periodično spremi- njanje parametrov vhodnih parametrov pogona in mejne temperature, na katere reagira krmilje. Operater preko nadzornega programa v okolju Lab- VIEW požene posamezen test. Test je možno tudi naknadno spremeniti ali ga prekiniti. Osebni raču- nalnik (slika 1) je povezan v mrežo Ethernet, preko katere bere podatke iz šasije National Instruments, kjer sta vstavljeni kartica NI 9205 z analognimi vho- di za merjenje napetosti in toka z električnega vezja in temperaturno kartico NI 9213. Preko mreže upra- vljamo tudi zaviralne servopogone Bosch Rexroth MSK060C. Preko USB-vodila imamo priklopljen enosmerni napajalnik, s katerega beremo vrednosti o napetosti, toku in moči, ter pretvornik USB-CAN Open, s katerim komuniciramo s pogonom. S pogo- na beremo naslednje parametre:  temperature motorja, ohišja in tranzistorjev MOSFET,  napetost, tok in moč na DC-linku motorja,  obr a t e ,  nastavljeno vrednost navora oz. obratov. 4.1 Krmiljenje servomotorjev z uporabo Open Core Engineering Vmesnik Open Core Engineering [1] omogoča di- rekten dostop do vseh funkcij krmilnika servopogo- na. Programiranje poteka v višjenivojskih program- skih jezikih, sam program pa lahko teče na krmilniku oz. ločeni napravi. Slika 1 : Komunikacijska shema testirne naprave TESTIRNE NAPRAVE Slika 2 : Krmilniki Bosch Rexroth, na katerih deluje Open Core Engineering Ventil 3 / 2020 • Letnik 26 196 To pomeni, da je mogoče, da na krmilniku ni nobe- nega programa, celotna krmilna logika je prema- knjena na ločeno napravo. V tem primeru moramo na začetku samo inicializirati krmilnik (nastaviti tip servomotorja, limite, …), nato pa vse ostalo poteka v našem priljubljenem programskem okolju (slika 3). Tak pristop ima naslednje prednosti:  Poznavanje PLC-programiranja v IndraWorks Engineering ni več potrebno.  V eni aplikaciji je združena krmilna logika, mer- jenje, obdelava podatkov, …  Program lahko teče v realnem času na krmilniku ali pa na ločeni napravi (PC, tablični računalnik, pametni telefon). Slabosti so:  Če krmilna logika ne teče na PLC, ampak na lo- čeni napravi, je stvar manj primerna za časovno kritično krmiljenje pogonov, kar pa je še vedno dovolj dobro za relativno počasne procese. Za krmiljenje pogonov Rexroth v LabVIEW upora- bljamo knjižnico EAL, ki vsebuje vse funkcije, po- trebne pri upravljanju servopogonov. Na voljo je brezplačno preko VI Package Mangerja oz. s preno- som s spletne strani Rexroth. 4.2 Razvojno okolje LabVIEW Nadzorna aplikacija je razvita v razvojnem oko- lju LabVIEW podjetja National Instruments [2]. Okolje je sestavljeno iz dveh delov. Prednja plo- šča predstavlja vidni del aplikacije (uporabniški vmesnik), kjer so kontrole (gumbi, vnosna polja, spustni seznami, tabele, …) in indikatorji (grafi, iz- hodna polja, tabele, …). Drugi del okolja predsta- vlja blokovni diagram, kjer je samo jedro programa (koda, algoritmi, …). Uporabniški vmesnik predstavlja do operaterja pri- jazno, razumljivo in kar se da intuitivno okolje, ki operaterju omogoča popoln nadzor nad izvajanjem testa. Operater ima na voljo tako numerične kot tudi grafične prikazovalnike parametrov, vnosna polja in gumbe, ki omogočajo krmiljenje naprave (slika 4). TESTIRNE NAPRAVE Slika 3 : Širok nabor podprtih programski okolij Slika 4 : Operater pri uporabi testirne naprave. Ventil 3 / 2020 • Letnik 26 Zastopamo pogonske sisteme Indra Drive podjetja Bosch Rexroth, uporabne na področjih, kjer je zahtevan dinamičen pogon z veliko natančnostjo pozicioniranja: obdelovalni CNC – stroji, manipulatorji, razne namenske naprave in stroji. Kontakt: brane.ozebek@domel.com T: +386 4 51 17 358 M: +386 41 786 238 Več informacij: www.domel.com V ponudbi imamo tudi linearno tehniko Bosch Rexroth, ki obsega: okrogla vodila in kroglične puše, tirna vodila in vozički, kroglična vretena, modularni sistemi. Kontakt: lojze.jemec@domel.com T: +386 4 51 17 456 M: +386 51 489 005 Več informacij: www.domel.com Ventil 3 / 2020 • Letnik 26 Device for testing drives for electric bicycles Abstract: The article presents the implementation of a control unit device for testing central drives for electric bi- cycles. The device is used for performing life time tests in development and early production stages. The core of the control system is the application developed in LabVIEW environment running on a PC. The software allows the operator to have full control of the test including tested drive parameters and load management, power supply management and temperature measurement. The drive for electric bicycles is connected to the brake drive Bosch Rexroth through the gear controlled via Open Core Engineering. A few PCB boards have been developed to support measurements. Keywords: central drive for electric bicycles, functional and life time testing, Open Core Engineering, LabVIEW Nadzorna programska oprema omogoča operater- ju naslednje funkcije:  nastavljanje bremena (obrati, navor) vsakemu od servopogonov,  vklop in izklop, nastavljanje napetosti in limite toka DC-napajalnika,  spremljanje napetosti in tokov posameznega testiranega pogona, kalkulacija moči,  spremljanje temperatur, merjenih s termočleni,  spremljanje parametrov in delna konfiguracija pogona,  spremljanje obratovalne dobe pogona in opra- vljenih ciklov,  ciklično spreminjanje parametrov pogona,  beleženje zgodovine v tekstovno datoteko v poljubnih časovnih intervalih. 5 Zaključek Nadzorni program za testiranje življenjske dobe po- gona za električna kolesa je bil razvit v razvojnem okolju LabVIEW. Dodatno je bilo potrebno razviti gonilnik Labview za komunikacijo s testnim pogo- nom električnega kolesa. Razvito je bilo pomožno električno vezje z nape- tostnim in tokovnim pretvornikom za prilagoditev signalov. Testirno napravo v podjetju Domel uspešno upora- bljamo že več kot pol leta in nam zelo koristi tako pri testiranju življenjske dobe kot tudi pri preizkuša- nju novih komponent izdelka. Viri [1] Open Core Engineering, (https://www.bo- schrexroth.com/en/xc/products/engineer- ing/opencoreengineering/what-is-open- core-engineering/index). [2] LabVIEW, Getting started with LabVIEW, (http:/ /www.ni.com/pdf/manuals/373427j. pdf). WWW.IRT3000.COM SPLAČA SE BITI NAROČNIK UGODNOSTI ZA NAROČNIKE REVIJE NAROČITE SE! 01 5800 884 info@irt3000.si www.irt3000.si/narocam ZA SAMO 50€ DOBITE: Vsak novi naročnik prejme majico in ovratni trak • celoletno naročnino na revijo IRT3000 (10 številk) • strokovne vsebine na več kot 140 straneh • vsakih 14 dni e-novice IRT3000 na osebni elektronski naslov • možnost ugodnejšega nakupa strokovne literature Na voljo tudi digitalna različica revije 198 TESTIRNE NAPRAVE