Position Sensor Simulation FS

1.1Blockschaltbild der PosSim FS

Allgemeiner Aufbau:

• Die PosSim FS benötigt eine Spannungsversorgung mit 24 V, 2 A an PWR/GND.
• Ethernet-Verbindung zum übergeordneten System. Steuerung und Konfiguration sind vollständig über Ethernet möglich.
• CAN-FD-Verbindung zum übergeordneten System. Die Steuerung ist vollständig möglich. Für Konfiguration und Update ist zusätzlich die Ethernet-Kommunikation erforderlich.
• Alle Gruppen sind untereinander, gegenüber der Spannungsversorgung des Systems und gegenüber dem Gehäuse galvanisch getrennt.
• Die PosSim FS ist als Version mit 10, 20 oder 30 Kanälen erhältlich. Jede Kanalgruppe hat 5 Kanäle. Werden zwei Gruppen zusammen betrieben (Dual Mode), müssen die jeweiligen GND der beiden Gruppen miteinander verbunden werden.

1.2Pinbelegung der Steckverbinder

Analogausgang – empfohlener Leiterquerschnitt: 0,14 mm² … 0,5 mm². Verdrillte und/oder geschirmte Leitungen können verwendet werden (bei größeren Entfernungen oder in EMV-kritischen Umgebungen).

Tabelle 2: Elektrische Pinbelegung

Hinweis: Für Prüflinge, die 8 Signale benötigen, können Gruppe 1 und 2, Gruppe 3 und 4 oder Gruppe 5 und 6 per Software miteinander verbunden werden. Jede Kombination ist möglich. Die Zuordnung der Signale ist fest vorgegeben und kann nicht geändert werden.

1.2.1Steckverbinderbelegung

Die folgende Abbildung zeigt die Anordnung der Steckverbinder in der Rückansicht:

1.2.2Ethernet-Steckverbinder

Die Ethernet-Verbindung für die Kommunikation mit dem übergeordneten System erfolgt über Ethernet. Verwenden Sie mindestens CAT5-Patchkabel mit RJ45-Steckverbinder. 1000 Base-T wird unterstützt, für typische Anwendungen genügt jedoch 100 Base-T.

1.2.3CAN-Steckverbinder

Für die CAN-Kommunikation ist das System PosSim FS mit einem D-Sub-Steckverbinder auf der Vorderseite und einem VG96-Steckverbinder auf der Rückseite ausgestattet. Die Belegung des D-Sub-Steckverbinders entspricht dem Standard. Die GND-Leitung ist zwingend erforderlich.

• Pin2: Can-L
• Pin3: GND
• Pin7: Can-H

1.2.4Gegenstecker auf Systemseite

Für den Gegenstecker im Prüfsystem können die folgenden Komponenten verwendet werden. Die folgende Tabelle enthält verschiedene Ausführungen zum Crimpen oder Löten von zwei Herstellern.

Tabelle 3: Bestellnummern der Steckverbinder

1.2.5Einbau in Baugruppenträger

Die PosSim FS ist in eine Kassette mit den Abmessungen 6 HE x 14 TE x 227 mm eingebaut. Für den Einbau in ein 19-Zoll-Rack ist ein Baugruppenträger erforderlich. Hierfür kann beispielsweise der EuropacPRO von nvent Schroff verwendet werden. Für die PosSim FS ist ein Baugruppenträger mit 6 HE erforderlich. Vorne (oben und unten) sind Modulschienen vom Typ H-LD erforderlich, damit die Griffe einrasten können. Hinten (oben und unten) sind Modulschienen vom Typ H-MZ mit Z-Schienen erforderlich. Über die Z-Schienen kann der Gegenstecker direkt an den Schienen befestigt werden. Außerdem benötigen Sie Führungsschienen mit Endstücken.

Wird ein fertig aufgebauter Baugruppenträger benötigt, kann IRS hierfür ein Angebot erstellen.

1.2.6Tischgehäuse

Für den Laboreinsatz kann die PosSim FS auch in ein Tischgehäuse eingebaut werden. Dieses ist mit einem 230-V-Netzanschluss und einem aktiven Lüfter ausgestattet.

1.3Abmessungen

Die PosSim FS ist auf einer Karte mit 220 mm (B) x 230 mm (H) (6 HE) aufgebaut. Die folgende Abbildung zeigt die Abmessungen der Platine in der Kassette.

1.4Technische Daten

1.4.1Allgemein

Beim Betrieb der PosSim FS dürfen die folgenden Umgebungsparameter nicht überschritten werden.

Tabelle 4: Technische Daten für den Betrieb

1.4.2Ausgang 1...30

Die folgenden Daten gelten für alle Ausgangskanäle.

Tabelle 5: Technische Daten der Ausgänge

1.5Signalverläufe

C1Y: SinP ; C2M: SinN ; C3C: CosP ; C4G: CosN

Der folgende Abschnitt beschreibt die Funktionen des Moduls, beginnend mit den grundlegenden Softwarefunktionen. Das Softwarepaket wird von IRS zum Download bereitgestellt.

2.1Grundlegende Softwarebeschreibung

Auf Anfrage sind individuelle Anpassungen möglich. Für die Verwendung der PosSim FS werden einige Softwarepakete wie LabVIEW-Bibliotheken oder eine C#-DLL benötigt. Diese Softwarepakete müssen an einem gemeinsamen Speicherort abgelegt werden.

• IRS.PosSim.cSharpAPI (Funktionsbibliothek für die Integration in Prüfsysteme, die C# unterstützen)
• IRS.PosSim.DBC (CAN-Datenbankdatei für cRIO und Steuerungssystem)
• IRS.PosSim.DeviceFirmware (Firmware für cRIO)
• IRS.PosSim.RioUpdateTool (Tool zum Aktualisieren von Firmware und DBC)
• IRS.PosSim.Testpanel (Tool zum Konfigurieren und Steuern der Simulation; NI LabVIEW Runtime 2022 ist erforderlich)
• NI.PosSim.PackageManager (erforderliche NI-Pakete)
• IRS.PosSim.API.llb (Funktionsbibliothek für die Integration in NI LabVIEW 2022 oder NI Teststand)
• IRS.PosSim.Dep.llb (zusätzlich erforderliche VIs)

Das Gerät arbeitet über TCP/IP und verwendet für den Datenaustausch das JSON-Format. Dadurch können Sie in jeder Programmiersprache, die das JSON-Format unterstützt, eine eigene Funktionsbibliothek schreiben. Das Schema kann auf Anfrage veröffentlicht werden. Das System lässt sich auch über die optionale CAN-FD-Schnittstelle steuern.

2.1.1Softwareschichten

2.1.2LabVIEW PC-API

Die API enthält den Befehlssatz, der zur Steuerung der Simulation erforderlich ist. Es gibt Befehle zum Auf- und Abbau der TCP-Verbindung, zur Parametrierung und zur Steuerung. Die Eingabewerte werden in der API in das JSON-Format umgewandelt.

2.1.3LabVIEW-Real-Time-Prozessor

Auf dem Gerät werden die eingehenden Daten entpackt und auf Plausibilität geprüft. Liegen die Parameter außerhalb des zulässigen Bereichs, wird eine Fehlermeldung erzeugt und an die API zurückgesendet. Sind die Parameter gültig, werden sie in ein für das FPGA gültiges Format umgewandelt und an das FPGA weitergeleitet.

2.1.4LabVIEW FPGA

Das FPGA steuert die DACs an und stellt sicher, dass die Abtastwerte auf allen Kanälen synchron ausgegeben werden. Die Ausgabewerte werden direkt auf dem FPGA berechnet. Das hat den Vorteil, dass über den gesamten Ausgabebereich eine sehr hohe Auflösung erreicht werden kann. Zudem ist das Timing jederzeit gewährleistet.

2.2NI.PosSim.PackageManager

Für die Verwendung NI-basierter Software sind je nach Anwendung unterschiedliche Pakete erforderlich. Zunächst muss der NI Package Manager „NIPackageManager24.3.0_online.exe“ installiert werden. Mit diesem Package Manager lassen sich anschließend alle erforderlichen Pakete installieren. Das Dokument „Required Packages.txt“ enthält eine kurze Übersicht.

Für IRS.PosSim.Testpanel.exe ist das folgende Paket erforderlich

Für RioUpdateTool.exe sind die folgenden Pakete erforderlich

• LabVIEW Runtime 2022 Q3 32 Bit und

Für NI Measurement & Automation Explorer 2022 Q3 (Ändern der IP-Adresse) sind die folgenden Pakete erforderlich.

• LabVIEW Runtime 2022 Q3 32 Bit und NI-XNET 2022 Q3 und

2.3NI Measurement & Automation Explorer 2022 Q3

1_Remote Systems: Wählen Sie das zu konfigurierende Gerät aus.

2_Network Settings: Wechseln Sie zur Registerkarte mit den Netzwerkeinstellungen.

3_IPv4 Address: Geben Sie hier die neue IP-Adresse ein.

4_Save: Nachdem die neue IP-Adresse eingegeben wurde, wird sie mit der Schaltfläche „Save“ auf das Gerät übertragen.

2.4IRS.PosSim.Testpanel

„IRS.PosSim.Testpanel.exe“ ist eine ausführbare .exe-Datei. Im Hintergrund wird „IRS.PosSim.API.llb“ verwendet.

1_Host_Name: Der „Host_Name“ setzt sich aus dem Produkt „PosSimFS“ und der Seriennummer „XXXXXXXX“ zusammen.

2_PC_Version: „PC_Version“ zeigt die Versionsnummer der Funktionsbibliothek „IRS.PosSim.API.llb“.

3_RT_Version: „RT_Version“ zeigt die Versionsnummer der Gerätefirmware „PosSim_RT_Top_StartUp.rtexe“.

4_FPGA_Version: „FPGA_Version“ zeigt die Versionsnummer der FPGA-Bitdatei „PosSim_Common_FPGA_Bitfile.lvbitx“. Die Bitdatei muss nicht separat kopiert werden, sie ist bereits in der Firmware enthalten.

5_HW_Version: „HW_Version“ zeigt die Versionsnummer der Leiterplatte.

6_Target IP: Für die Verbindung muss die IP-Adresse des Geräts im Bedienelement „Target IP“ angegeben werden.

7_SaveSettingsToDefault: Mit der Funktion „SaveSettingsToDefault“ können die Parameter aus den Feldern „Speed settings“, „Amplitude settings“ und „Position settings“ direkt auf dem Gerät gespeichert werden. Diese Parameter werden nach einem Neustart geladen.

8_SaveDualModeToDefault: Mit der Funktion „SaveDualModeToDefault“ können die Parameter aus dem Feld „Dual Mode settings“ direkt auf dem Gerät gespeichert werden. Diese Parameter werden nach einem Neustart geladen.

9_SaveCanSettingsToDefault: Mit der Funktion „SaveCanSettingsToDefault“ können die Parameter aus dem Feld „Can settings“ direkt auf dem Gerät gespeichert werden. Diese Parameter werden nach einem Neustart geladen.

10_APIControl: Das Testpanel kann auch als Live-Anzeige für die CAN-Kommunikation verwendet werden. Ist die Funktion „APIControl“ deaktiviert, werden die über die CAN-Schnittstelle geschriebenen Parameter in Echtzeit angezeigt.

11_Selection: Wählen Sie im Menü „Selection“ die zu steuernde Gruppe aus. Wird eine Gruppe ausgewählt, die nicht aktiv ist, erhält der Benutzer eine Fehlermeldung. Die Gruppen können beliebig gewechselt werden. Ein erneuter Verbindungsaufbau ist nicht erforderlich.

12_Connect: Mit der Funktion „Connect“ wird eine TCP-Verbindung zum Gerät aufgebaut. Das Gerät unterstützt parallele Verbindungen. Das Testpanel kann daher parallel zu anderen Verbindungen verwendet werden, z. B. über die Automatisierungssoftware.

13_Disconnect: Mit der Funktion „Disconnect“ wird die TCP-Verbindung wieder geschlossen. Wichtig: Beim Schließen der Verbindung bleiben alle Zustände erhalten.

14_Exit: Wenn die Verbindung zum Gerät geschlossen wurde, kann das Testpanel geschlossen werden.

15_RotateEnable: Die Simulation unterscheidet zwei Betriebsarten. Ist „RotateEnable“ auf true gesetzt, befinden Sie sich in der Rotationssimulation. Bei false befinden Sie sich in der Positionssimulation.

16_RotateLeft: Mit dem Parameter „RotateLeft“ kann die Drehrichtung konfiguriert werden.

17_Speed [RPM]: Mit dem Parameter „Speed [RPM]“ kann die mechanische Drehzahl eingestellt werden. Bei einer Polpaarzahl von 1 beträgt der zulässige Bereich 0 ... 120.000 RPM.

18_Gradient [RPM/s]: Mit dem Parameter „Gradient [RPM/s]“ kann eine Rampe konfiguriert werden. Bei einem Gradienten von 100 RPM/s und einer Drehzahl von 1000 RPM dauert es 10 Sekunden, bis die Drehzahl erreicht ist. Ist 0 eingestellt, springt die Simulation direkt auf die eingestellte Drehzahl. Bei einer Polpaarzahl von 1 beträgt der zulässige Bereich 0 ... 120.000 RPM/s.

19_PolePairs: Über den Parameter „PolePairs“ kann das Verhältnis von elektrischer zu mechanischer Drehzahl eingestellt werden. Bei einer Polpaarzahl von drei gibt die Simulation die dreifache elektrische Frequenz aus. Am Ausgang sind maximal 2 kHz (120.000 RPM) möglich. Dieser Wert kann nach Rücksprache mit IRS angepasst werden. Bei einer Polpaarzahl von drei ist noch eine maximale Drehzahl von 40.000 RPM möglich. Der zulässige Bereich beträgt 1–32.

20_VDiag: Mit dem Parameter „VDiag“ kann am Kanal VDiagX eine feste Spannung eingestellt werden. Der zulässige Bereich beträgt 0–5 V.

21_Amplitude: Mit dem Parameter „Amplitude“ kann die maximale Auslenkung aus der Lage des arithmetischen Mittelwerts eingestellt werden. Der zulässige Bereich beträgt 0–5 V.

22_Offset: Mit dem Parameter „Offset“ kann der Offset des Nullpunkts eingestellt werden. Der zulässige Bereich beträgt 0–5 V.

23_SetSettings: Mit der Funktion „SetSettings“ werden die Parameter 15–22 und 26 an das Gerät gesendet.

24_SetSpeedGradient: Mit der Funktion „SetSpeedGradient“ werden die Parameter 17 und 18 an das Gerät gesendet.

25_SetSpeedGradientAll: Die Funktion „SetSpeedGradientAll“ sendet die Parameter 17 und 18 an alle Kanäle des Geräts.

26_Position [°]: Mit dem Parameter „Position [°]“ kann in der Positionssimulation ein bestimmter Rotorwinkel eingestellt werden. Befindet sich die Simulation in der Rotationssimulation, wird dieser Winkel beim Anhalten nicht verwendet. Der zulässige Bereich beträgt -180 … 180 °.

27_BaudRate: Mit dem Parameter „BaudRate“ wird die Standard-Datenrate des CAN-FD-Busses konfiguriert. Die zulässigen Datenraten sind 500.000 Bit/s und 1.000.000 Bit/s.

28_FDBaudRate: Mit dem Parameter „FDBaudRate“ wird die Datenrate des CAN-FD-Busses konfiguriert. Die zulässigen Datenraten sind 500.000 Bit/s, 1.000.000 Bit/s, 2.000.000 Bit/s, 2.500.000 Bit/s, 4.000.000 Bit/s und 5.000.000 Bit/s.

29_IOMode: Mit dem Parameter „IOMode“ wird die FDBaudRate des CAN-FD-Busses aktiviert. Mögliche Konfigurationen sind CANFD oder CANFD+BRS.

30_SetCanSettings: Mit der Funktion „SetCanSettings“ werden die Parameter 27–29 an das Gerät gesendet.

31_DualMode: Mit dem Parameter „DualMode“ werden zwei Gruppen kombiniert. Dadurch werden die Ausgänge beider Gruppen synchronisiert. Mischbetrieb ist ebenfalls zulässig, z. B. laufen Group1 und Group2 getrennt und Group3 und Group4 synchron (Group34).

32_DualConfig: Mit dem Parameter „DualConfig“ werden zusätzliche Betriebsarten aktiviert. Derzeit möglich: 0 aus, 1 doppelte Ausgangsfrequenz für die zweite Dual-Mode-Gruppe.

33_SetDualMode: Mit der Funktion „SetDualMode“ werden die Parameter 31 und 32 an das Gerät gesendet. Die Funktion kann nur ausgeführt werden, wenn unter „Selection“ eine Dual-Gruppe ausgewählt ist.

34_PositionActual [°]: Der Rückgabewert „PositionActual [°]“ zeigt die aktuelle Position des Rotors an.

35_SpeedActual [RPM]: Der Rückgabewert „SpeedActual [RPM]“ zeigt die aktuelle Drehzahl an.

36_DirectionAtStopRotate: Der Rückgabewert „DirectionAtStopRotate“ zeigt die aktuelle Drehrichtung nach dem Anhalten an.

37_SpeedAchieved: Der Rückgabewert „SpeedAchieved“ meldet zurück, wenn die eingestellte Drehzahl erreicht ist.

38_ParameterCheck: Der Rückgabewert „ParameterCheck“ meldet zurück, ob die gesendeten Parameter gültig sind.

39_FaultSimActive: Der Rückgabewert „FaultSimActive“ meldet zurück, wenn die Fehlersimulation aktiv ist.

40_DualMode: Der Rückgabewert „DualMode“ meldet zurück, ob der Dual Mode aktiv ist.

41_DualConfig: Der Rückgabewert „DualConfig“ meldet die aktuelle Dual-Mode-Konfiguration zurück.

42_SetElectricalFault: Mit der Funktion „SetElectricalFault“ werden die Parameter 43 und 44 an das Gerät gesendet.

43_Channel: Mit dem Parameter „Channel“ wird der entsprechende Kanal für die elektrische Fehlersimulation ausgewählt.

44_FaultSetting: Mit dem Parameter „FaultSetting“ wird der entsprechende Fehler ausgewählt. Mit FB1 und FB2 wird ein externes elektrisches Signal (z. B. 12 V (Kurzschluss nach Batterie) und GND (Kurzschluss nach Masse)) auf den entsprechenden Kanal geschaltet. Die Unterbrechung (Interrupt) unterbricht die Leitung des ausgewählten Kanals.

45_SetPhaseFault: Mit der Funktion „SetPhaseFault“ werden die Parameter 46 und 47 an das Gerät gesendet. Mit der Funktion „SetSettings“ wird die Fehlersimulation wieder deaktiviert.

46_Phase1: Mit dem Parameter „Phase1“ wird eine Phasenverschiebung zwischen SIN und COS eingestellt (Fehlersimulation). Der zulässige Bereich beträgt -180 … 180 °.

47_Phase2 (Dual): Mit dem Parameter „Phase2“ wird im Dual Mode eine Phasenverschiebung zwischen SIN und COS der zweiten Gruppe eingestellt (Fehlersimulation). Der zulässige Bereich beträgt -180 … 180 °.

48_SetVoltageFault: Mit der Funktion „SetVoltageFault“ werden die Parameter 49–64 an das Gerät gesendet. Mit der Funktion „SetSettings“ wird die Fehlersimulation wieder deaktiviert.

49-52_Amplitude_XxxXxx1: Mit den Parametern „Amplitude_XxxXxx1“ wird für jedes einzelne Signal eine eigene Amplitude eingestellt (Fehlersimulation). Der zulässige Bereich beträgt 1–5 V.

53-56_Offset_XxxXxx1: Mit den Parametern „Offset_XxxXxx1“ wird für jedes einzelne Signal ein eigener Offset eingestellt (Fehlersimulation). Der zulässige Bereich beträgt 1–5 V.

57-60_Amplitude_XxxXxx2 (Dual): Mit den Parametern „Amplitude_XxxXxx2“ wird im Dual Mode für jedes einzelne Signal der zweiten Gruppe eine eigene Amplitude eingestellt (Fehlersimulation). Der zulässige Bereich beträgt 1–5 V.

61-64_Offset_XxxXxx2 (Dual): Mit den Parametern „Offset_XxxXxx1“ wird im Dual Mode für jedes einzelne Signal der zweiten Gruppe ein eigener Offset eingestellt (Fehlersimulation). Der zulässige Bereich beträgt 1–5 V.

2.5IRS.PosSim.RioUpdateTool

1_IPAddress: Für die Verbindung muss die IP-Adresse des Geräts im Bedienelement „Target IP“ angegeben werden. Die Angabe wird automatisch aus der Datei „IRS.PosSim.RioUpdateTool\data\RioUpdateToolConfig.ini“ geladen und kann auch geändert werden.

2_Version: „Version“ zeigt die Versionsnummer des RioUpdateTool.

3_Device: „Device“ besteht aus dem Produkt „PosSim“. Die Angabe wird automatisch aus der Datei „RioUpdateToolConfig.ini“ geladen.

4_Exit: Mit der Schaltfläche „Exit“ schließen Sie die Anwendung.

5_Update Startup: Nachdem Sie die neue Firmware ausgewählt haben, starten Sie den Update-Vorgang mit der Funktion „Update Startup“.

6_Path To Startup (*.rtexe): Wählen Sie im Auswahlmenü „Path To Startup (*.rtexe)“ die neue Firmware „IRS.PosSim.DeviceFirmware\ PosSim_RT_Top_StartUp.rtexe“ aus.

7_UpdateSuccessful: Wurde das Update erfolgreich durchgeführt, leuchtet die Anzeige „UpdateSuccessful“. Ist die Firmware auf dem Gerät bereits aktuell, bleibt die Anzeige aus.

8_UpdateRunning: Solange das Update läuft, leuchtet die Anzeige „UpdateRunning“. Verwenden oder schließen Sie das Testpanel während des Updates nicht.

9_Time: Solange das Update läuft, läuft die Anzeige „Time“ mit.

10_Update DBC: Nachdem Sie die neue DBC-Datei ausgewählt haben, starten Sie den Update-Vorgang mit der Funktion „Update DBC“.

11_Path to Startup (*.dbc): Wählen Sie im Auswahlmenü „Path To Startup (*.dbc)“ die neue DBC „IRS.PosSim.DBC\Device\PosSimDevice.dbc“ aus. Je nach Systemkonfiguration gibt es mehrere DBC-Dateien, die dem richtigen Gerät zugeordnet werden müssen.

12_UpdateSuccessful: Wurde das Update erfolgreich durchgeführt, leuchtet die Anzeige „UpdateSuccessful“.

2.6IRS.PosSim.DBC

Je nach Gerätekonfiguration gibt es mehrere und/oder unterschiedliche DBC-Dateien für die Geräte und für die Anwender.

Die DBC-Datei kann beispielsweise mit dem kostenlosen Editor Vector CANdb++ Editor geöffnet und bearbeitet werden. Die einzelnen Parameter und Funktionen sind unter IRS.PosSim.Testpanel ausführlicher beschrieben.

Mithilfe der DBC-Datei setzt beispielsweise der PCAN-Explorer die Parameter zu einem CAN-Frame zusammen und sendet diesen an das Gerät. Außerdem können die empfangenen Frames interpretiert und die Daten korrekt angezeigt werden.