8 Dinge, die Sie bei der Auswahl eines „ Hardware-in-the-Loop“-Systems für Ihr HIL-Labor beachten sollten

Wichtigste Erkenntnisse

• Die besten HIL-Anschaffungen basieren in erster Linie auf Timing, der Passgenauigkeit der „ I/O “ und der Schnittstellengenauigkeit und weniger auf den angegebenen technischen Daten.
• Die Gestaltung der Arbeitsabläufe und die Unterstützung durch Protokolle beeinflussen die tägliche Effizienz im Labor stärker, als viele Einkäufer erwarten.
• Ein erstes System sollte mit Ihrem Labor mitwachsen, damit eine Erweiterung nicht gleich eine komplette Erneuerung erforderlich macht.

Ihr erstes „ hardware-in-the-Loop“-System sollte auch noch in das Labor passen, das Sie in drei Jahren betreiben werden.

Ein HIL-System kann auf einem Angebotsblatt vollständig erscheinen und dennoch Probleme verursachen, sobald Ihr Team damit beginnt, Steuerungen zu verkabeln, Modelle zu importieren und neue Testaufbauten hinzuzufügen. Die meisten Kaufreue-Fälle sind auf Spezifikationen zurückzuführen, die zu Beginn nur oberflächlich beachtet wurden, wie beispielsweise die Laufzeit des Solvers, die Kompatibilität mit „ I/O “, die Protokollunterstützung und die Frage, wie schnell die Plattform an ihre Grenzen stößt. Eine sorgfältige Vorauswahl sorgt dafür, dass Ihr HIL-Testsystem länger einsetzbar bleibt und senkt die Ersatzkosten, die viel zu früh anfallen.

Die 8 Punkte, die den Kauf eines HIL-Systems bestimmen

Eine erfolgreiche HIL-Anschaffung beginnt mit dem richtigen Zeitpunkt, I/O, Schnittstellen, Modellablauf und Wachstumspfad. Wenn diese fünf Bereiche mit Ihrem Laborplan übereinstimmen, wird das „ hardware “-in-the-Loop-System nützliche Tests von der ersten Laboraufstellung bis hin zu umfangreicheren Validierungsarbeiten unterstützen, ohne dass umständliche Notlösungen erforderlich sind.

1. Passen Sie die Schrittweite des Solvers an Ihren schnellsten Regelkreis an

Die Schrittweite des Solvers bestimmt das Tempo Ihres gesamten HIL-Systems und muss daher auf das schnellste Verhalten abgestimmt sein, das Sie testen möchten. Ein Motorsteuerungsprüfstand mit einer Regelkreisschwingungsfrequenz von 20 kHz erfordert ein ganz anderes Timing als ein langsameres Modell einer thermischen Anlage. Ist der Zeitschritt zu langsam, erscheint der Regler auf dem Prüfstand stabil, versagt jedoch, sobald die Anlage realistischeren Bedingungen ausgesetzt wird.

Diese Lücke spielt vor allem dann eine Rolle, wenn es um Leistungselektronik, Schaltvorgänge oder enge Rückkopplungsschleifen geht. Sie sollten nach nachgewiesener Leistung an Modellen fragen, die Ihren eigenen ähnlich sind, und nicht nach einer allgemeinen Angabe zur Latenz. Zeitangaben sind nur dann unterstützen , wenn sie die Arbeitslast widerspiegeln, die Sie tatsächlich ausführen werden, einschließlich des Datenaustauschs und des Kommunikationsverkehrs I/O .

„Wenn der Zeitschritt zu langsam ist, wirkt der Regler im Labor stabil, versagt aber, sobald das Regelobjekt realistischere Bedingungen aufweist.“

2. Bestimmen Sie die Anzahl der Ein- und Ausgänge für die von Ihnen geplanten Bohranlagen

I/O Die Planung sollte sowohl die derzeit benötigte Testumgebung als auch die bereits geplante nächste Stufe abdecken. Ein Teststand, der zunächst nur mit einem Controller ausgestattet ist, wird oft um zusätzliche Sensor-und Datenfusion, Fehlerleitungen, Encoder-Kanäle und Signale der Leistungsstufe erweitert. Wenn Sie die Ausrüstung genau nach der aktuellen Zeichnung beschaffen, werden Ihnen die Anschlüsse ausgehen, sobald sich der Testumfang erweitert.

Eine einfache Motorantriebskonfiguration kann analoge Eingänge, digitale Ausgänge, PWM-Erfassung, Resolver-Signale und Sicherheitsverriegelungen schneller auslasten als erwartet. Sie treffen eine bessere Wahl, wenn Sie die Signale nach den Anforderungen hinsichtlich „ Kategorie “, Timing und Isolation zuordnen und dann Reservekapazitäten einplanen. Zusätzlicher Spielraum kostet weniger als der Umbau eines Testracks aufgrund fehlender Kanäle.

3. Prüfen Sie die Unterstützung für elektrische Signale, bevor sich die Kosten für Adapter summieren

Die Signalkompatibilität ist ebenso wichtig wie die Anzahl der Kanäle, denn eine falsche elektrische Schnittstelle verwandelt eine übersichtliche Konfiguration in ein Flickwerk aus Adaptern. Ein HIL-Testsystem bietet oft zahlreiche „ I/O “, lässt jedoch möglicherweise die Spannungsbereiche, Stromschleifen, Encoderformate oder Isolationspegel außer Acht, die Ihre hardware benötigt. Diese Diskrepanz äußert sich in einer komplexen Verkabelung, Störungsproblemen und Support-Problemen.

Labore stellen dies häufig fest, wenn eine Steuerung digitale 24-V-Signale erwartet, während die Simulatorseite auf niedrigere Logikpegel eingestellt ist, oder wenn die analogen Messbereiche nicht mit den Sensorausgangssignalen übereinstimmen. Es ist nicht wünschenswert, dass externe Aufbereitungsgeräte Teil jedes Versuchsaufbaus werden. Eine native Unterstützung der von Ihnen am häufigsten verwendeten Signale sorgt dafür, dass Tests wiederholbar und einfacher zu warten ist.

4. Überprüfen Sie die Protokollabdeckung für die bereits im Einsatz befindlichen „ hardware “

Die Protokollunterstützung sollte zu den Bussen und Kommunikationsmethoden passen, die bereits mit Ihren Steuerungen, Gateways und Messgeräten verbunden sind. Ein „ hardware “-System, dem wichtige Schnittstellen fehlen, zwingt Sie zum Einsatz von Brücken und benutzerdefinierten Skripten, die Verzögerungen und zusätzliche Fehlerquellen verursachen. Eine saubere Kommunikationsunterstützung spart jedes Mal Zeit bei der Einrichtung, wenn Sie einen Testfall neu erstellen.

Ein Team, das einen eingebetteten Controller betreibt, benötigt CAN- und serielle Verbindungen, während eine andere Konfiguration auf Ethernet-basierten Datenverkehr und zeitlich abgestimmte Nachrichtenübermittlung zwischen mehreren Geräten setzt. Diese Details haben nicht nur Auswirkungen auf den Komfort. Sie bestimmen auch den Determinismus, die Qualität der Protokollierung und die Möglichkeiten zur Fehlerinjektion. Sie sollten sich die tatsächliche Protokollausführung auf der Ziel hardware bestätigen lassen und sich nicht nur auf einen Hinweis im Datenblatt verlassen.

5. Vergewissern Sie sich, dass der Modellimport mit Ihrer aktuellen Toolchain funktioniert

Die Modellkompatibilität bestimmt, wie schnell sich Ihre Desktop-Arbeit auf dem Prüfstand testen lässt. Wenn Ihr HIL-System Probleme mit den Modellformaten, dem Code-Generierungsprozess oder den Co-Simulationsmethoden hat, die Ihr Team bereits nutzt, wird jedes Update zu einer manuellen Aufgabe. Diese Reibungsverluste verlangsamen die Validierung und zwingen die „ Ingenieur:innen “ dazu, auf vereinfachte Modelle zurückzugreifen, bei denen wichtige Verhaltensweisen unberücksichtigt bleiben.

Ein häufiger Fall ist ein Anlagenmodell einer Gruppe, eingebetteter Steuerungscode einer anderen Gruppe und eine FMU eines Lieferanten, die in derselben Umgebung ausgeführt werden muss. Man kann nicht davon ausgehen, dass sich diese Komponenten nahtlos in jede Plattform einfügen lassen. Erkundigen Sie sich, wie Modelle vorbereitet, kompiliert und bereitgestellt werden, und prüfen Sie dann, was passiert, wenn Sie diese wöchentlich überarbeiten.

6. Überprüfung der FPGA-Anforderungen hinsichtlich strenger zeitlicher Vorgaben

Die FPGA-Fähigkeiten gewinnen an Bedeutung, wenn Ihr Testfall von sehr feinem Timing, schnellem Schaltverhalten oder präziser Signalemulation abhängt. Eine CPU-basierte Konfiguration bewältigt viele Aufgaben gut, bietet jedoch bei Ereignissen im Submikrosekundenbereich nicht denselben Determinismus. Sie sollten frühzeitig entscheiden, welche Teile des Modells oder des „ I/O “-Pfads dieses Maß an Präzision erfordern.

Gute Beispiele hierfür sind Prüfstände für Leistungselektronik, Resolver-Emulation und die Hochgeschwindigkeits-Fehlereinspeisung. Diese Arbeitslasten erfordern häufig eine zeitgesteuerte Ausführung ( hardware) anstelle einer rein ereignisgesteuerten Planung ( software). Ein größeres FPGA ist jedoch nicht automatisch besser. Wenn Sie in Ihrem Labor hauptsächlich langsamere Regler und Anlagen dynamiken validieren, bleibt zusätzliche FPGA-Kapazität ungenutzt, während die Kosten und der Einrichtungsaufwand steigen.

7. Testen, wie sich ein Ziel zu einem vollständigen Labor ausweitet

Skalierbarkeit ist wichtig, da die meisten Labore nicht lange bei einer Konfiguration mit nur einem Gerät bleiben. Eine Anschaffung, die mit einem einzigen Controller beginnt, führt oft zu mehreren Zielsystemen, mehr Benutzern und synchronisierten Teststationen. Wenn für die Erweiterung eine komplett neue Plattform erforderlich ist, wird Ihre ursprüngliche Investition zu einer kurzfristigen Lösung statt zu einem stabilen Fundament für Ihr Labor.

Dieses Problem tritt auf, wenn sich eine Plattform für einen Wechselrichter zu Teilsystemen wie Ladegerät, Batterie und Motor ausweitet, die eine gemeinsame Zeitsynchronisation und einheitliche Arbeitsabläufe erfordern. OPAL-RT eignet sich gut für diesen Anwendungsfall, da der gleiche Weg vom Einstiegsbereich zu einem größeren Labor führen kann, ohne dass ein vollständiger Austausch erforderlich ist. Sie sollten dennoch testen, wie die Erweiterung in der Praxis funktioniert, einschließlich Lizenzierung, Synchronisation und Wiederverwendung bestehender Modelle.

8. Prüfen Sie die Produkt-Roadmap, bevor Ihr Labor an seine Grenzen stößt

Die Produkt-Roadmap ist wichtig, da die Veralterung bereits lange vor dem Ende der Antrieb eines Systems beginnt. Eine Plattform gilt als veraltet, wenn sie ohne umständliche Erweiterungen keine weiteren I/O, neueren Protokolle oder umfangreicheren Modelle mehr unterstützen kann. Sie sollten sich fragen, welche Upgrades mit Ihrer aktuellen Konfiguration kompatibel bleiben und welche Komponenten ausgetauscht werden müssen, wenn die Anforderungen an Ihr Labor steigen.

Supportfristen, Ersatzteilpläne, die Aktualisierungshäufigkeit von „ software “ sowie die Abwärtskompatibilität geben Aufschluss darüber, wie lange die Plattform praxistauglich bleiben wird. Ein System, das derzeit kostengünstig erscheint, kann schnell veralten, wenn jede Erweiterung eine neue Controller-Karte, eine neue Lizenzstufe oder einen anderen Arbeitsablauf erfordert. Klare Upgrade-Möglichkeiten verringern das Risiko, dass sich eine Anschaffung schon zu früh veraltet anfühlt.

Wählen Sie ein „ hardware “-System mit durchgängiger Skalierbarkeit

Das richtige HIL-Testsystem erfüllt die heutigen Anforderungen an Timing und Schnittstellen und lässt gleichzeitig Raum für den nächsten Teststand in Ihrer Roadmap. Systeme, die durch modulare hardware, kompatible software und praktische Upgrade-Möglichkeiten skalierbar sind, bleiben länger einsatzfähig und ersparen Ihrem Labor kostspielige Ersatzanschaffungen, die leicht vorhersehbar waren.

„Systeme, die sich durch modulare hardware, kompatible software und praktische Aufrüstungsmöglichkeiten skalieren lassen, bleiben länger einsatzfähig und ersparen Ihrem Labor kostspielige Ersatzanschaffungen, die leicht vorhersehbar waren.“

Preisvergleiche lassen sich leicht anstellen, doch erst die alltäglichen Abläufe bestimmen den langfristigen Wert. Eine Plattform, die Adapter, manuelle Modellbereinigung oder einen zweiten Kauf zur Laborerweiterung erfordert, verursacht mehr Personalaufwand, als sie vom ersten Tag an einspart. OPAL-RT ist hier von Bedeutung, da der Kaufprozess klein anfangen kann und später dennoch ein größeres Labor unterstützt – genau das, was viele Teams von einer Erstanschaffung erwarten.

• Bitten Sie um einen Nachweis anhand eines Modells, das Ihrem eigenen ähnelt.
• Zählen Sie die Ersatz I/O , bevor Sie sich abmelden.
• Überprüfen Sie die Signalpegel und die Isolation schriftlich.
• Überprüfen Sie die Ausführung des Protokolls auf dem Ziel hardware.
• Planen Sie den Upgrade-Pfad, bevor Sie kaufen.