Ein innovativer HIL-Prüfstand zur Validierung des eingebetteten SOCOMEC-Wechselrichters Software

Das Unternehmen

SOCOMEC ist ein internationaler Industriekonzern, der auf fünf Kontinenten vertreten ist und sich auf elektrische Ausrüstung für den Dienstleistungs- und Industrie Branchen bereich spezialisiert hat. Als führendes Unternehmen in den Bereichen Schalt- und Schutztechnik, Energieeffizienz sowie Stromrichter – wie beispielsweise unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) – konzentriert sich SOCOMEC auf kontinuierliche Innovation, um eine hohe Verfügbarkeit, Sicherheit und Energieeffizienz für kritische Stromversorgungsinfrastrukturen zu gewährleisten.

Die Herausforderungen

• Strenge Echtzeit-Anforderungen: Die Validierung von eingebetteten „ software “ für leistungselektronische Wandler, die mit Chopping-Frequenzen von über 10 kHz arbeiten, erforderte ultraschnelle Echtzeit-Simulationsmodelle, die mit über 200 kHz (bei Wandlermodellen bis zu 1 MHz) liefen.
• Hohe Schaltungskomplexität: Der HIL-Simulator musste gleichzeitig über 150 Simulationsvariablen, mehr als 50 Halbleiter, 36 PWM-Steuereingänge und 30 analoge Echtzeit-Ausgangssignale unterstützen.
• Lange Engpässe bei der Neukompilierung: Herkömmliche FPGA-basierte Simulationswerkzeuge erforderten langwierige FPGA-Kompilierungsprozesse, sobald Änderungen an den Schaltplänen der Wandlerschaltungen vorgenommen wurden.
• Vielfältige Netzwellenformen: Tests Produktzuverlässigkeit unter extremen Umgebungsbedingungen und bei globalen Netzspannungs- und Frequenzschwankungen, die auf physikalischen Prüfständen weder sicher noch einfach nachgestellt werden können.

Die OPAL-RT-Lösung

SOCOMEC hat eine integrierte HIL-Lösung von NI und OPAL-RT unter Einsatz von „ hardware “ und „ software “ implementiert:

• OPAL- RT eHS-Löser auf FlexRIO-FPGA: Der Echtzeit-Löser eHS64 wurde auf einer NI FlexRIO-FPGA-Karte in einem NI PXI Express-Chassis implementiert, wodurch sofortige Änderungen am Schaltplan ohne Neukompilierung des FPGA möglich sind.
• Unified VeriStand & LabVIEW Environment: Utilized NI VeriStand to manage real-time I/O, acquire signals, and run LabVIEW environment models for lower real-time constraint components like batteries and motors (< 5 kHz).
• Automatisierte Testsequenzen mit TestStand: In Zusammenarbeit mit MESULOG wurden geschäftsorientierte TestStand-Module und automatisierte Testsequenzen für Nicht-Regressions- und Fehlerinjektions Tests en an den zu testenden Baugruppen (UUT) entwickelt.
• High-Fidelity Converter Simulation: Simulated fast-switching power converters and related filters at microsecond/sub-microsecond time steps (< 1 MHz solver execution).

Die Ergebnisse

• Modellumkonfiguration in weniger als einer Minute: Es ist nun möglich, Schaltpläne für digitale Leistungselektronik zu ändern und die Simulationsergebnisse in weniger als einer Minute zu sehen, wodurch stundenlange FPGA-Kompilierungszeiten entfallen.
• Schnelle Systembereitstellung: Mit dem System- Ingenieur:innen von NI, OPAL-RT und MESULOG war der HIL-Prüfstand in weniger als einer Woche voll einsatzbereit.
• Risikominimierte Validierung von „ Software “: Den Entwicklern wurde eine risikofreie Plattform zur Verfügung gestellt, auf der sie komplexe „ Funktionen “ testen, Fehlermodi einspeisen und Fehlersequenzen sicher wiederholen konnten.
• Erweiterte globale Netzzuverlässigkeit: Ermöglichte strenge „ Tests “-Tests unter extremen Temperaturen und bei globalen Spannungs- und Frequenzabfällen im Stromnetz, die mit physikalischen Prüfständen nicht nachgestellt werden konnten.
• Verbesserte Qualität und verkürzte Markteinführungszeit: Standardisierte, automatisierte Nicht-Regressions Tests, die die Produktentwicklungszyklen erheblich beschleunigen und gleichzeitig die Produktzuverlässigkeit erhöhen.

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