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HIL-Tests für Equipment von Elektrozügen

Testen von Reglern für Netzschnittstellen, elektrische Antriebe und Leistungselektronik

Die Komponenten und Systeme in Elektrozügen sind vielfältig. Die Anzahl der elektrischen Antriebe und anderer Komponenten hängt von der Anzahl an Triebwagen ab und unterliegt starken Schwankungen. Typische Bahnanwendungen erfordern eine Vielzahl an I/O-Kanälen, um eine komplette virtuelle Testumgebung zu erstellen. Anpassbare Testlösungen sind notwendig, um die Anforderungen an Skalierbarkeit und Timing zu erfüllen. Aufgrund der Systemkomplexität und begrenzter Kommissionierungszeit ist es sehr vorteilhaft, die Tests überwiegend unter komfortablen Laborbedingungen durchführen zu können.

Anwendungsbereiche

  • Traktionskonverter
  • Zusatzkonverter (integrierte Stromversorgung)
  • Batterieaufladung
  • Netzanschluss, einschließlich Netztransformator, Gleichrichter und Energieverteilung

Leistungsmerkmale

  • Testsystemanpassung an einzelne Komponenten
  • Skalierbar von einzelnen Komponenten bis zum virtuellen Zug
  • Unterstützung mehrerer paralleler Motoren
  • Integration von Leistungselektronik
  • Multicore-Anwendungen für große Simulationsmodelle
  • Zahlreiche I/O-Kanäle
  • Sehr kurze Zykluszeiten in der prozessorbasierten Simulation durch FPGA-Vorverarbeitung und optimierten I/O-Zugriff
  • Interaktion von FPGA-basierten und prozessorbasierten Simulationsplattformen
  • Simulation elektronischer Komponenten durch Schaltkreise
  • Entwurf von I/O-Boards mit kundenspezifischen I/O-Konfigurationen durch die I/O-Funktionsbibliothek der XSG Utils Library und die flexible I/O des DS2655 FPGA Base Boards

Unterstützung von Multiprozessor-Systemen

Um die Rechenleistung großer Testsysteme zu erhöhen, können zwei oder mehr SCALEXIO Processing Units gekoppelt werden. Die Systeme werden über IOCNET verbunden, um ausreichend Bandbreite zu gewährleisten. Die Modellierung ist komfortabel, da Ihnen in der Konfigurationssoftware ConfigurationDesk nur ein Gesamtmodell zur Verfügung steht.

Anpassbare I/O-Skala

Wenn Ihre Anforderungen an die I/O anspruchsvoller werden, kann das DS2655 FPGA Base Board durch I/O-Module erweitert werden. Der beispielhafte Simulatoraufbau enthält sechs DS2655 mit 30 I/O-Modulen und drei Processing Units. Zusammen bietet das System über 500 I/O-Kanäle, die über Hypertac-Anschlüsse zur Verfügung stehen. Dank der Rechenleistung und dem IOCNET-I/O-Zugriff können Sie ganze Simulationen mit Abtastzeiten unter 20 µs durchführen (Latenz zwischen Eingang und Ausgang unter zweifacher Abtastzeit). Das SCALEXIO-System lässt sich durch die dSPACE Engineering Services an alle Projektanforderungen anpassen.

Steuern und Simulieren von Elektromotoren

Das neue DS2655M2 Digital I/O Module erweitert das DS2655 FPGA Base Board um 32 digitale I/O-Kanäle, wodurch Sie zum Beispiel für Positionssensorik mehr digitale Signale erfassen können. Des Weiteren können die I/O-Kanäle für die RS232- und RS485-basierte Kommunikation als Sender oder Empfänger konfiguriert werden. Durch entsprechende FPGA-basierte Programmierung können Sie somit protokollbasierte Positionssensorik wie SSL, EnDat und HIPERFACE sowie digitale Encoder wie Drehgeber simulieren. Das FPGA wird immer mit dem Xilinx® System Generator programmiert. Die vom dSPACE FPGA Programming Blockset generierte FPGA-Anwendung lässt sich einfach in dSPACE ConfigurationDesk importieren, um das SCALEXIO-Gesamtsystem grafisch zu konfigurieren. Das DS2655 FPGA Base Board kann über ein Flachbandkabel mit bis zu fünf I/O-Modulen verbunden werden und stellt so zahlreiche hochflexible Kanäle zur Verfügung.

Synchronisierung

Aufgrund der kurzen Abtastzeiten lassen sich Jitter-Effekte soweit wie möglich reduzieren. Abhängig von den Anforderungen der I/O-Kanäle sind unterschiedliche Synchronisierungsmethoden möglich. Um Jitter zwischen zwei oder mehr DS2655 FPGA Base Board einschließlich ihrer Module zu minimieren, werden die Stacks für die Erfassung der Gate-Treiber über entsprechende I/O-Kanäle synchronisiert. So können Sie mehrere Boards mit einem Jitter von zwei FPGA-Takten synchronisieren.

The SCALEXIO EMH Solution provides a ready-to-use FPGA application with a comprehensive I/O library for processor-based HIL simulation of electric motors. You can use it to configure the simulation of up to two electric motors on one DS2655 FPGA Base Board from within ConfigurationDesk. Thanks to the predefined function blocks, you no longer have to program or generate FPGA code. The fast I/O of the DS2655M1 Multi-I/O Module and the integrated angular processing unit (APU) with a resolution of 8 ns let you use high-resolution I/O to measure applications in the areas of pulse width modulation (PWM) and position sensor simulation (PSS). The variable I/O channel mapping and the flexible support of up to five DS2655M1 Multi-I/O Modules let you tap the hardware’s full potential. You do not have to replace hardware to switch from processor-based simulation to FPGA-based simulation. You can simply continue to use the existing hardware system.

Flexible Adaptation

Controlled electric drives are a key technology in numerous engineering applications. Therefore, handling a large number of applications requires a high degree of flexibility, especially for servo controllers in industrial automation. And with all the possible configuration options for the servo controller software, there is a high number of variants, entailing an enormous testing workload. As the necessary controlled systems and real parts can be replaced by simulation models, setups and changes of the test scenario can be done quickly. With automated testing on a HIL simulator, these tests are then accelerated significantly. In addition to the servo controller, you can also test the energy management system if a regenerative unit is part of your system. For this, dSPACE offers simulation models for grid simulation.

Main Functions

  • Position Sensor
  • Simulation (PSS)
  • Resolver Out
  • Sine Encoder Out
  • Incremental
  • Encoder Out
  • Hall Encoder Out
  • Analog Wavetable
  • Encoder Out
  • Digital Wavetable
  • Encoder Out
  • Pulse Width Modulation 
  • Six-Channel PWM In
  • Single-Channel PWM In
  • Single-Channel PWM Out
  • Basic I/O Functions 
  • Multi-Bit In
  • Multi-Bit Out
  • Multi-Voltage In
  • Multi-Voltage Out