Thierry Rohmer, SOCOMEC SA
Nous avions besoin de construire un simulateur hardware-in-the-loop (HIL) pour nos convertisseurs de puissance électrique afin de valider la fonctionnalité complète avec des contraintes temps réel strictes et de tester la robustesse de nos produits dans un large éventail de cas d’utilisation et de conditions défavorables.
Nous avons utilisé du matériel NI, notamment des cartes PXI Express et FPGA prenant en charge le solveur OPAL-RT eHSx64. Nous avons également utilisé des logiciels NI, notamment LabVIEW pour la simulation de modèles et la gestion des E/S, VeriStand pour l’exécution de tests en temps réel et TestStand pour l’automatisation des tests de haut niveau.
Le Groupe Socomec est présent sur les cinq continents par le biais de filiales en propriété exclusive ou de distributeurs. Socomec est leader dans de nombreux domaines dédiés aux équipements électriques dans le secteur des services et aux applications industrielles, notamment les systèmes de coupure et de protection (fusibles, disjoncteurs, commutateurs), l’efficacité énergétique (wattmètres, capteurs électriques), les convertisseurs de puissance (alimentations sans interruption) et les services (maintenance des produits, formation et conseil aux clients).
Pour nos besoins de validation, nous recherchions une solution modulaire clé en main ayant fait ses preuves. Plusieurs fournisseurs de systèmes de simulation hardware-in-the-loop (HIL) nous ont soumis des propositions. Nous avons choisi la combinaison NI et OPAL-RT car leur soumission conjointe répondait le mieux à nos exigences, notamment la nécessité de :
Pour répondre à ces exigences, NI a proposé une solution matérielle et logicielle qui comprenait l’implémentation du solveur OPAL-RT eHSx64 sur un module FPGA FlexRIO, un frontal personnalisable pour les modules PXI. Cela nous permet de modifier à la volée nos modèles numériques pour l’électronique de puissance. Nous utilisons LabVIEW pour simuler des modèles d’environnement et acquérir et générer des signaux, tandis que VeriStand coordonne ces aspects en temps réel.
Le banc de test comprend un ensemble de cartes électroniques sous test qui sont légèrement modifiées pour les rendre compatibles avec les signaux électriques entrant ou sortant du rack d’instrumentation. Chaque élément est dédié à une tâche spécifique. Le contrôleur exécute des modèles développés avec LabVIEW pour des signaux à faibles contraintes temps réel comme les batteries ou les moteurs électriques (< 5 kHz). Le solveur simule les convertisseurs de puissance et les filtres associés (< 1 MHz). Il fonctionne donc avec un haut degré de déterminisme grâce à l’utilisation de FPGA.
Une fois que toute l’équipe a suivi les cours de formation VeriStand et OPAL-RT, le système est devenu opérationnel en moins d’une semaine. Les ingénieurs systèmes et les départements R&D de NI et d’OPAL-RT méritent nos remerciements pour leur haut niveau d’implication. MESULOG, partenaire de NI, nous a également soutenus tout au long du projet. Nous avons collaboré étroitement pour perfectionner l’IHM manuelle avec un investissement total de trois mois-hommes. Les tests ont rapidement mis en évidence les améliorations possibles de nos produits, ce qui était notre objectif, et ont validé davantage les choix technologiques retenus pour ce projet ambitieux.
Notre prochain objectif était d’automatiser les tests. L’équipe s’est donc formée à l’utilisation de TestStand. Pendant que MESULOG travaillait sur l’architecture logicielle et la production de blocs de construction TestStand orientés métier, nous avons écrit des séquences de test spécifiques communiquant non seulement avec le système de test en temps réel, mais aussi avec l’unité sous test. Parallèlement à nos travaux de développement, NI et OPAL-RT ont modifié le solveur pour mieux répondre à nos besoins durant les premiers mois de développement.
Nous disposons désormais d’un système bien intégré dans l’environnement de test hautement flexible VeriStand pour le solveur FPGA haute vitesse et les modèles de simulation traditionnels basés sur CPU. La solution offre une facilité de développement, un meilleur contrôle et une stabilité du système. Nous n’avons plus besoin de créer un modèle de convertisseur moyen, mais pouvons compter sur la puissance de calcul des FPGA, ce qui réduit considérablement l’effort nécessaire à la mise en œuvre du modèle de simulation. Nous pouvons modifier une structure et voir les résultats des modifications apportées en moins d’une minute. Cela n’a pas de prix. En effet, la vitesse d’itération se traduit directement par une accélération de la mise sur le marché de nos produits. Si nous identifions des erreurs dans le code de contrôle intégré, nous pouvons rapidement les isoler et les corriger dès le début du processus de conception.
Pour tester la robustesse, HIL est le seul moyen de valider de manière fiable l’équipement dans des conditions environnementales, notamment des températures extrêmes et des conditions dégradées de tension/fréquence d’alimentation. Les ressources de test physique dont nous disposions jusqu’à présent ne nous auraient jamais permis d’appliquer toutes les conditions de test imaginables pouvant être observées dans des pays lointains. Grâce à ce banc de test HIL, les développeurs ont accès à une plate-forme de test sans risque. Ils peuvent tester des fonctions et, si nécessaire, reproduire des séquences qui font échouer le logiciel embarqué, le tout en peu de temps.
Nous atteignons les objectifs que nous nous sommes fixés pour cet investissement et constatons des résultats encourageants. Nous pouvons proposer des produits de meilleure qualité grâce aux tests de non-régression et de robustesse. Nous avons réduit les temps de développement et de validation. Le système de test étant très flexible et facile à utiliser, nous prévoyons de l’utiliser pour valider de nouvelles topologies de convertisseurs avant même de fabriquer les prototypes. Une fois que la plupart des tests de l’alimentation sans coupure auront été écrits, nous chercherons à tester de nombreuses unités en parallèle, ce qui doublera au minimum le nombre de tests effectués.
Thierry Rohmer
SOCOMEC SA
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thierry.rohmer@socomec.com
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