Mise au point d’un test de production automatisé en grand volume avec CompactRIO

Préambule

Un fournisseur de composants de groupe motopropulseur de niveau 1 avait besoin d’un système fiable pour exécuter des tests fonctionnels et de performances en fin de ligne afin de vérifier l’assemblage et l’usinage appropriés des composants complexes du groupe motopropulseur. La fiabilité et le débit total maximal étaient essentiels pour répondre aux exigences en volume de production. Signal.X a utilisé CompactRIO pour construire un système qui alimente un contrôleur d’automatisation programmable (PAC) pour exécuter de nombreuses fonctions qui, dans le passé, auraient nécessité plusieurs contrôleurs ou PLC différents.

Deux unités CompactRIO indépendantes gèrent une station de test dans une seule cellule de test. Un ordinateur Windows est utilisé pour configurer et afficher les données de chaque système CompactRIO, mais il n'est pas nécessaire pour le fonctionnement du test. Au fur et à mesure que les données sont acquises, elles sont transférées du CompactRIO au PC et du PC à un serveur exécutant le logiciel Signal.X DataManager pour les opérations de stockage, d'archivage et de base de données finales. 

Commande d'axes

Nous avons développé un sous-système de contrôle de mouvement à plusieurs axes et à plusieurs vitesses pour gérer quatre axes de contrôle avec des paramètres, des limites et des intervalles de dérivée intégrale proportionnelle (PID) configurables. Il utilise une fréquence de mise à jour en temps réel de 8 ms avec interpolation spline sur la matrice de portes programmables (Field-programmable gate array, FPGA) CompactRIO entre 125 μs et 8 ms, selon l'axe.

Acquisition de données et traitement

Bien que le cycle de test soit court (environ 25 secondes), il y a environ 30 à 40 mesures calculées sur ces données ; les données doivent donc être disponibles pour un traitement immédiat. Nous avons implémenté le traitement en utilisant la lecture et l’écriture de fichiers simultanées pour maximiser l’efficacité tout en gardant les données disponibles pendant la réalisation du test.

Comme le système traite les données en parallèle au test réel, le client peut le configurer pour mettre fin au test plus tôt en cas d’échec d’une mesure, ce qui augmente le débit global et minimise le temps perdu pour tester les pièces défaillantes. Nous avons créé un éditeur de définition de limite personnalisé pour configurer cette définition de traitement, y compris le filtrage, le déclenchement et le contrôle de révision pour la traçabilité.

Gestion de pièces discrètes

Nous avons développé une architecture pour le contrôle discret traditionnel en utilisant le contrôleur CompactRIO comme PAC. Le cœur de ce système est une machine à états finis qui émule un programme de style logique d'échelle configurable par l'utilisateur, naturellement flexible et efficace. Cette machine a été principalement utilisée dans l’installation pour les glissières pneumatiques, l’interaction PLC/robot et la gestion des défaillances et des erreurs. Un éditeur simple a été développé pour que les utilisateurs puissent modifier les mouvements de glissière, les transferts de pièces PLC, les interlocks et les séquences de sécurité.

Les fonctionnalités de ce programme incluent le branchement, la boucle, le stockage en mémoire interne, le saut et le forçage d'état. La logique est construite pour les différents modes de fonctionnement tels que le démarrage, manuel et automatique, et la logique de défaillance, d'erreur et de récupération est transmise par tous les modes. Cela signifie que les concepts de contrôle traditionnels et éprouvés, familiers aux développeurs de PLC, ont été implémentés dans la machine à états finis. Cette approche conservait toute la puissance et la simplicité de la logique d'échelle traditionnelle et un support amélioré pour les calculs à virgule flottante complexes, la manipulation numérique alpha, les affichages à l'écran et l'interaction avec l'interface graphique.

numériques

Nous avons utilisé le driver EtherNet/IP pour la communication industrielle qui a son origine dans les laboratoires NI pour communiquer directement avec les PLC Allen-Bradley ControlLogix. Nous avons utilisé le protocole Simple Messaging Reference Library pour communiquer entre le CompactRIO et le PC pour le streaming de données en direct et les commandes. Nous avons simplifié la communication en fournissant un moyen simple et fiable de se connecter à des périphériques externes.

Gestion des données

Le volume de données recueillies sur chaque système CompactRIO représentait un défi de développement et nécessitait une planification pour garantir la fiabilité et la stabilité à long terme. Chaque test stocke environ 12 voies de données pendant 25 secondes, ce qui produit environ 1,5 Mo de fichiers TDMS (Technical Data Management Streaming). À pleine vitesse de production, chaque système CompactRIO produit environ 2 Go de données par jour. À cause de ce volume élevé, un disque dur USB externe a été connecté au CompactRIO pour stocker les données. Les données sont automatiquement téléchargées sur l'ordinateur lorsqu'elles sont connectées, mais le lecteur CompactRIO héberge une mémoire tampon locale au cas où l'ordinateur ou le réseau serait en panne. De même, les données sont automatiquement transférées du PC au DataManager lorsque le serveur est connecté. L'ordinateur entretient sa propre mémoire de données pour un accès et un stockage rapides si le serveur est déconnecté.

NI Partner Signal.X DataManager

Ce projet utilisait un produit commercial Signal.X pour stocker, interroger, rédiger des rapports et archiver les données des bancs de test. Basé sur une base de données de langage de requête standard, le DataManager réside sur un serveur qui balaye toutes les stations configurées selon un horaire prédéterminé, récupère et archive les fichiers de données et insère les résultats des tests dans la base de données. Les utilisateurs peuvent interroger la base de données pour renvoyer un sous-ensemble de données de production, créer des rapports basés sur ces requêtes et automatiser ces rapports pour qu'ils soient générés automatiquement et alertés sur la tendance. De plus, les utilisateurs peuvent exécuter des données historiques sur le serveur en fonction de nouvelles limites pour évaluer de nouvelles mesures et des scénarios « si ».

Ensemble complet {0}

Le système CompactRIO constitue un contrôleur de système de test automatique complet, fiable, rapide et reconfigurable. Un temps de cycle rapide et une utilisation efficace des données maximisent le débit global de la production, ce qui permet en fin de compte d’économiser de l’argent et d’améliorer les processus. En ajoutant une solution complète de gestion des données, Signal.X a eu un impact positif sur les processus en amont en isolant les retours sous garantie, en comprenant les défauts d’assemblage et en affinant les procédures de test et les limites.

Avantages des solutions NI

Autrefois, ces processus étaient séparés entre les différents contrôleurs et les PLC, ce qui augmentait la complexité et le coût. La plate-forme CompactRIO combine toutes les fonctions en un composant matériel, géré par un seul processus. De plus, la flexibilité de programmation de LabVIEW signifie que vous pouvez ajuster n'importe lequel de ces processus à partir d'un ensemble de codes source ou d'un écran de configuration.

Résultat

Plusieurs technologies clés utilisées dans ce projet se sont traduites par des améliorations claires et tangibles des processus et des gains d’efficacité, notamment :

• Le retrait du PC Windows du chemin de production critique a réduit les temps d'arrêt et amélioré la fiabilité du système d'exploitation temps réel intégré dans le système CompactRIO.
• Comme le système traite les données en parallèle au test, il prend plus rapidement des décisions de réussite/échec et rejette les pièces en cas d’échec plutôt qu’après avoir terminé l’ensemble d’un test.
• En rejetant les pièces et en les retestant immédiatement en cas de défaillance, le débit a augmenté de 5 % en moyenne.
• L’introduction de toutes les données dans le DataManager avec des rapports automatisés, le traitement par lots et l’archivage des données a éliminé les principales sources de frustration de l’installation en fournissant aux ingénieurs et aux gestionnaires des informations à jour sur le processus de production et en automatisant les tâches qui étaient auparavant effectuées manuellement.

Selon le client : « Les exigences de notre environnement de fabrication et de la production 24h/24 et 7j/7 requièrent une efficacité et une fiabilité maximales tout en maintenant la plus haute qualité. Ceci était assuré par l’architecture que Signal.X Technologies a appliquée à notre système de test de fin de ligne. Le résultat est un débit accru, des temps d'arrêt réduits et une fiabilité globale améliorée.

Informations sur l’auteur :

Robert Hoffman
Signal.X Technologies, LLC
15800 Centennial Dr., Suite A
Northville, MI 48168
États-Unis
Tél. : 734  417-8236
Hoffman@signalxtech.com

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