NI VeriStand를 사용하여 로켓 추진 시스템 테스트하기

아키텍처

VeriStand 기반 테스트 소프트웨어 시스템에는 다음과 같은 세 가지 핵심 구성요소가 있습니다. 

• NI CompactRIO 또는 PXI 플랫폼의 Linux 리얼타임 컨트롤러에서 데이터를 처리하고 하드웨어 I/O 채널에 액세스하는 VeriStand 엔진
  
• 시스템의 모든 데이터에 대한 중앙 액세스 포인트 역할을 하며 일반적으로 작업자의 PC에서 실행되는 VeriStand 게이트웨이
  
• 작업자의 PC에서 실행되는 VeriStand UI

^{그림 1: VeriStand 시스템의 주요 구성요소}

그림 2에서 보여주는 것처럼 VeriStand의 눈에 띄는 특징 중 하나는 여러 사용자와 여러 리얼타임 하드웨어 플랫폼에서 쉽게 확장할 수 있다는 점입니다.

^{그림 2: 다중 컨트롤러 및 사용자 운영 스테이션이 연결된 분산 VeriStand 시스템}

시스템 탐색기 및 시스템 정의 파일

VeriStand 엔진의 하위 레벨 기능은 시스템 정의 파일 (SDF)에 따라 결정됩니다. 이 파일은 시스템 작업이 시작될 때 리얼타임 컨트롤러에 배포됩니다.

VeriStand 시스템 탐색기를 사용하여 구성된 SDF는 알람과 간단한 자동 절차와 같은 기능을 설명하며, 이를 통해 안전 한계 고도 모니터링과 같은 보다 복잡한 응답을 구현할 수 있습니다. 또한 SDF는 데이터 처리 (예: 저역 통과 필터링) 및 데이터 로깅과 같은 다른 기능도 정의합니다. SDF에서 채널 간 맵핑도 설정합니다.

^{그림 3: VeriStand 프로젝트 창 (왼쪽) 및 시스템 탐색기 창 (오른쪽)}

리얼타임 시퀀스

리얼타임 시퀀스는 추진 시스템 또는 UUT(Unit Under Test)를 테스트할 때 시스템의 동작을 정의하는 추가적인 로직 계층입니다. 추진 테스트의 경우 리얼타임 시퀀스는 추진 시스템을 시작, 실행, 중단하는 로직을 정의합니다. 또한 리얼타임 시퀀스는 비정상적 조건에 대한 시스템 반응을 정의하는 중단 로직을 포함할 수도 있습니다.

^{그림 4: 리얼타임 시퀀스를 사용하여 추가 시스템 로직을 추가할 수 있음}

리얼타임 시퀀스는 자극 프로파일 편집기에서 생성되고 실행됩니다.

^{그림 5: 자극 프로파일 편집기는 리얼타임 시퀀스를 생성하고 실행하는 데 사용됨}

NI LabVIEW API

VeriStand에는 테스트 시스템의 기능을 크게 확장하는 데 사용할 수 있는 LabVIEW API가 포함되어 있습니다. VeriStand를 개발자 플랫폼에 설치하면 이 API에 접근할 수 있는 VI 세트가 LabVIEW 도구 팔레트에 추가됩니다. VeriStand 채널을 읽고 쓰는 VI가 API에 포함되어 있습니다.

이 API는 설정 파일 데이터 읽기 및 쓰기, UI 요소의 속성 제어와 같이 VeriStand에서 찾을 수 없거나 구현하기 어려운 기능을 가진 LabVIEW VI를 개발하는 데 유용합니다.

^{그림 6: 도구 팔레트의 LabVIEW API for VeriStand}

그림 7: LabVIEW에서 VeriStand 채널을 읽고 쓰는 VI

VeriStand를 사용하여 추진 장치 테스트하기

ATRX (에어 터보 로켓 테스트)

앨라배마 주 헌츠빌에 위치한 ATRX, Inc.는 로켓 모터와 제트 엔진 기술을 결합하는 에어 터보 로켓이라는 고유한 추진 시스템을 개발하고 있습니다. VeriStand는 엔진 테스트의 모든 단계에서 테스트 스탠드를 원격으로 제어하는 데 사용됩니다. 이러한 단계에는 엔진 점화 준비를 위한 사전 작업 단계, 자동 엔진 제어에 사용되는 연소 테스트 단계 (그림 8a), 그리고 마지막으로 엔진과 테스트 스탠드의 안전 확보를 위한 테스트 후 작업 단계가 포함됩니다. 자동 테스트 제어는 VeriStand 알람, 절차 및 리얼타임 시퀀스를 조합하여 구현됩니다.

ATR 사용자 인터페이스 (그림 8b)는 화면 3개로 구성되어 있습니다. 화면 하나에는 스탠드의 흐름 네트워크를 나타내는 P&ID 다이어그램이 있습니다. P&ID에 겹쳐 표시된 불리언 컨트롤을 사용하면 사용자가 밸브를 켜고 꺼 스탠드에서 다른 디바이스를 제어할 수 있습니다. P&ID의 숫자형 컨트롤은 압력 및 온도와 같은 주요 계측 데이터를 표시합니다. 또한 이 화면은 리얼타임 테스트 시퀀스를 시작하는 데 사용되며 시퀀서 기능에 대한 소프트웨어 인터록 기능을 제공합니다.

두 번째 화면은 연소 테스트 파라미터를 설정하는 데 사용되며, 세 번째 화면은 리얼타임 계측 데이터를 보여줍니다.

이 테스트 스탠드의 데이터 수집 시스템 하드웨어의 핵심에는 CompactRIO cRIO-9030 컨트롤러와 cRIO I/O 모듈 4개가 있습니다.

a) 에어 터보 로켓 연소 시험	b) 운영자 콘솔

^{그림 8: VeriStand를 사용한 에어 터보 로켓 테스트}

소형 추력기 테스트 스탠드

VeriStand를 사용하여 얻을 수 있는 생산성의 예로, ATRX는 최근에 NewSpace라는 상용 기업으로부터 소형 추력기 테스트를 위한 턴키 테스트 스탠드 개발을 위탁받았습니다. 추력기와 이 스탠드의 추진제 공급 시스템은 에어 터보 로켓 시스템과 매우 달랐지만, 기존의 ATR 테스트 스탠드 소프트웨어를 수정하여 추력기 테스트 스탠드용 소프트웨어를 개발하는 데 약 2주가 걸렸습니다. LabVIEW API 사용을 보여주는 이 시스템의 한 가지 특징은 독립형 LabVIEW 기반 자동 시퀀스 제어 윈도우입니다 (그림 9). 이 윈도우에서는 작업자가 고유한 PIN 코드를 입력할 때까지 연소 자동 시퀀스 시작 버튼을 비활성화하는 소프트웨어 인터록을 제공합니다. 

VeriStand 확장성과 사용 편이성은 고객이 시스템을 사용하기 시작했을 때 분명하게 드러났습니다. 고객은 며칠 만에 시스템 사용을 익혀 능숙하게 사용하고 필요에 맞게 사용자 인터페이스를 수정할 수 있었습니다. 또한 ATRX의 지원이 거의 없어도 리얼타임 연소 시퀀스 테스트 요구사항을 수정할 수 있었습니다.

^{그림 9: LabVIEW에 구현된 소프트웨어 인터록}

기타 시스템

ATRX의 자회사 겸 NI 파트너인 BML (Bergmans Mechatronics, LLC)은 여러 가지 추가적인 추진 테스트 시스템에 VeriStand를 사용했습니다. 주목할 만한 BML 프로젝트 중 하나는 NewSpace 고객을 위한 추진 테스트를 실시하기 위해 랙 마운트 모듈식 데이터 수집 및 제어 시스템 (M-DACS) 2개를 개발하는 것이었습니다 (그림 10). 두 시스템 모두 VeriStand 및 CompactRIO 하드웨어를 사용합니다.

ATRX 소형 추력기 테스트 스탠드와 마찬가지로, BML의 고객은 VeriStand 사용법을 빠르게 익히고 도움을 거의 받지 않고 이러한 시스템을 작동 및 수정할 수 있었습니다.

^{그림 10: 모듈식 데이터 수집 및 제어 시스템 (M-DACS)}