IPEmotion Software-Module

Funktionale Erweiterungen für spezifische Anwendungen

IPEmotion kann durch drei Software-Module erweitert werden. Diese Zusatzmodule sind ab der Professional Edition verfügbar und decken spezifische Funktionsbereiche ab:

  • Klima-Modul für thermodynamische Berechnungen
  • Control-Modul für Ablaufsteuerungen und Regler bei Prüfständen
  • Akustik-Modul für Akustik-Berechnungen und Campbell-Auswertungen

Klima-Modul

Beschreibung

Das Klima-Modul ist in seiner Systemfunktionalität auf die Entwicklung und Validierung von thermodynamischen Prozessen in Kältekreisläufen ausgelegt. Es besteht aus einem spezifischen Formelpool zur Berechnung der thermodynamischen Kennwerte von Enthalpie, Entropie, Wärmekapazität, Überhitzung, etc.

Mit dem Klima-Modul lässt sich der gesamte Systemwirkungsrad COP (Coefficient of Performance) mitbestimmen. Die Berechnungen werden kältemittelspezifisch unter Einbindung der REFPROP-Datenbank vom NIST (National Institute of Standardization) durchgeführt. Die grafische Darstellung der Messwerte von Druck [P] und Enthalphie [kJ/kg] erfolgt über das log-ph-Diagramm. Das Diagramm steht sowohl in der Online-Anzeige als auch in der nachgelagerten Offline-Analyse zur Verfügung.

Kühlkreislauf

  • Kompressor
    Wandelt gasförmiges Niederdruck- in Hochdruck- Kühlmittel um. Die Temperatur des Kühlmittels und Kompressors steigt.

  • Kondensator
    Kühlt das heiße Hochdruck-Kühlmittel. Eine kalte Flüssigkeit entsteht.

  • Expansions-Ventil
    Sobald das Kühlmittel das Expansions-Ventil durchströmt, wird Druck freigesetzt. Das Kühlmittel verdampft.

  • Verdampfer
    Kalte Niederdruck-Flüssigkeit durchfließt den Verdampfer und wird gasförmig. Es kommt zu einem Wärmedrift. Der Verdampfer kühlt ab und nimmt dabei die Energie der einströmenden warmen Luft auf.

Anwendungen

Das Klima-Modul wird bei der Entwicklung und Auslegung von Systemkomponenten aus dem Kältekreislauf eingesetzt.
IPEmotion dient dabei als zentrale Plattform zur Messdatenerfassung, da durch das Modul alle thermodynamischen Kennwerte, die für die Entwicklung und Validierung der Komponenten erforderlich sind, bestimmt werden können. Die Anwendung wird hauptsächlich an Kompressor-Prüfständen genutzt, bei denen es beispielsweise um die Validierung und Lebensdauerprüfung von Kältemittelverdichtern geht. Mit dem Klima-Modul lassen sich verschiedene Entwicklungsstände miteinander vergleichen. Dabei können reproduzierbare Lastbedingungen, Arbeitspunkte sowie Temperatur- und Feuchte-Umgebungsparameter eingestellt werden, die für Benchmarking-Vergleiche notwendig sind. Ebenfalls wird es zur Bestimmung des Wirkungsgrades von Gaskühlern und Verdampfern verwendet, da diese Systemkomponenten im Kältekreis einen großen Einfluss auf die gesamte Systemleistung haben. Des Weiteren findet das Klima-Modul im Bereich der Systemprüfstände Verwendung. Dabei wird eine komplette Klimaanlage mit allen Komponenten als integriertes Gesamtsystem aufgebaut. Über das Modul lässt sich dann der gesamte Wirkungsgrad aus dem Kältekreislauf und den zugehörigen Luftstrecken bestimmen.

Anwendungen im Überblick:

  • Kompressor-Prüfstände
  • System-Prüfstand
  • Kältemittel-Bewertung
  • Wärmetauscher-Systeme

Unterstützte Kältemittel aus der NIST-Stoffdatenbank

  • R134a
  • R1234yf
  • R22
  • R404a
  • R410a
  • R507a
  • R744 (CO2)
  • R718 (H2O)
  • R729 (N2+O2+Ar)
  • R123ze
  • R290 (Propane)
  • R600a (Isobutene)
  • R717 (Ammonia)

Control-Modul

Beschreibung

Das Control-Modul bietet eine Vielzahl von Funktionen zur Prüfstandssteuerung und Test-Automatisierungs-Anwendung.

Funktionen des Control-Moduls

  • Funktionsgenerator
    Der Funktionsgenerator unterstützt verschiedene Signalformen wie Sinus, Sägezahn, Rechteck oder Rampe. Mit dem frei konfigurierbaren Funktionsgenerator können beliebige Ausgabeprofile aus Messdateien ausgegeben werden. Parameter wie Auflösung, Signalfrequenz, Offset und Pulsweitenmodulation sind individuell einstellbar und können über separate Steuerkanäle in einer laufenden Messung verändert werden. Zur Steuerung stehen Start-, Stop- und Haltetrigger mit Zykluszählern zur Verfügung.

  • PID-Regler
    Für Anwendungen mit PID-Regelkreisen sind Regler (P=Proportional control, I=Integral control und D=Derivative
    control) verfügbar. Die Zykluszeit der PID-Berechnungen kann bis auf 1 kHz eingestellt werden. Folgende Kanäle
    dienen als Ein- und Ausgabeparameter: Stellwert-Kanal, Sollwert-Kanal, Istwert-Kanal.

  • Router
    Die Hauptfunktion des Router-Kanals besteht darin, ein eingehendes Signal zu empfangen und an einen Ausgabekanal weiterzuleiten. Mit dem Router können Messwerte PlugIn-übergreifend ausgetauscht werden.

Anwendungen

Das Control-Modul ist die ideale Plattform zur Automatisierung und Steuerung von vielen verschiedenen Prüfstandsanwendungen. Die Automobilindustrie nutzt es beispielsweise zur Steuerung des Ablaufs von Bremsentests. Informations- und Eingabemasken leiten den Testfahrer durch den Testablauf. Am Ende entsteht ein automatisierter Report aus den gewonnenen Messdaten. Das Modul wird auch zur Kalibrierung und Funktionsprüfung von generalüberholten Kraftstoffpumpen und -reglern aus der Luftfahrtindustrie verwendet. Vor Durchführung lädt der Prüfstandsbediener die Konfiguration. Die Test- und Regelparameter aus der Testvorschrift erfasst er über Eingabemasken. In der Prüfung werden Hochleistungspumpen und Antriebswelle gesteuert. Das Ganze wird über IPEmotion mit einer Profibus-SPS-Anbindung umgesetzt. Die Messdaten werden automatisch mit den Referenzwerten verglichen, um eine Vewendungsentscheidung zu treffen. IPETRONIK setzt das Control-Modul zur Ablaufsteuerung von Kompressor-Prüfständen ein. Dabei fungiert IPEmotion als Mess- und Steuerungssoftware und übergibt Test-Parameter an die SPS-Anlagen über das Siemens-S7-PlugIn. Die Analog-Messdaten von der Messstelle am Kompressor und vom Prüfstand — wie z. B. Temperatur, Kraft, Druck und Schwingungen — werden über das X-PlugIn erfasst. Die Ansteuerung der Kompressor-Drehzahl und Taumelscheibenposition wird von IPEmotion über die LIN-Schnittstelle realisiert. Das LIN-PlugIn steuert die Kompressorparameter wie z. B. Drehzahl und Taumelscheibenstellung an.

Akustik-Modul

Beschreibung

Das Akustik-Modul ermöglicht die Verarbeitung von dynamischen Zeit-Rohsignalen, die über Mikrofone und Beschleunigungsaufnehmer erfasst wurden. Die schnelle Abtastung der zeitbezogenen Signale kann über IPETRONIK X-Module oder andere PlugIns - mit entsprechend schnellen Analogeingängen - realisiert werden.

IPETRONIK bietet dazu die synchron abtastenden, 4-kanaligen Mx-SENS2 4-Module mit einer Samplingrate von bis zu 100 kHz, oder das 8-kanalige Sx-STG mit einer Abtastrate von bis zu 40 kHz pro Kanal. Die hochauflösenden Rohdaten können im Post-Processing über die FFT-Analyse oder die Campbell-Analyse-Operation ausgewertet werden.

Die Campbell-Operation ermöglicht viele Einstellmöglichkeiten, wie z. B.:

  • FFT-Auflösung
  • FFT-Überlappungsfaktor
  • Fenster-Funktionen wie Hamming, Blackman, etc.
  • Führungskanal für nicht-zeitbezogene FFT-Berechnungen
  • Filter (Tief-, Hoch-, Bandpassfilter, Bandsperre)
  • Bewertungsfunktionen nach db-A, db-C, linear, etc.
  • Ordnungsanalyse
  • Gesamtpegelberechnung


Die Ergebnisse der FFT-Berechnung bzw. der Campbell-Operation lassen sich im Campbell-Diagramm optimal darstellen. Das Instrument bietet viele Konfigurationsmöglichkeiten hinsichtlich der Min-/Max-Amplituden (Y-Achsenskalierung), Einstellung der drei Farbskalen (Regenbogen, Grau) und des einfachen Zooms zur visuellen Darstellung der Farbtiefe. Die Messdaten können dann über ein ATFXExportformat zur weitergehenden Auswertung in anderen Software-Programmen genutzt werden.

Applikationsbeispiel — NVH-Messungen an Fahrzeug- Klimaanlagen

Das Akustik-Modul ist auf Vibrations- und Akustikanwendungen bei Fahrzeugen abgestimmt. IPEmotion bietet zusammen mit dem Akustik-Modul und der integrierten Hardwareplattform die Möglichkeit, Geräusche und Vibrationen zeitsynchron mit thermodynamischen Parametern aus dem Kältekreis und Steuergeräte-Parameter aus dem Fahrzeug-Bus-Netzwerk zu messen. Dynamische Messmodule wie das Mx-SENS2 4 oder Sx-STG nehmen Gasdruckpulsation und Luftschall synchron mit Motor- und HVAC-Steuergeräte-Parametern auf. Diese Signale kommen aus CAN- und anderen Fahrzeug-Bus-Systemen wie FlexRay oder LIN. Ebenfalls werden die Protokolle CAN, XCP, CCP, OBD, J1939 durch IPEmotion unterstützt. Dynamische Vibrationssignale, thermodynamische Prozess- Parameter, Motordaten und HVAC-Steuergeräte ergeben zusammen eine äußerst zuverlässige Analysegrundlage. Diese Daten werden zur weiteren Störgeräusch-Untersuchung und Lokalisierung im Campbell-Diagramm visualisiert. Die synchrone Erfassung der physikalischen Größen — mit Kennwerten aus den zugehörigen Steuergeräten — erweitert erheblich die Analysemöglichkeiten zur Identifizierung der Ursache von Geräuschen.