Diese Diplomarbeit befasst sich mit dem Ziel, einen Dauertest für Schrankenantriebe
zu entwickeln, in dem die Aggregate mit einer am Schrankenbaum vorkommenden
Belastung geprüft werden. Der Dauertest soll entwickelt werden, um aus Gründen
der Sicherheit Frühausfälle noch vor der Auslieferung zu detektieren. Der
Schrankenantrieb HSM 10 E ist Teil der BUES 2000, einer voll rechnergesteuerten
Anlagentechnik für Bahnübergänge.
Der Prüfstand soll aus einem Steuer-PC bestehen, der via CAN-Bus die zu
testenden Aggregate sowie die mechanische Last ansteuert. Für die Aggregate soll
eine mechanische Aufhängung konzipiert werden. Zu Diagnosezwecken ist eine
Protokollierung der Telegramme auf dem CAN-Bus gefordert. Der Prüfstand soll
später in einem Klimaschrank installiert werden, daher ist auf Masse und Bauraum
zu achten. Es ist gefordert, die Prüflinge verschiedenen Teiltests zu unterziehen, wie
Stresstest, Ruhephase und Lasttest.
Als Prinzip für die mechanische Belastung der Prüflinge ist eine Wippe gewählt, auf
deren beider Seiten ein Schrankenantrieb eingespannt ist. Mittels Sonderfunktionen
ist es möglich einen Schrankenantrieb als Lastaggregat zu betreiben. Hierbei ist
darauf zu achten, dass es durch Fremdverwendung zu keinerlei Schäden am
Lastaggregat kommen kann.
Durch Einsetzen des „gläsernen“ Aggregats auf einer Seite der Wippe und mit dem
Durchlaufen aller vorgesehenen Belastungsvorgänge lassen sich letzte Zweifel
ausräumen, dass durch Ölvergasung oder Kavitation die Prüflinge beschädigt
werden könnten. Das Programm {Dauerteststand.vi} steuert daher die Aggregate von
bis zu vier Wippen so über den CAN-BUS an, dass jedes Aggregat mal als Last und
mal als Prüfling betrieben wird. Zu Diagnosezwecken protokolliert ein weiterer PC
sämtlichen Datenverkehr auf dem CAN-Bus, der auch Sondermeldungen des
Steuerprogramms enthält, so dass das Diagnoseprotokoll leichter zu lesen ist.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Aufgabenstellung
1.2.1 Inhalt der Diplomarbeit
1.2.2 Bedingter Inhalt der Diplomarbeit
2 Voraussetzungen
2.1 Das Bahnübergangssystem
2.2 Prinzipien der mechanischen Belastung
2.2.1 Zwei Aggregate prüfen sich gegenseitig
2.2.2 Ein Aggregat wird von einem modifizierten Gut-Aggregat geprüft
2.2.3 Ein Aggregat wird von einem externen Hydraulikzylinder geprüft
2.2.4 Mechanische und elektrische Alternativen oder Ergänzungen
2.3 Favorisiertes Prinzip
2.3.1 Mögliche Ausschlusskriterien
2.3.2 Strategie zur Klärung
3. Entwicklungsumgebung und Versuchsaufbau
3.1 Überblick
3.2 Der Schrankenantrieb HSM 10 E
3.2.1 Der Zylinder
3.2.2 Die Hydraulikpumpe mit Asynchronmotor
3.2.3 Das Steuerventil mit Schrittmotor
3.2.4 Die HSE BG
3.3 Die Wippe
3.4 Steuerung
3.4.1 CAN-Bus
3.4.2 Rechner
3.4.3 Programmiersystem LabVIEW
4 Softwareentwicklung
4.1 Programm zur Aufnahme der Kennlinien
4.1.1 Anforderungen
4.1.2 Programmstruktur
4.1.3 Spezielle VIs
4.2 Programm zur Simulation der Schrankenlast
4.2.1 Anforderungen
4.2.2 Programmstruktur
4.3 Bedien- und Steuerprogramm
4.3.1 Anforderungen
4.3.2 Programmstruktur
4.3.3 Spezielle VIs
4.4 Gemeinsame Sub-VIs
4.4.1 VIs für Bewegungsabläufe
4.4.2 VIs zur CAN-Steuerung
4.4.3 VIs für die Texterzeugung
4.4.4 Sonstige VIs
5 Experimentelle Untersuchung
5.1 Aufnahme der Kennlinien
5.1.1 Kennlinien zweier Aggregate an der Wippe
5.1.2 Kennlinien des Aggregates an einer Schranke
5.1.3 Analyse und Vergleich beider Kennlinien
5.2 Rekonstruktion der Kennlinien
5.2.1 Simulation des Öffnungsvorgangs
5.2.2 Simulation des Schließungsvorgangs
5.2.3 Simulation des Ersatzschließungsvorgangs
5.3 Verträglichkeitsprüfung der Prozessparameter des Lastaggregats
5.3.1 Das „gläserne“ Aggregat
5.3.2 Suche nach verträglichen Prozessparametern
6 Schlusswort
Zielsetzung & Themen
Die Diplomarbeit hat das Ziel, einen rechnergesteuerten Dauerteststand für hydraulische Schrankenantriebe (Modell HSM 10 E) zu entwickeln. Durch die Simulation realer Belastungsszenarien sollen Frühausfälle der Aggregate vor der Auslieferung detektiert und so die Sicherheit an Bahnübergängen erhöht werden.
- Konzeption einer mechanischen Belastungsvorrichtung (Wippe)
- Entwicklung der Steuersoftware mit LabVIEW
- Implementierung einer CAN-Bus-basierten Kommunikation und Diagnose
- Durchführung experimenteller Untersuchungen zur Kennlinienermittlung
Auszug aus dem Buch
3.4.1 CAN-Bus
CAN steht für Controller Area Network und arbeitet nach dem Multi-Master-Prinzip. Mehrere gleichberechtigte Steuereinheiten sind durch eine lineare Busstruktur miteinander verbunden. Diese Struktur hat den Vorteil, dass das Bussystem bei Ausfall eines Teilnehmers für alle anderen weiterhin voll verfügbar ist. Die Adressierung erfolgt bei CAN botschaftsbezogen. Dazu wird jeder Botschaft (auch Telegramm genannt) ein fester, 11 Bit langer Identifier zugeordnet, der den Inhalt der Botschaft kennzeichnet und der beim Senden die Priorität des Buszugriffs bestimmt. Der Identifier mit der Nummer 1632 ist so z.B. das Zustandstelegramm der Schranke Nr. 1. Jede Station an dem CAN-Bus selektiert die empfangenen Daten nach den Identifiern, die in der Station als entgegenzunehmende Botschaften gespeichert sind.
Für die Anwendung in der Bahnüberwegsicherungstechnik stellt die Ankopplung mit galvanischer Trennung über Optokoppler eine vorteilhafte Lösung dar, da sie Masseversätze zwischen den einzelnen Busteilnehmern toleriert. In Abb. 3.11 ist ein solches CAN-Netzwerk zu sehen. Zur linken und rechten Seite ist jeweils eine Station angeschlossen. Oben befindet sich der Treiber des Netzwerkes mit der externen Spannungsversorgung von Vcc = 8 Volt. Durch sie wird der FET (Feld-Effekt-Transistor) im Treiber und die Optokoppler auf der Leitungsseite betrieben. Wenn eine der Stationen ein dominantes Bit sendet, dann wird die Sendeleitung Tx auf Grund (Gnd) „gezogen“. Dadurch schaltet der FET im Treiber durch und die Empfangsleitung Rx wird auch auf Grund „gezogen“. Das bewirkt, dass in jeder Station die LED im Empfangsoptokoppler das Signal überträgt, da sie nun über einen Widerstand zwischen Vcc und Gnd geschaltet ist.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Motivation zur Entwicklung des Dauerteststands für den HSM 10 E und definiert die konkreten Aufgabenstellungen.
2 Voraussetzungen: Analysiert das Bahnübergangssystem BUES 2000 und evaluiert verschiedene Prinzipien für die mechanische Belastung der Testaggregate.
3. Entwicklungsumgebung und Versuchsaufbau: Detailliert den technischen Aufbau des Teststands, die Komponenten des Schrankenantriebs, die mechanische Wippe und die Steuerungstechnik.
4 Softwareentwicklung: Dokumentiert die Entwicklung der Steuerungssoftware in LabVIEW, einschließlich Programmstrukturen und spezieller Sub-VIs für Diagnose und Ablaufsteuerung.
5 Experimentelle Untersuchung: Beschreibt die Aufnahme von Kennlinien an Wippe und Schranke sowie die Validierung der Simulationsparameter mittels eines gläsernen Aggregats.
6 Schlusswort: Führt ein Fazit der erreichten Ergebnisse auf und diskutiert das Potenzial für zukünftige Optimierungen des Teststands.
Schlüsselwörter
Dauerteststand, HSM 10 E, Schrankenantrieb, Hydraulikaggregat, CAN-Bus, LabVIEW, Simulation, Bahnübergang, Kavitation, Ölvergasung, Lastprüfung, Testzyklus, Automatisierung, Messtechnik, Diagnose.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Gestaltung eines rechnergesteuerten Dauerteststands für hydraulische Schrankenantriebe, um deren Zuverlässigkeit zu erhöhen.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der mechanischen Konstruktion einer Prüfwippe, der elektronischen Steuerung via CAN-Bus und der Softwareentwicklung zur Testautomatisierung.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, Frühausfälle von Schrankenantrieben unter realitätsnahen Belastungsbedingungen vor der Auslieferung automatisiert zu detektieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein experimenteller Ansatz mit einer Versuchsaufbau-Umgebung gewählt, bei dem reale Aggregate in Prüfzyklen vermessen und die Lastverhältnisse rechnergestützt simuliert werden.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die technologische Entwicklungsumgebung, die Software-Programmarchitektur und die praktische experimentelle Verifizierung der Testparameter.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Zu den prägenden Begriffen gehören insbesondere Schrankenantrieb, Dauertest, CAN-Bus, LabVIEW-Programmierung und Kavitationsvermeidung.
Warum wurde ein gläsernes Aggregat für die Versuche eingesetzt?
Das Aggregat mit Plexiglas-Bestandteilen ermöglicht die visuelle Kontrolle des Ölflusses, um sicherzustellen, dass keine Kavitation oder Ölvergasung bei den Testeinstellungen auftritt.
Wie werden die Anforderungen an den Klimaschrank berücksichtigt?
Aufgrund begrenzter Kapazität im Klimaschrank wurde besonderer Wert auf kompakte Bauweise, geringes Gewicht und reduzierte Wärmekapazität des Prüfaufbaus gelegt.
- Quote paper
- Christian Häsel (Author), 2002, Entwicklung und Gestaltung eines rechnergesteuerten Dauerteststands von Hydraulikaggregaten für die Bahnübergangssicherung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/20995
