Riassunto analitico
L’oggetto della tesi consiste nella progettazione di un sistema di misura e controllo richiesto dall’azienda Ducati Motor Holding per la gestione di un banco prova motore a freddo. Con questo progetto si vogliono apportare alcune modifiche al sistema in utilizzo allo scopo di migliorarne le sue funzionalità, sia in termini di gestione degli allarmi, sia rendendo completamente automatici i test al banco. Il programma di controllo del banco è stato sviluppato tramite LabVIEW e VeriStand.
Per quanto riguarda la gestione degli allarmi, il sistema attualmente in uso prevede che per tutti i canali allarmati in ingresso vengano inseriti dall’utente dei valori di soglia massimo e minimo.
Se il segnale emesso dai sensori supera questi limiti, il software di controllo genera l’allarme corrispondente.
Invece di avere una lettura assoluta della grandezza che si intende monitorare, per confrontarla con le soglie di allarme massime e minime fisse, si opta per implementare una soglia mobile dell’allarme che possa variare in funzione delle condizioni operative del motore, al fine di garantire un controllo più sicuro e affidabile della prova.
Si vuole dunque predisporre la possibilità di generare una look up table nella quale l’utente possa decidere il numero di breakpoints sugli assi x e y, contenenti i valori delle grandezze che definiscono la condizione operativa del motore. Per ciascuna coppia di valori x e y viene definito un valore sull’asse z che rappresenta il valore nominale della grandezza che si vuole monitorare.
In questo caso l’allarme viene attivato solamente se il valore del segnali in ingresso si discosta troppo dai valori nominali riportati in tabella sull’asse z medesimo. È necessario inoltre introdurre un secondo canale di lettura della velocità angolare del motore, in
quanto quello attualmente in uso è stato posto a monte del giunto che unisce il motore elettrico al motore endotermico (dal lato del motore elettrico) e, in caso di rottura del giunto stesso, il sistema non sarebbe in grado di riconoscere alcun malfunzionamonto, in quanto rileverebbe comunque una velocità di rotazione diversa da zero.
Quanto alle migliorie riguardanti la gestione dei test automatici si vuole permettere la disattivazione del monitoraggio allarmi durante le rampe dinamiche o su specifici passi del profilo di velocità. I valori limite degli allarmi, infatti, ammettono una tolleranza molto stretta al fine di tenere sotto controllo la prova. Ciò può provocare la generazione di alcuni allarmi da parte di quelle grandzze come coppia e pressione che hanno un andamento molto irregolare durante alcuni brevi transitori. Tuttavia quest'ultimi non rappresentano una situazione di pericolo per il motore per via della loro brevità.
Inoltre, si intende rendere la gestione dei file di registrazione dei dati della prova più consona ai test di lunga durata: il salvataggio del file andrà infatti effettuato al termine di ogni ciclo del profilo di velocità impostato, facendo quindi ripartire una nuova registrazione ad ogni nuova iterazione.
Infine il software è stato modificato per dare la possibilità all'utente di far ripartire la prova da un punto di ripristino qualsiasi del ciclo. Questa nuova funzionalità è utile se l'utente volesse far ripartire un test precedentemente fallito da dove è stato interrotto.
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Abstract
The aim of this project is to improve the current control system available in the Ducati Motor Holding engine cold testing bench, in terms of alarm management and unattended automatic tests control.
The control system was implemented using both LabVIEW and VeriStand.
As far as the alarm management is concerned, the previous software only allowed to associate a fixed thresholds alarm to each input channel. In this way the user could define the maximum and minimum allowed values for each channel. When one of them exceeded the limits, the corresponding alarm was triggered. Instead of dealing with fixed thresholds, the possibility to change the limits according to the operating condition of the engine is introduced using a look up table.
The user now decides the number of breakpoints on the x and y axes of the table representing the values that defines the working points of the engine. Then the table must be filled with the nominal values expected for the selected channel in all the different conditions. In this case, the alarm is triggered only if the value of the incoming signals deviates too much from the nominal value reported in the table. This automatically guarantees a more reliable and accurate control on the test since the alarms adapt to the actual working condition.
The next step required is the introduction of a new channel for the acquisition of the engine speed because the original speed sensor was mounted before the mechanical joint that couples the internal combustion engine with the electric motor. In this way the speed acquired was the one of the shaft belonging to the electric motor and, in case of a joint failure, the control system wasn’t be able to detect the malfunctioning since it was still acquiring an angular speed different form zero.
As far as the improvements made for the automatic test control are concerned there was the need to develop the possibility of disabling some alarms during specific steps of the velocity profile in order to allow the execution of the transients that are not dangerous for the engine. In fact the alarms thresholds, that for safety reason allow very tight tolerances, are suitable for the long steady state operation but often, during the short transient in the cycle, are likely to be overcome.
In addition, since the automatic test is often used to find out the reliability or the duration of some engine components, it was necessary to change the way the data were saved, which was not adequate to the duration of these tests. Instead of save all the acquired data in one big file the software now provides the user with a number of recordings equal to the number of iteration of the speed profile that are performed during the test.
The final task required was the modification of the software in order allow the user to start the test from an arbitrary step of the velocity profile, instead of forcing the start from the beginning. This feature is quite useful in case the previous test was failed and the user wants to resume it from the point it was stopped.
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