Systemüberprüfung
Patricia Viebke, 12.05.2023
Für die Inbetriebnahme des Pumpenprüfstandes ist das Ziel definiert, diesen über einen Benutzeroberfläche zu bedienen und überwachen. Hierfür muss im ersten Schritt der physikalische Aufbau optimiert werden, um das System zu vereinfachen. Der Prüfstand hat zwei Messbalkone, die für die Kalibrierung von Druck- und Temperatursensoren verwendet werden. Die Messbalkone werden demnach als Temperaturstrang und Druckstrang definiert. Durch das Montieren der Messbalkone auf die von der Pumpe gegeünberliegene Seite, bietet der Prüfstand mehr Übersichtlichkeit. Auch die Verbindungen mit Rohren zwischen den Komponenten sind einfacher nachzuvollziehen. Im nächsten Schritt müssen die Basisfunktionen des Prüfstandes definiert werden. Anhand der Basisfunktionen wird die Position der Magnetventile ermittelt. Es werden fünf Magnetventile verwendet, um die Basisfunktionen umzusetzen. Zu den Basisfunktionen gehört die Wasserbefüllung und -entleerung, die Entlüftung des Systems und das Durchspülen.
Für die Überwachung des Prüfstandes wird Sensorik benötigt. Es ist die Überwachung von Temperatur, Druck, Durchflussrate, Wasserfüllstand im Boiler, Wellendrehzahl- und drehmoment geplant. Für die Überwachung müssen die einzelnen Sensoren in Betrieb genommen werden. Im ersten Schritt müssen diese physikalisch in das System verbaut werden. \\
Für die Inbetriebnahme der Prüfstandskomponenten wird eine Stromversorgung benötigt. Es werden ein 24 V Netzteil und ein Leistungsnetzteil verwendet, welche über das Hausnetz versorgt werden. Für die Sensorik ist eine verringert Spannung notwendig. Es werden zwei neue Elektronikplatinen ausgelegt und auf dem Prüfstand montiert. Anhand der 230V-SSR-Platine findet die Ansteuerung der Magnetventile und des Leistungsnetzteils statt. Weiter werden hier das Heizelement und die Netzteile mit Strom versorgt. Die zweite Platine stellt Verteilerklemmen zur Verfügung, über welche die Sensorik bespeist wird. Da unterschiedliche Spannungen benötigt werden, wird hier zwischen einem 5 V und 24 V Verteiler unterschieden.
Die Sensorik und die Komponenten werden mit der Elektronik verkabelt. Die Kabel sind in Kabelkanälen am Prüfstand gelegt. Damit Messwerte erfasst werden können, wird das Modul 9220 von National Instruments verwendet.
Während der Inbetriebnahme der Sensoren sind einige Probleme aufgefallen. Zum Einen ist aufgrund defekter Messumformer eine Inbetriebnahme der Temperatursensoren nicht möglich. Bei der Überprüfung des Drehzahlsensors ist ein Durchschlagen der Impulse auf die anderen Messkanäle aufgefallen. Nach Fehleranalyse basiert der Fehler aufgrund eines defekten Spannungsregler auf der Verteilerplatine. Durch den Einsatz eines externen 5 V Netzteils, wurde das Problem behoben. Weiter hat sich bei der Überprüfung des Drehmomentsensors herausgestellt, dass dieser keinen logischen Werte liefert, da dieser ebenfalls defekt ist.
Die über die Messkarte erfassten Messdaten werden an MATLAB übertragen, wo eine Signalaufbereitung für jeden Sensortyp stattfindet.
Damit der Prüfstand über einen PC bedient werden kann, ist eine Benutzeroberfläche zu programmieren. Mit dem Appdesigner wird eine GUI programmiert, welche die Kommunikation zwischen dem Raspberry Pico und MATLAB herstellt. Durch Betätigen von Buttons in der GUI werden die entsprechenden Codezeilen an den Raspberry Pico übertragen, dass die Steuerung der Komponenten ermöglicht.
Ein Endziel des Prüfstandes ist, eine Kalibrierung für Druck- und Temperatursensoren durchzuführen. Hierfür müssen Regelprozesse programmiert werden. Aufgrund fehlender Messumformer ist nur die Entwicklung einer Druckregelung möglich. In der MATLAB\textsuperscript{\textregistered} GUI wird ein PID-Regler für den Druck integriert. Hierfür muss zuerst der maximale zu erreichende Druck ermittelt werden. Durch vollständiges Schließen des Pumpenbypass und maximaler Pumpenleistung ist ein Druck von maximal 8.5 bar erreicht. Innerhalb des Druckbereichs ist die Regelung auf einen bestimmten Druck unter Angabe von Kontrollpunkten möglich. Der Regler funktioniert, jedoch besteht hier Optimierungsbedarf an den Regelparametern für präziseres Erreichen der Messwerte und der Stabilität des Regelverhaltens.
Patricia Viebke, 28.04.2023
Der Pumpenprüfstand ist trotz einiger Probleme einsatzbereit. Durch die integrierte Sensorik und Elektronik ist es möglich den Druck des Prüfstands zu parametrieren.
Für die Absicherung muss der maximale Druck des Prüfstands mit dem aktuellen Antrieb ermittelt werden. Mit der verbauten Flügelzellenpumpe bei voller Leistung wird ein maximaler druck von 8.5 bar erreicht. Dieser ist geringer als erwartet. Zukünftig muss eine andere Pumpe oder ein stärkerer Antrieb verwendet werden.
Eine Druckregelung ist umgesetzt, jedoch ist hier noch Optimierungspotential in der Präzision. Der eingestellte Druck wird durch das Zusammenspiel der Komponenten jedoch automatisch erreicht.
Patricia Viebke, 16.10.2022
Der Aufbau des Pumpenprüfstandes wurde überprüft, anhand des bereits vorhandenen Hydraulikplans [86]. Der Hydraulikplan musste angepasst werden, da statt eines Dosierventils nun ein digitales Dosierventil (Schrittmotor) verwendet wird. Der aktuelle Aufbu entspricht vollständig dem Hydraulikplan. Weiter wurden die Verbindungen zwischen den Komponenten geändert. Es wurden direkte Verbindungen erzeugt, um Eck-Verbindungsstücke zu vermeiden. Durch den verringerten Einsatz von Eckstücken sind die Verbindungen und der gesamte Aufbau einfacher zu erkennen. Hierfür wurde unter anderem die Pumpe um 90° gedreht. Der Pumpenprüfstand hat immer noch Optimierungspotential an den Verbinungsstücken. Die Optimierung wird im Laufe der kommenden Woche durchgeführt.
Armin Rohnen, 03.10.2022
Die eingesetzten Komponenten müssen auf Richtigkeit überprüft werden. Hierzu gehören die verwendeten Antriebe, Pumpen, Ventile und Sensoren. Die Verbindung dieser Komponenten muss ebenfalls auf Richtigkeit überprüft werden. Bei den Schlauchverbindungen muss sich überlegt werden, wie man Eckverbindungen vermeidet und somit allgemein weniger Schlauchmaterial verwendet. Weiter ist es hier sinnvoll einen Plan zu erstellen, der den gesamten Aufbau der Pumpenprüfstands zeigt. Auf der elektronischen Seite muss die Richtigkeit der Kabelverbindungen der Prüflingssensoren zu dem Microcontroller STM32 gewährleistet werden. Weiter besteht die Aufgabe, die Heizleistung des Heizelements im Boiler herauszufinden. Diese wird benötigt für die Auslegung einer neuen Basisplatine.