Hardware-in-the-Loop-Tests für thermische Systeme

Tests am Prüfstand sind ressourcenintensiv, langwierig und teuer. Wir ermöglichen Tests mit virtuellen Prototypen von Wärmepumpen, Kühlschränken oder im energietechnischen Anlagenbau. So erhöhen Sie Ihre Testabdeckung, erhöhen die Qualität Ihrer Regelungssoftware und vermeiden Fehler im Feld.

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Potenziale von HiL entdecken

Prüfstand vs. Hardware-in-the-Loop-Tests

Die Modellierung thermischer Systeme wie Kältekreisläufe in Wärmepumpen ist extrem komplex. Deswegen wird die Regelung oft getestet wie vor 40 Jahren: in aufwendigen Experimenten an Prüfständen im Labor.

Dagegen sind bei der Regler-Entwicklung für mechanische und elektronische Systeme Hardware-in-the-Loop-Tests (HiL) längst etabliert. Dabei wird die Regelstrecke als Simulationsmodell virtuell abgebildet. So kann das Steuergerät im geschlossenen Regelkreis getestet werden, auch ohne realen Prototypen.

Tests am Prüfstand

Ständig ausgebuchte Prüfstände

Zeitdruck

Ist wirklich alles getestet?

Lange Iterationsschleifen

Eingeschränkte Reproduzierbarkeit

Software-Probleme erst beim Kunden entdecken

Risiko von Rückrufaktionen aufgrund immer komplexerer Funktionen

Schon wieder ein Verdichter zerstört...

Hardware-in-the-Loop-Tests

Hardware und Software parallel entwickeln

100% Testabdeckung

Perfekte Reproduzierbarkeit

Absicherung bei Softwareupdates

Weniger Reklamationen

Automatisierung

Kürzere Entwicklungszyklen

Closed-Loop Tests von Anfang an

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Ihre Vorteile mit HiL

Besser testen, Qualität erhöhen, schneller entwickeln

Auch unter Extrembedingungen einfach testen

Fehler treten häufig bei Extrembedingungen auf. Am Prüfstand im Labor sind Extrembedingungen mit hohem Aufwand verbunden.

In Hardware-in-the-Loop-Tests können extreme Bedingungen sehr einfach simuliert werden. Egal ob 20 °C oder -60 °C. So finden Sie Fehler bereits bei Tests und nicht erst im Feld.

Jederzeit testen, auch ohne Prüfstand

Via HiL können Sie jederzeit den aktuellen Softwarestand im geschlossenen Regelkreis testen. Auch automatisiert über Nacht.

Bildquelle: speedgoat.com

Regressionstests bei Softwareupdates möglich

Messungen am Prüfstand beinhalten immer Unsicherheiten. Tests mit Simulationsmodellen sind 100 % reproduzierbar. Damit können bei zukünftigen Softwareupdates durch Regressionstests Fehler vermieden werden.

Qualität der Steuerungssoftware erhöhen, Reklamationsquote senken

HiL-Tests mit einem virtuellen Prototypen ermöglichen frühzeitiges und systematisches Testen. So erkennen Sie Probleme und Fehler früh im Entwicklungsprozess. Nicht erst im Prüfstand im Labor oder im Feld beim Kunden.

Schneller am Markt

Mit den Simulationsmodellen als virtuelle Prototypen können Regelungen von der ersten Idee bis zur finalen Version getestet werden. So können Software und Engineering Teams parallel arbeiten. Das spart Zeit und ermöglicht kürzere Entwicklungszyklen.

Referenzen

NEUMAN & ESSER

Webbasierter Simulator für Wasserstofftankstellen

Zur Unterstützung des technischen Vertriebs bei NEUMAN & ESSER haben wir eine maßgeschneiderte webbasierte Anwendung zur dynamischen Simulation von Wasserstofftankstellen entwickelt.

Kundenanforderungen wie Typ und Anzahl der betankten Fahrzeuge können gewählt werden. Die Tankstelle kann detailliert konfiguriert werden und in einer Simulation wird das dynamische Verhalten des Gesamtsystems für einen typischen Zeitraum berechnet.

Mit diesem Tool können Vertriebsmitarbeiter ohne zeitraubende Umwege über Ingenieure das Produkt "Tankstelle" entsprechend den Kundenanforderungen konfigurieren. Interessenten bekommen ein direktes und detailliertes Feedback.

Hydrogen Refueling Station Simulation and Design Tool by NEUMAN & ESSER, Youtube video

Emerson

Konzepte für Supermarkt-Kälteanlagen mit CO2-Kreislauf

Emerson entwickelt Komponenten und Systeme für die Supermarktkälte. Aufgrund seiner Umweltvorteile gewinnt CO2 als Kältemittel in diesem Bereich immer mehr an Bedeutung. Aber im Vergleich zu traditionellen Kältemitteln sind die thermodynamischen Eigenschaften von CO2 völlig anders (hohe Drücke und niedrige kritische Temperatur). Das Design von effizienten CO2-Zyklen ist eine Herausforderung und es gibt viele verschiedene vorgeschlagene Zykluskonzepte. Gemeinsam mit Emerson-Experten haben wir Simulationsmodelle für eine Reihe verschiedener Konzepte entwickelt und eine Simulationsstudie durchgeführt, um die saisonale Effizienz dieser Zyklen zu vergleichen.

Eric Winandy et al: Bewertung der saisonalen Effizienz verschiedener CO2-Booster-Architekturen für unterschiedliche Klimazonen. DKV Jahrestagung, 2018

Vaillant

Wärmepumpen­modellierung für HiL-Tests

Vaillant hat in der Entwicklung von Wärmepumpenreglern eine umfassende Teststrategie etabliert. Bevor die Regler im Labor an reale Wärmepumpen angeschlossen werden, werden sie an virtuelle Wärmepumpen angeschlossen, die auf einer speziellen Echtzeit-Simulationshardware und -software von dSPACE laufen. Entscheidend für diese sogenannten Hardware-in-the-Loop (HiL)-Tests sind Simulationsmodelle der Wärmepumpen. Wir haben diese Modelle für Vaillant mit unserer Modelica-Bibliothek TIL Suite entwickelt und eine zuverlässige Werkzeugkette aufgebaut, um diese Modelle auf die dSPACE-Plattform zu exportieren. Die Modelle beinhalten ein vollständiges dynamisches physikalisches Modell des Kältekreislaufs. Es kann die Umschaltung der Kältemittelflussrichtung, die durch unterschiedliche Modi für Abtauung, Heizung und Kühlung verursacht wird, verarbeiten. Vaillant erkennt nun Probleme im Regelungscode viel früher und spart mit diesen virtuellen Tests eine beträchtliche Menge an teuren Laborversuchen.

Manuel Gräber et al.: Physical Modeling of Heat Pumps for Hardware-in-the-Loop Testing. 13th International Modelica Conference, 2019

Warum tlk Energy

Schnelle und robuste Modelle für thermodynamische Systeme

TIL Suite: Unsere Spezial-Bibliothek für thermodynamische Systeme

Wir haben die TIL Suite gemeinsam mit unserer Partnerfirma TLK Thermo in den letzten 15 Jahren mitentwickelt und weltweit etabliert. Mit den neusten Methoden können wir auch Nullmassenstrom und Strömungsumkehr robust berechnen.

Modelica Training bei TLK Energy

Expertise in Thermodynamik und Numerik

Standard bei Hil Tests sind Euler Löser mit fester Schrittweite. Bei thermodynamischen Systemen stößt man so schnell an Grenzen. Wir nutzen numerische Differentialgleichungslöser mit variabler Schrittweite. So können wir 100 % Robustheit erreichen.

Modelica Training bei TLK Energy

FMI Schnittstelle: Nutzen Sie die Software Ihrer Wahl

Dank FMI Schnittstelle sind unsere Modelle kompatibel zu HiL-Software verschiedener Anbieter wie dSPACE oder Mathworks/Speedgoat. So können Sie unsere Modelle einfach in Ihre vorhandene Inhouse-Lösungen integrieren.

Modelica Training bei TLK Energy

Unser Angebot

Hardware in the Loop Tests für thermische Systeme mit TLK

TIL Suite – Die Bibliothek für thermo­dynamische Systeme

  • Echtzeitfähige Modelle erstellen
  • Schnelle Stoffdatenberechnung
  • Modelle als C Code exportierbar (FMI)
  • Robust auch bei Strömungsumkehr und Null-Massenstrom

Begleitung bei Aufbau Ihrer internen Prozesse

  • Auswahl geeigneter HiL Soft- und Hardware
  • Entwicklung eines Modellierungsprozesses und Schulungen Ihres Teams
  • Analyse und Lösung numerischer Probleme
  • Teilen von Erfahrungswerten und Best Practices

Erstellung echtzeitfähiger und robuster Systemmodelle

  • Komplette Modellerstellung
  • Auswertung von Messdaten und Datenblättern einzelner Komponenten
  • Parameteridentifikation

Getestete Werkzeugketten mit etablierten HiL-Lösungen

  • dSPACE, Mathworks/Speedgoat
  • Regelmäßige Kompatibilitätstests bei Softwareupdates
  • Direkter Kontakt zu den technischen Entwicklern

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