RT Box

Die neue HIL-Plattform für Leistungselektronik

Die PLECS RT Box ist ein Echtzeitsimulator, der speziell für Anwendungen in der Leistungselektronik entwickelt wurde. Mit seinen zahlreichen analogen und digitalen Ein- und Ausgängen und seiner in ein FPGA eingebetteten CPU-Kernen handelt es sich um einen vielseitig einsetzbaren Digitalrechner, der sich sowohl für Hardware-in-the-Loop (HIL) Simulationen als auch zum schnellen Aufbau von Regeleinrichtungen eignet.

RT Box front view

Hardware-in-the-Loop Simulationen

Wird die RT Box für HIL Tests benutzt, emuliert sie üblicherweise den Leistungsteil eines leistungselektronikschen Systems. Der Leistungteil kann ein einfacher DC/DC-Wandler sein, ein AC-Antriebssystems oder ein komplexer Mulitlevel-Wechselrichter. Die zu testende Schaltung ist dabei die Regelungshardware, die mit der RT Box verbunden wird. Mit einem solchen Aufbau kann der gesamte Regler ohne den tatsächlichen Leistungsteil getestet werden.

Die Eingänge des Reglers sind zumeist Analogsignale, die von den Spannungs- und Stromwandlern kommen. In einer HIL-Simulation werden diese Signale von den analogen Ausgangskanälen der RT Box bereitgestellt. Daneben erwartet der Regler möglicherweise digitale Eingangssignale wie z. B. Geschwindigkeitsmessungen mittels Hall-Sensoren. Solche Reglereingänge werden mit den digitalen Ausgangskanälen der RT Box verbunden.

In Leistungselektronik-Anwendungen erzeugt der Regler eine Vielzahl von PWM-Signalen, um die einzelnen Leistungshalbleiter anzusteuern. Die PWM-Signale können von den digitalen Eingängen der RT Box erfasst werden. Dabei werden sie mit einer zeitlichen Auflösung von weniger als 10 ns abgetastet. Mit den erfassten Eingangssignalen simuliert die RT Box den Leistungsteil und stellt die Simulationsergebnisse innerhalb weniger Mikrosekunden an den analogen Ausgängen bereit. Dank der so geringen Latenzzeit zwischen Ein- und Ausgängen "denkt" der Regler er steuere tatsächlich ein reales Umrichtersystem.

Schnelle Regleraufbauten

Alternativ kann die RT Box auch als Regler für einen Leistungsteil eingesetzt werden. Für diesen Anwendungsfall werden die Spannungs- und Stromsensoren mit den analogen Eingängen der RT Box verbunden. Die Digitalausgänge werden benutzt, um hochauflösende PWM-Signale für die Leistungshalbleiter zu erzeugen. Die RT Box besitzt mehr analoge und digitale Kanäle als die meisten MCUs, arbeitet mit hohen Abtastraten und hat eine schnelle CPU. Der Benutzer profitiert daher von einer deutlich gesteigerten Leistungsfähigkeit im Vergleich zu integrierten Regelsystemen.

Wenn Sie zwei RT Boxen besitzen, können Sie diese für einen Test des virtuellen Gesamtsystems direkt miteinander koppeln. Eine RT Box simuliert dabei den Leistungsteil, und die andere arbeitet als Regler.

Schnittstellen-Karten

Zum schnellen und einfachen Anschliessen externer Hardware stehen eine Reihe von Schnittstellen-Karten zur Verfügung:

  • Das Analog Breakout Board bietet Zugriff auf die analogen Ein- und Ausgänge über BNC-Buchsen.
  • Das Digital Breakout Board führt die digitalen Ein- und Ausgänge auf Reihen-Anschlussklemmen und Pfostenfeld-Verbinder.
  • Das LaunchPad Interface ermöglicht eine einfache Verbindung der RT Box mit den LaunchPad und LaunchPad XL Entwicklungskits von Texas Instruments.
  • Das ControlCard Interface erlaubt die Verbindung verschiedener ControlCards von Texas Instruments mit der RT Box.

Analog and Digital Breakout Board

Die RT Box von Innen

Prozessor

Im Herzen der RT Box steckt ein Xilinx Zynq System-on-Chip, der ein FPGA und mehrere CPU-Kerne beinhaltet. Die enge Verbindung zwischen dem FPGA und der CPU ermöglicht eine sehr niedrige Latenzzeit, wenn Daten zwischen den I/O-Kanälen und der CPU ausgetauscht werden. Einer der CPU-Kerne übernimmt die Kommunikation mit dem Benutzer, während die übrigen Kerne für die Echtzeitsimulation eingesetzt werden.

Analoge I/Os

Die ADCs und DACs in der RT Box haben beide 16 Bit Auflösung und werden jeweils simultan abgetastet bzw. aktualisiert. Die Ein- und Ausgangspannungen können den üblichen industriellen Spannungspegeln angepasst werden. Alle Ein- und Ausgänge sind geschützt vor ESD, Kurzschlüssen und versehentlich angelegter Überspannungen.

Die analogen Eingänge messen differentiell, um Gleichtakt-Störungen zu unterdrücken. Falls gewünscht können sie aber auch im single-ended Modus betrieben werden..

Digitale I/Os

Die digitalen I/Os werden üblicherweise zur hochauflösenden PWM-Erfassung und zur PWM-Erzeugung eingesetzt; sie können aber auch allgemeine I/O-Funktionalitäten übernehmen. Die Signale sind kompatibel mit Spannungspegeln von 5 V und 3.3 V.

Integration mit PLECS

Die RT Box arbeitet Hand in Hand mit einem Host-Computer, auf dem PLECS Standalone oder PLECS Blockset und der PLECS Coder laufen. Der PLECS Coder übersetzt dabei ein PLECS-Modell in echtzeitfähigen C-Code, der für die RT Box kompiliert wird. Das ursprüngliche Modell auf dem Host-Computer kann mit Hilfe des External Modes mit der Simulation auf der RT Box verbunden werden. Dies ermöglicht dem Benutzer, die Simulationsergebnisse von der RT Box in einem PLECS Scope darzustellen und Parameter im laufenden Betrieb zu verändern.

Technische Spezifikationen

     RT Box 1       RT Box 2       RT Box 3   
Prozessor Xilinx Zynq Z-7030 ZU9EG
  CPU-Kerne 2 x 1 GHz 4 x 1.5 GHz
Analoge Eingänge Kanäle 16 32
  Auflösung 16 bit, simultane Abtastung
  Spannungsbereiche -10 ... 10 V
  -5 ...   5 V
  Eingangs-Messung Differentiell
  Max. Abtastrate 2 Msps 5 Msps
  Eingangsimpedanz 1 MΩ, 24 pF
  Steckverbinder D-SUB 37 Pin männlich
Analog Ausgänge Kanäle 16 32
  Auflösung 16 bit, simultanes Update
  Spannungsbereiche -10 ... 10 V
    0 ... 10 V
  -5 ...   5 V
    0 ...   5 V
  Max. Update-Rate 2 Msps 5 Msps
  Ausgangsimpedanz 0 Ω
  Max. Ausgangsstrom 10 mA
  Steckverbinder D-SUB 37 Pin weiblich
Digitale Eingänge Kanäle 32 64
  Spannungspegel 3.3 V (5 V-tolerant)
  Steckverbinder D-SUB 37 Pin männlich
Digitale Ausgänge Kanäle 32 64
  Spannungspegel 3.3 V
5 V
  Steckverbinder D-SUB 37 Pin weiblich
Resolver Ein-/Ausgänge –/– 1/1 2/2
  Steckverbinder   D-SUB 9 Pin männl./weibl.
I/O-Schutz Kurzschluss Dauerhaft
  Überspannung -24 ... 24 V
Anschlüsse Gigabit Ethernet 1 2
  SFP+ interconnects
6.25 Gbps per lane
4 8
  Industrial Ethernet 2
  CAN-Bus 2
  RS 232/422/485 2
  USB A 2.0/3.0 1/– –/1
  DisplayPort 1
Massenspeicher Interne SSD 480 GB
  Firmware SD Card
Netzteil
(intern)
100 ... 240 Vac
50 ... 60 Hz
50 VA 65 VA 100 VA
Abmessungen Tiefe x Breite 310 x 250 mm
  Höhe 100 mm 145 mm

Preise und Verfügbarkeit

Der Verkaufspreis der RT Box 1 exkl. Steuern beträgt $ 9'800 in den USA und € 8'400.- in Deutschland. Detaillierte Preis-Informationen finden Sie in unserem Shop. Für ein verbindliches Angebot und Lieferzeiten in Ihrer Region kontaktieren Sie uns bitte unter info@plexim.com.