Entwicklung eines integrierten Brandbekämpfungssystem mit LabVIEW und NI Single-Board RIO für FedEx Express

Jeremy Snow, Ventura Aerospace

„Wir konnten mithilfe von LabVIEW und CompactRIO zügig einen Prototyp unseres Systems für FedEx erstellen und die fertig implementierte Lösung mittels NI Single-Board RIO entwickeln – das alles in weniger als einem Jahr.“

- Jeremy Snow, Ventura Aerospace

Die Aufgabe:

Prototyping und Bereitstellung einer kostengünstigen und zuverlässigen Steuerungslösung für ein Brandbekämpfungssystem für das Hauptdeck von FedEx Express-Frachtflugzeugen unter Einhaltung eines sehr aggressiven Bereitstellungszeitplans.

Die Lösung:

Entwickeln eines intelligenten Steuer- und Regelsystems zur Brandüberwachung und -bekämpfung für FedEx Express mit der Software NI LabVIEW und der Hardware NI Single-Board RIO. Damit sollen Brände verhindert werden, die in Frachtcontainern an Bord von Flugzeugen ausbrechen können, sowie die Sicherheit von Piloten, Fracht und Flugzeug erhöht werden.

Autor(en):

Jeremy Snow - Ventura Aerospace
Troy Ingram - Ventura Aerospace

 

NI-Single-Board-RIO-Geräte fungieren als primäres Steuersystem in der Brandbekämpfungsanwendung, die wir von Ventura Aerospace für FedEx Express entwickelt haben. In jedem Flugzeug haben wir zwei Geräte, die NI Single-Board RIO verwenden: die Brandbekämpfungseinheit und den Brandbekämpfungshub.

 

Architektur des Brandbekämpfungssystems

Der Brandbekämpfungshub ist das Herz des Systems. Es enthält ein NI-Single-Board-RIO-Gerät, ein Netzteil, eine von uns gebaute Tochterplatine zur Signalkonditionierung und einen Ethernet-Switch. Der Brandbekämpfungshub ist verantwortlich für die Überprüfung von Sicherheitsverriegelungen, Stromverteilung und Kommunikation.

 

 

Die Brandbekämpfungseinheit enthält ein NI-Single-Board-RIO-Gerät und unsere eigene Tochterplatine. Sie liest Temperaturen von 16 Infrarotsensoren, verarbeitet die Daten und zeichnet sie auf. In einem Frachtflugzeug befindet sich eine Reihe von Frachtcontainern. Beispielsweise gibt es in einer MD-11 14 Containerreihen, und jede Containerreihe hat ihre eigene Brandbekämpfungseinheit. Somit verwenden wir mit dem Brandbekämpfungshub und den 14 Brandbekämpfungseinheiten insgesamt 15 NI Single-Board RIO-Geräte für die MD-11.

 

Die Brandbekämpfungseinheiten und der Brandbekämpfungshub sind flugzeug- und standortunabhängig konzipiert. Wir haben sie von Grund auf so gebaut, dass sie in jedem Flugzeugtyp funktionieren. Mit LabVIEW haben wir Intelligenz sowohl in die Brandbekämpfungseinheiten als auch in den Brandbekämpfungshub programmiert, um den Flugzeugtyp und die Position basierend auf der Installation selbst identifizieren zu können. Dies ermöglicht eine größere Austauschbarkeit und die Fähigkeit, auf jeder Ebene zu arbeiten.

 

Das System läuft völlig autonom und erfordert keine Bedienereingaben; Jede Einheit überwacht kontinuierlich ihren eigenen Zustand. Darüber hinaus ist das System fehlertolerant – es funktioniert auch im Brand- oder Störungsfall optimal weiter. Außerdem sendet das System nach jedem Flug eine Benachrichtigung und den Fehlerort. All dies ist aufgrund der Zuverlässigkeit des Echtzeitprozessors, des feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA) und der I/O möglich, die in Hardwareprodukten mit rekonfigurierbarer I/O (RIO) von NI zusammen mit der Flexibilität von LabVIEW enthalten sind. Unser System überwacht die Temperatur und steuert das Bekämpfungssystem, das Schaum in einen Behälter abgibt, wenn ein Brand erkannt wird.

 

Schnelle Prototypenerstellung mit CompactRIO und LabVIEW

Es war uns sehr wichtig, schnell eine zuverlässige Lösung auf den Markt zu bringen. Mithilfe der RIO-Bereitstellungskurve konnten wir schnell einen Prototyp unseres Systems für FedEx mit LabVIEW und CompactRIO erstellen und mit NI Single-Board RIO eine endgültig bereitgestellte Lösung erstellen – alles in weniger als einem Jahr. Aufgrund der Flexibilität des eingebetteten CompactRIO-Systems konnten wir schnell einen funktionierenden Prototyp unseres Bekämpfungssystems mithilfe der grafischen Tools LabVIEW zusammen mit analogen und digitalen Modulen von CompactRIO und der C-Serie von NI entwickeln. Während dies unsere erste Erfahrung mit CompactRIO und dem LabVIEW FPGA Module war, konnten wir aufgrund der schnellen Lernkurve von LabVIEW FPGA einen funktionierenden Prototyp in drei Monaten fertigstellen.

 

 

Schnelle Bereitstellung mit NI Single-Board RIO

Aufgrund der geringen Größe und der niedrigen Kosten von NI Single-Board RIO entschieden wir uns für die Bereitstellung mit einem NI sbRIO-9612-Gerät für die endgültige Lösung. Das sbRIO-9612 enthält einen geräteeigenen Echtzeitprozessor, ein rekonfigurierbares FPGA sowie analoge und digitale I/O. Wir haben unsere Steuerungsalgorithmen sowie die Vernetzung und Datenerfassung der Anwendung auf dem Echtzeitprozessor implementiert. Die integrierten analogen Eingänge des sbRIO-9612 sind über eine benutzerdefinierte Signalkonditionierung mit den Infrarotsensoren verbunden.

 

Der Übergang vom Prototyping zur Bereitstellung verlief aufgrund der gemeinsamen Hardwarearchitektur von CompactRIO und NI Single-Board RIO nahtlos. Die Erstellung unserer endgültig bereitgestellten Lösung war einfach, da wir unseren LabVIEW-Prototyping-Code ohne größere Änderungen am Code wiederverwenden konnten. Die Tatsache, dass NI Hardware und Software bereitstellt, um schnell Prototypen für eingebettete Systeme zu entwickeln und bereitzustellen, war für uns von entscheidender Bedeutung. Wir sind uns ziemlich sicher, dass wir unsere strengen Fristen ohne NI-Tools nicht eingehalten hätten.

 

Der Vorteil einer Lösung von National Instruments

Zusätzlich zu den technischen Vorteilen der Verwendung von Hardware und Software von NI erhielten wir während unseres Entwicklungsprozesses von NI unschätzbaren Vertriebs- und technischen Support – einschließlich direkter technischer Unterstützung aus Austin, Texas, sowie lokaler technischer Unterstützung durch Vertrieb und Engineering. Diese Unterstützung und die Partnerschaft von NI haben unsere Erwartungen übertroffen.

 

Informationen zum Autor:

Jeremy Snow
Ventura Aerospace
jeremy@venturaaerospace.com

Der Brandbekämpfungshub ist das Herz des Systems. Er enthält ein NI-Single-Board-RIO-Gerät, ein Netzteil, eine Tochterplatine zur Signalkonditionierung und einen Ethernet-Switch.
Die Systemarchitektur besteht aus dem Brandbekämpfungshub und mehreren Brandbekämpfungseinheiten, jede mit ihrem eigenen NI Single-Board RIO.
Aufgrund der geringen Größe und der niedrigen Kosten von NI Single-Board RIO entschieden wir uns für die Bereitstellung mit einem NI sbRIO-9612-Gerät für die endgültige Lösung.
Die Brandbekämpfungseinheit enthält ein NI-Single-Board-RIO-Gerät und unsere eigene Tochterplatine.