Embedded-Brandschutzsystem für FedEx mit NI LabVIEW und NI Single-Board RIO

Jeremy Snow, Ventura Aerospace

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

- Jeremy Snow, Ventura Aerospace

Die Aufgabe:

Prototypisierung und Implementierung einer kostengünstigen und zuverlässigen Steuer- und Regellösung für ein Brandschutzsystem am Hauptdeck von Frachtflugzeugen von FedEx Express innerhalb eines äußerst straffen Zeitrahmens

Die Lösung:

Entwicklung eines intelligenten Steuer- und Regelsystems für die Brandüberwachung und -bekämpfung für FedEx Express mittels der Software NI LabVIEW und der Hardware NI Single-Board RIO. Damit sollen Brände, die in Frachtcontainern ausbrechen könnten, verhindert und die Sicherheit von Piloten, Fracht und Flugzeug erhöht werden.

Autor(en):

Jeremy Snow - Ventura Aerospace
Troy Ingram - Ventura Aerospace

 

NI Single-Board RIO ermöglicht das Hauptsteuersystem in der Brandbekämpfungsanwendung, die Ventura Aerospace für FedEx Express erstellt hat. In jedem Flugzeug befinden sich zwei Geräte, die NI Single-Board RIO verwenden: die Brandschutzeinheit und der Brandschutz-Hub.

 

Architektur des Brandschutzsystems

Der Brandschutz-Hub bildet das Herzstück des Systems. Er enthält ein Gerät des Typs NI Single-Board RIO, ein Netzteil, eine selbst erstellte Tochterplatine für die Signalkonditionierung und einen Ethernet-Switch. Der Brandschutz-Hub kontrolliert Sicherheitsverriegelungen, Stromverteilung und die Kommunikation.

 

 

Die Brandschutzeinheit enthält ein NI Single-Board RIO und eine kundenspezifische Tochterplatine. Sie liest Temperaturen von 16 Infrarotsensoren ein, verarbeitet diese Daten und zeichnet sie auf. In einem Frachtflugzeug befinden sich zahlreiche Frachtcontainer. In einem Flugzeug des Typs MD-11 gibt es beispielsweise 14 Reihen Container, wobei für jede Reihe eine Brandschutzeinheit zur Verfügung steht. Mit dem Brandschutz-Hub und den 14 Brandschutzeinheiten werden also in einer MD-11 insgesamt 15 NI-Single-Board-RIO-Geräte eingesetzt.

 

Brandschutzeinheiten und -Hubs sind so konzipiert, dass sie unabhängig vom jeweiligen Flugzeug und Standort sind. Sie wurden von Anfang an so erstellt, dass sie in jedem beliebigen Flugzeugtyp eingesetzt werden können. Mit LabVIEW haben wir sowohl Brandschutzeinheit als auch -Hub intelligent programmiert, so dass nach der Installation Flugzeugtyp und Position automatisch erkannt werden. So sind Austauschbarkeit und Funktionstüchtigkeit in jedem Flugzeug gewährleistet.

 

Das System läuft vollkommen autonom und unabhängig von Benutzereingaben. Jede Einheit überwacht kontinuierlich den eigenen Zustand. Darüber hinaus ist das System auch fehlertolerant. Auch wenn es zu einem Brand kommt oder ein Fehler auftritt, funktioniert es weiterhin so gut wie irgend möglich. Nach jedem Flug sendet das System eine Fehlerbenachrichtigung, einschließlich der Position, an welcher der Fehler auftrat. All dies ist nur aufgrund der Zuverlässigkeit des Echtzeitprozessors, des Field-Programmable Gate Arrays (FPGA) und der I/O an den rekonfigurierbaren I/O-Hardwareprodukten von NI sowie der Flexibilität von LabVIEW möglich. Unser System überwacht die Temperatur und steuert das Brandschutzsystem, das Löschschaum in einen Container spritzt, in dem ein Feuer erkannt wird.

 

Rapid Prototyping mit CompactRIO und LabVIEW

Die zügige Markteinführung einer zuverlässigen Lösung stand bei diesem Projekt im Vordergrund. Dank der RIO-Technologie konnte mit LabVIEW und CompactRIO zügig ein Prototyp des Systems für FedEx entwickelt und die fertig implementierte Lösung mittels NI Single-Board RIO erstellt werden – das alles in weniger als einem Jahr. Dabei kamen grafische Werkzeuge in LabVIEW zusammen mit CompactRIO sowie analogen und digitalen Modulen der C-Serie von NI zum Einsatz. Obwohl CompactRIO und das LabVIEW FPGA Module hier zum ersten Mal verwendet wurden, konnte der funktionierende Prototyp dank der kurzen Einarbeitungszeit in LabVIEW FPGA in nur drei Monaten fertiggestellt werden.

 

 

Schnelle Implementierung dank NI Single-Board RIO

Wegen der kompakten Größe und dem günstigen Preis-Leistungs-Verhältnis von NI Single-Board RIO wurde entschieden, für die endgültige Lösung ein Gerät des Typs NI sbRIO-9612 zu verwenden. Es enthält einen integrierten Echtzeitprozessor, einen rekonfigurierbaren FPGA sowie Analog- und Digital-I/O. Die Steuer- und Regelalgorithmen wurden zusammen mit dem Netzwerk und der Datenprotokollierung der Anwendung auf dem Echtzeitprozessor implementiert. Die integrierten Analogeingänge des sbRIO-9612 wurden mittels anwenderdefinierter Signalkonditionierung mit den Infrarotsensoren verbunden.

 

Der Übergang von der Prototypenerstellung zur Implementierung ging nahtlos vonstatten, da CompactRIO und NI Single-Board RIO über eine gemeinsame Hardwarearchitektur verfügen. Die Erstellung der endgültigen implementierten Lösung verlief unproblematisch, da der LabVIEW-Programmcode des Prototypen fast ohne Änderungen wiederverwendet werden konnte. Die Tatsache, dass NI Hard- und Software bereitstellt, mit der sich Embedded-Systeme schnell prototypisieren und implementieren lassen, war von großer Bedeutung für dieses Projekt. Die knappen Fristen hätten ohne die NI-Werkzeuge mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht eingehalten werden können.

 

Der Vorteil einer Lösung von National Instruments

Neben den technischen Vorteilen der NI-Produkte bot NI während des gesamten Entwicklungsprozesses auch stets wertvollen Support durch technische Experten und Vertriebsmitarbeiter, einschließlich direkter Unterstützung aus Austin, Texas, sowie lokalen technischen Supports. Der Support und die Zusammenarbeit mit NI haben unsere Erwartungen insgesamt übertroffen.

 

Informationen zum Autor:

Jeremy Snow
Ventura Aerospace
jeremy@venturaaerospace.com

The Fire Control Hub is the center of the system. It contains an NI Single-Board RIO device, a power supply, a signal conditioning daughterboard, and an Ethernet switch.
System Architecture consists of the Fire Control Hub and several Fire Control Units, each with its own NI Single-Board RIO.
Because of the small size and low cost of NI Single-Board RIO, we decided to deploy with an NI sbRIO-9612 device for the final solution.
The Fire Control Unit contains an NI Single-Board RIO device and our own daughterboard.