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HiL

HiL in der Medizintechnik

HiL in der Medizintechnik: OP-Tisch-Simulation bei Maquet

Maquet aus Rastatt ist als Hersteller von OP-Tischsystemen bekannt, die dem Operationsteam ergonomische Arbeitsbedingungen und dem Patienten größtmöglichen Komfort und Sicherheit bieten. Bei einem modernen OP-Tischsystem bilden Patientenlagerfläche und OP-Tischsäule ein sehr variables kinematisches System mit hoher Komplexität. Die Entwickler der OP-Tischsystem-Elektronik standen vor der Herausforderung, dass sie bereits mit der Entwicklung beginnen müssen, bevor der Prototyp des OP-Tisches fertig ist.

 

HiL-Simulator mit SCALE-RT

Als Lösung für diese Aufgabe wurde ein HiL-Simulator, basierend auf der Echtzeitplattform SCALE-RT, eingesetzt. Der Simulator führt ein MATLAB®/Simulink® Modell des OP-Tisches in Echtzeit aus, das alle geometrischen und kinematischen Eigenschaften abbildet. Das HiL-System besteht aus einem Industrie-PC, der kundenspezifisch mit den erforderlichen Schnittstellen-Karten bestückt wird. Als Echtzeitsimulations-Umgebung wird SCALE-RT von Cosateq eingesetzt.

Alle Sensoren und Aktuatoren des OP-Tisch-Systems werden vom HiL simuliert. Dazu gehören z.B. digitale Hall-Sensoren, die erkennen, ob eine Lagerfläche an die OP-Säule andockt oder ein Transporter da ist und alle Antriebe des OP-Tisch-Systems mit den zugehörigen Inkrementalgebern. Die Bewegungsabläufe sind zwar langsam, dennoch werden große Datenmengen zwischen Lagerfläche und Säule übertragen.


Schnelle Kommunikation

Die Lagerflächenkommunikation läuft mit ca. 200 kBaud. Besonders zeitkritisch ist die Drehzahlregelung der pulsbreitenmodulierten Gleichstrommotoren. Das HiL-System misst die Steuerströme der Motortreiber und schreibt Inkrementalgeberwerte zurück an die Regelung. Die hierfür benötigte Zykluszeit von nur 250 ns bekommt das HiL mit einem FPGA (Field Programmable Gate Array) in den Griff. Insgesamt werden 9 Antriebe simuliert – davon befinden sich 4 in der Säule und 5 in der Lagerfläche. Der restliche Teil des MATLAB/Simulink Modells wird mit einer Zykluszeit von 1 Millisekunde ausgeführt.

 

Verkürzte Entwicklungszeit

Bereits nach einer kurzen Nutzungszeit des Cosateq HiL-Systems stellten die Entwickler von Maquet fest, dass OP-Tische-Systeme und die Software für ihre Steuerungen parallel entwickelt werden können. Auch Regressionstests vereinfachen sich durch die Anwendung des HiLs und verkürzen dadurch die Entwicklungszeit.

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