はじめに| チームを紹介します。

このC-HILユーザーストーリーは、シュナイダーエレクトリックのSmart UPS Online C-HIL Coreチームによるものです。シュナイダーエレクトリック・インドでは、専門家チームがUPSユーザーのあらゆるニーズと要件を満たすことを目指し、幅広いスマートUPSシステムを継続的に開発しています。

Sivamani Kukunuriはパワーエレクトロニクスチームのリーダーであり、電力変換製品の設計・開発手法と実践における新たな手法の実践と確立に情熱を注いでいます。Shivaprasad Ellendulaはチームの組み込み電力変換制御ファームウェアのエキスパートであり、デジタル化、自動化、DevOpsに情熱を注いでいます。Sanjay Kandulaはチームのパワーエレクトロニクスシニアハードウェアデザイナーであり、様々なパワーエレクトロニクストポロジーの電力および制御モデリングに情熱を注いでいます。以下は、新製品の開発とテストを行うラボでのチームの集合写真です。

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図 1. IDC-HBN 部門の Schneider Electric Smart UPS Online C-HIL Core チームの Sivamani Kukunuri、Shivaprasad Ellendula、Sanjay Kandula (左から右へ)。

課題| UPS メーカーが UPS ユニットの開発、テスト、検証中に直面する主な困難。

シュナイダーエレクトリックのスマートUPSポートフォリオは、1kVAから20kVAまで、スタンドアロン型とモジュール型を含む多様な電源オプションを備えています。標準的なUPSは、PFC回路、インバータ、各種DC-DCコンバータなど、信頼性の高い電力供給を確保するために、様々な電力変換サブシステムを統合しています。図2は、シュナイダーエレクトリックの6kVA UPSを示しています。

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図 2.シュナイダーエレクトリックの SRT6KXLI。

各コンバータは、設計、部品選定、制御アルゴリズムにおいて課題を抱えています。さらに、UPSシステム内のすべてのコンバータをシームレスに統合するには、中断のない信頼性の高い電力供給を確保するために、慎重な同期、障害処理、そして調整が必要です。

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図3. Smart UPSオンラインUPSブロック図[画像出典]

UPS のライフサイクル中に遭遇する 2 つの主な課題は次のとおりです。

  1. 新製品開発用の物理的な電子基板が早期に入手できない:
    UPSは電気的ファームウェアへの依存度が非常に高く、UPSサブシステムの検証は、パワーエレクトロニクス部品とデジタルコントローラ基板で構成される物理的なハードウェアに依存しています。開発初期段階で物理的なパワートレイン、対象となるコントローラボード、AC/DC電源、負荷が入手できない場合、新しいトポロジの開発とテスト、および関連するファームウェア開発に大幅な遅延が生じる可能性があります。この遅延は、製品開発サイクルの大幅な延長につながる可能性があります。
  2. 継続的なエンジニアリング ライフサイクル中の現場の問題への対処の遅れ:
    継続的なエンジニアリングフェーズでは、主に現場で発生する問題を再現するための複雑なテストインフラストラクチャと、それに続く複数のファームウェアリリースの必要性から、課題が生じます。効率的な問題デバッグと、ハードウェアおよび／またはファームウェアのアップデートの迅速な提供は、顧客満足度を維持するために極めて重要です。

ソリューション| 使用される HIL セットアップ構成とテスト手順。

シュナイダーエレクトリックのチームは当初、継続的なエンジニアリング段階にコントローラーハードウェアインザループ（C-HIL）インフラストラクチャを適用することから取り組みを始めました。C-HILのテスト手順は、UPSの設計・開発におけるファームウェアのデバッグ、設計検証、ファームウェアの回帰テストといった課題を克服する上で大きなメリットをもたらします。図3に示すように、彼らはインターフェースボードを用いて実際のコントローラーをHILに統合しました。発電所モデルはHILデバイスで実行され、制御プラントモデルは実際のコントローラー上で実行されるため、UPSシステムを正確に再現できます。この構成により、ファームウェアのデバッグが効率的に行われ、エンジニアは問題を迅速に特定して解決することができます。

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図 4. HIL を使用した UPS テストのセットアップ。

その後、チームはC-HILを活用し、新しいトポロジー（PoC）の迅速な評価と関連するハードウェア／ファームウェア開発を行い、技術ロードマップを強化しました。通常、パワートレインの複雑さに応じた物理ボードの入手には8～10週間かかります。しかし、C-HILテクノロジーにより、立ち上げ期間が1～2週間に短縮され、パワートポロジーとファームウェアの安定化が迅速化されます。

HILの実践（1）
図 5. UPS HIL テスト セットアップの実行例。

利点| シュナイダーエレクトリックでの UPS 設計および開発のための C-HIL の実装。

シュナイダーエレクトリックのチームは C-HIL の導入を大いに楽しみ、直接体験して実感した重要なメリットをいくつか共有しています。

  1. 継続的なエンジニアリング:
    1. 従来のテスト方法では、UPSステートマシンの検証に3週間以上かかります。一方、HIL自動化ツールを使用すれば、安全な環境で同じ検証テストをわずか10時間で完了できます。
  2. 垂直統合ツールチェーン:
    1. 垂直統合された Typhoon ツールチェーンを使用した仮想ハードウェアインザループによるシステムレベルモデリングを採用することで、シームレスな開発とテストが保証されます。
    2. これにより、V-HIL モデルを C-HIL にシームレスに転送できるようになり、ファームウェアの開発、検証、確認、厳密なテスト回帰、および効率的なフィールド問題のデバッグが効率化されます。
  3. 新製品開発と新トポロジー（PoC）の評価：
    1. システム レベルのモデリングに強力な組み込み Virtual-HIL を活用することは、オフライン シミュレーションがデバイスとトポロジの選択に非常に役立つ、早期の設計評価に関して非常に有益です。
    2. ハードウェア・イン・ザ・ループ テストでは、UPS のパフォーマンスが IEC 61000-3-11 などの業界標準に事前準拠しているかどうかを検証し、さまざまな条件下での有効性を保証します。
  4. 持続可能性とデジタル化：
    1. C-HIL は、コンポーネントとシステムのシミュレーション、物理テストの削減、炭素排出量の最小化、より高速で安全な設計最適化の実現、複数の反復と製造排出量の必要性の削減により、デジタル化を通じて持続可能性を促進します。

HIL を一言で表すと| HIL の経験をどのように表現しますか?

Typhoon HIL は、将来を見据えた極めて安全な電力変換開発エコシステムの先駆者です。

シヴァマニ・ククヌリ
パワーエレクトロニクスチームリーダー
シュナイダーエレクトリック

ファームウェアが先、ハードウェアは後: 初日からリアルタイム モデルをパワーアップ!

シヴァプラサド・エレンデュラ
組み込み電力変換制御ファームウェアエキスパート
シュナイダーエレクトリック

ハードウェア・イン・ザ・ループ: パワーエレクトロニクス製品開発の分野でイノベーションと点火が出会い、ゲームを変える革命を引き起こします。

サンジェイ・カンドゥラ
パワーエレクトロニクスシニアハードウェアデザイナー
シュナイダーエレクトリック
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クレジット

テキスト|シヴァマニ・ククヌリ、シヴァプラサド・エレンデュラ、サンジャイ・カンドゥラ
ビジュアル| カール・ミッケイ
編集者| デボラ・サント