CLAAS Industrietechnik 09/2008. CCU16plus. CAN-fähiger Jobrechner 16 bit. Lösungen mit System. Antriebstechnik Hydraulik Elektronik

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1 CLAAS Industrietechnik 09/2008 CCU16plus CAN-fähiger Jobrechner 16 bit Lösungen mit System Antriebstechnik Hydraulik Elektronik

2 Inhaltsverzeichnis Allgemeines 3 Konzept 3 Ausstattungsmerkmale 3 Technische Details Schaltplan 4 Mikroprozessor 4 Mechanischer Aufbau 4 Spannungsversorgung 4 Sensorversorgung 5 Spannungsüberwachung 5 Load-Dump-Schutz 5 Digitaleingänge 5 Analogeingänge 5 Frequenzeingänge 6 PWM-Ausgänge 6 Schaltausgänge 6 CAN-Schnittstellen 6 RS232-Schnittstelle 6 Programmierbarkeit Programmierung 7 Hochsprache C 7 Grafische Programmierung mit CoDeSys 7 Herstellen einer Verbindung zum Programmieren 8 Allgemeine Daten und Normen Datenhaltung und Datensicherheit 9 Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit 9 Normen und Richtlinien 9 Abmaße 9 Technische Daten 10 Steckerbelegung 11 Typen und Zubehör 14 HAFTUNGSAUSSCHLUSS Diese Unterlage wurde mit größter Sorgfalt bearbeitet und geprüft. Änderungen auf Grund der technischen Weiterentwicklung vorbehalten. Für Irrtümer, Druckfehler, fehlerhafter oder fehlender Angaben kann keine Haftung übernommen werden.

3 Allgemeines Konzept Die Steuereinheit CCU16plus wurde speziell für den Einsatz in mobilen Arbeitsgeräten entwickelt. Dabei wurde besonders auf einen robusten Aufbau Wert gelegt, der den EMV-Vorschriften und den hohen Anforderungen der CLAAS-Norm für den landwirtschaftlichen Bereich entspricht. Der eingesetzte 16bit Mikrocontroller kann selbst komplizierteste Maschinenfunktionalitäten, komplexe Regelungsfunktionen und umfangreiche Datenerfassungen gleichzeitig durchführen. Mit einer Vielzahl von Ein- und Ausgängen ist die CCU16plus in der Lage die unterschiedlichsten Sensorund Aktor-Elemente zu verarbeiten. Zusätzlich wurden effektive Diagnosefunktionen implementiert. Zur Kommunikation mit weiteren Elektronikkomponenten stehen der CAN-Bus und die serielle Schnittstelle zur Verfügung. Zur Erweiterung oder Dezentralisierung stehen aus dem Elektronik-Konzept der CLASS Industrietechnik weitere aufeinander abgestimmte Baugruppen zur Auswahl. Ausstattungsmerkmale - 16 bit Infineon Mikrocontroller KByte RAM (Arbeitsspeicher) KByte Flash-ROM (Programmspeicher) - 32 KByte NOVRAM (Datenspeicher für nichtflüchtige Daten) - 16 Schaltausgänge für induktive Lasten (Schaltmagnete) - 8 PWM-Ausgänge mit Stromregelung - Referenz-Spannungsausgang für Sensoren und externe Sollwertpotis (5V) - 8 Analogeingänge 0-5V - 10 Digitaleingänge, davon 2 Eingänge mit Interrupt-Funktion - 5 Frequenzeingänge - 2 CAN-Schnittstellen - 1 serielle RS232-Schnittstelle - Not-Aus-Eingang mit direkter Ausgangsabschaltung - Standby-Schaltung mit controllergesteuerter Selbstabschaltung - Verpolungs-, Kurzschluss- und Überlastungsschutz - Alu-Spritzgussgehäuse IP65 (mit aufgestecktem Gegenstecker), Kühlung über das Gehäuse - Anschluss mittels 70 pol. Steckverbinder - Maße ca. H = 207mm, B = 222mm, T = 65mm 3

4 Technische Details Schaltplan Mikroprozessor Die CCU16plus basiert auf einem Infineon XC167-Controller mit zwei integrierten CAN-2.0B Controllern. Zur batterieunabhängigen Datensicherung bei abgeschalteter Versorgungsspannung verfügt die CCU16plus über ein 32 KB großes, schnelles NOVRAM. Mechanischer Aufbau Die Steuerelektronik ist in einem Aluminium-Spritzgussgehäuse untergebracht. Der Anschluss erfolgt mittels eines 70pol. verriegelbaren AMP-Steckers. Zusammen mit dem Stecker dichtet das Gehäuse die Einheit entsprechend IP65 ab. Spannungsversorgung Die CCU16plus ist für den Betrieb an 12V und 24V Bordnetzen ausgelegt. Der Betriebsspannungsbereich kann zwischen 10V min. und 32V max. schwanken. Verpolungssicherheit ist in diesem Bereich gewährleistet, wenn eine passend dimensionierte Absicherung vorliegt. Die Spannung wird für die Elektronik und für die Leistungsausgänge getrennt zugeführt, sodass eine Abschaltung der Leistungsausgänge durch z.b. ein externes Not-Aus-Relais ermöglicht wird. Diese Möglichkeit besteht sowohl für die Schaltausgänge als auch für die PWM-Ausgänge. 4

5 Technische Details Sensorversorgung Zur Versorgung von 5V-Sensoren und Potentiometern steht eine hochkonstante, gut belastbare 5V- Referenzspannungsquelle zur Verfügung (Abweichung max. 1% über den gesamten Temperaturbereich). Die Strombelastbarkeit des Ausgangs beträgt max. 200mA. Spannungsüberwachung Die Betriebsspannung wird automatisch auf Unter- und Überspannung überwacht. Liegt ein Fehler vor, schaltet die Spannungsüberwachung das externe Not-Aus-Relais und die Ausgänge ab und startet in der Software hinterlegte Fehlerroutinen. In die Spannungsüberwachung ist die Watch-Dog- Funktion mit integriert. Der Watch-Dog, muss in regelmäßigen Zeitabständen durch einen von der Software erzeugten Impuls getriggert werden, sonst wird eine Fehlerroutine eingeleitet und die Ausgänge werden abgeschaltet. Load-Dump-Schutz Gemäß der CLAAS-Norm CN ist die CCU16plus gegen Load-Dump-Impulse (Lastabwurf bei laufenden Motor) geschützt, wenn eine externe Load-Dump-Schutzdiode verwendet wird. Diese findet in heutigen Lichtmaschinen standardmäßig Verwendung. Digitaleingänge Es stehen 10 Digitaleingänge zur Verfügung, die bei Bedarf auch als zusätzliche Analogeingänge verwendet werden können. Diese Eingänge sind in der Standardausrüstung low-aktiv, d.h., dass interne pull-up Widerstände gegen die Versorgungsspannung eingebaut sind. Zur Realisierung der Diagnose auf Leitungsbruch oder Kurzschluss kann ein Widerstand parallel zum Tastkontakt des angeschlossenen Schalters angeschlossen werden. Da die Schwellwerte der Eingänge einzeln softwaremäßig beeinflusst werden können, ist ein hohes Maß an Flexibilität gegeben. Zwei dieser Digitaleingänge können als Interrupteingänge verwendet werden, sodass auch Ereignis gesteuerte Funktionen hinterlegt werden können. Eine zusätzliche Absicherung der Eingangssignale ist durch Verwendung eines Takt-Signals, erzeugt von einem der digitalen Ausgänge, möglich. Analogeingänge Es stehen 8 Analogeingänge zur Verfügung, die bei Bedarf auch als zusätzliche Digitaleingänge verwendet werden können. Im Falle der alternativen Verwendung als Digitaleingänge erfolgt die Auswertung softwaregesteuert mit in der Software hinterlegten Schwellwerten. Die Eingänge sind in der Standardausrüstung high-aktiv und intern mit pull-down Widerständen versehen. Der auswertbare Eingangsspannungsbereich liegt zwischen 0V und 5V. Die Eingänge sind überspannungsfest. 5

6 Technische Details Frequenzeingänge Die 5 Frequenzeingänge sind so beschaltet, dass die Eingänge in der Standardausrüstung eine Grenzfrequenz von 5KHz haben. Die steuergeräteseitig verbauten Eingangsfilter können durch Bestückungsänderungen auf die gewünschte Grenzfrequenz eingestellt werden. Schaltschwellen, Hysterese und Diagnoseschwellen können durch Bestückungsalternativen beeinflusst werden. Frequenzeingänge sind auch als Digital- oder Analogeingänge nutzbar. Diese Eingänge sind in der Standardausrüstung low-aktiv, d.h., dass interne pull-up Widerstände gegen die Versorgungsspannung eingebaut sind. PWM-Ausgänge Die Ausgangstreiber der PWM-Ausgänge sind kurzschlussfest und vor thermischen Überlastungen geschützt. Alle PWM-Ausgänge sind in high-side Ausführung (Elektronikschalter liegt zwischen Versorgungsspannung und Verbraucher) und mit einer Messung des Stromes (Durchschnittsstrom) ausgerüstet. Die obere Grenzfrequenz an diesen Ausgängen beträgt 300Hz bei 4A. Höhere Frequenzen bedingen eine Reduzierung der max. Stromstärke. Die Diagnose der PWM-Ausgänge wird über die Strommessung als auch über eine Spannungsmessung durchgeführt. Schaltausgänge Es stehen zur Ansteuerung von induktiven Lasten (Schaltmagnete) 16 high-side-ausgänge zur Verfügung. Diese Ausgänge sind kurzschlussfest und mit einem thermischen Überlastschutz ausgerüstet. Die Ausgänge sind über eine Spannungsrücklesung diagnosefähig. Der maximale Ausgangsstrom beträgt 4A. Bei Nutzung dieser Ausgänge als Software-PWMs ist die Ausgangslast entsprechend anzupassen. Über die Diagnoseeingänge der Schaltausgänge können auch zusätzliche Eingangsleitungen realisiert werden. CAN-Schnittstellen Die zwei CAN-Schnittstellen entsprechen der ISO und werden mit dem auf dem Mikrocontroller integrierten CAN-Modul realisiert. Die Kommunikation kann auf Basis der CAN- Spezifikation 2.0A oder 2.0B durchgeführt werden. Übertragungsraten bis zu 1Mbit/s sind möglich. RS232-Schnittstelle Die asynchrone serielle Schnittstelle dient in erster Linie der Programmierung und des Datentransfers zwischen der CCU und einem angeschlossenen PC oder Laptop (drei Draht- Verbindung). Die Übertragungsgeschwindigkeit beträgt typischerweise Baud bei 8 bit Datenlänge, 1 Stopbit und keiner Paritätskontrolle. Diese Parameter sind anpassbar. 6

7 Programmierbarkeit Programmierung Das Steuergerät bietet Ihnen die Möglichkeit, auf komfortable Art und Weise eigene Applikation zu entwickeln. Dabei haben Sie die Möglichkeit Ihre Applikationen mit CoDeSys zu realisieren, sowie bei komplexeren Anwendungen in der Hochsprache "C". Auf Wunsch entwickeln wir in "C" komplexe Strukturen und Algorythmen und binden diese in CoDeSys für Sie ein. So bieten wir Ihnen die Möglichkeit beide Varianten zu kombinieren. Hochsprache C Für spezielle Anwendungen werden dem Programmierer mit der Hochsprache C weitergehende Möglichkeiten geboten, Applikationen mit komplexen Strukturen zu entwickeln. Dies gewährleistet, dass auch rechenintensive Applikationen realisiert werden können. Unterstützt werden Sie dabei von unseren vorgefertigten und getesteten Bibliotheken. Graphische Programmierung mit CoDeSys Mit Hilfe von SoftSPS-Programmen und den vorhandenen Funktionsbibliotheken ist es möglich, schnell und einfach eigene Applikationen zu realisieren. Mit dem Programmiertool CoDeSys der Firma 3S, welches kostenlos über die Firmenhomepage ( heruntergeladen werden kann, ist es auf einfachste Weise möglich, nach IEC auch ohne Hochsprachenkenntnisse in kürzester Zeit eigene Anwendungen zu realisieren. Beispiel Funktionsplan: 7

8 Herstellen einer Verbindung zur Programmierung Die Programmierung der CCU16plus erfolgt über die CAN-Schnittstelle. Hierzu ist eine Verbindung zwischen dem CAN1-Anschluss der Einheit und eine P-CAN-USB-Dongel (siehe Zubehör) wie folgt herzustellen, um die Einheit mit dem USB-Port eines Computers verbinden zu können: CAN-USB Dongle CCU16plus CAN1-L Terminierung 120R GND CAN1-H CIT bietet zur vereinfachten Programmierung und Validierung Entwicklungsphase folgenden Simulator an (siehe Zubehör): von Programmen in der 8

9 Allgemeine Daten und Normen Datenhaltung und Datensicherheit Auch bei Einsatz der Steuerung unter hohen Temperaturen wird eine Datenerhaltungszeit von 10 Jahren erreicht. Mit Daten sind hier die Informationen des nichtflüchtigen Speichers gemeint. Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit Es ist von einem Dauerbetrieb des Steuergerätes unter allen nach CN vorgegebenen Umweltbedingungen sowie unter voller Last (60% Gleichzeitigkeitsfaktor für die Ausgangsbelastung) auszugehen. Das Steuergerät hält diesen Belastungen ca Stunden stand. Normen und Richtlinien Claas Norm Umweltspezifikation Elektrik / Elektronik CN EMV Qualifikation ISO ISO Diagnoseprotokoll KWP 2000 ISO ISO Norm High Speed CAN ISO Landwirtschaftliches Bussystem ISO CAN Spezifikation Powertrain-Bus SAE J 1939 Abmaße 9

10 Technische Daten Kenngröße minimal Kennwerte typisch maximal Einheit Bemerkung Versorgungsspannung U b 10,5 32 V 36V max. 5 min Versorgungsstrom 0,2 58 A Ruhestrom 3 ma Sensorversorgung 4,95 5,00 5,05 V Ausgangsspannung Highside-Ausgänge U b -0,1 U b V Ausgangsspannung Lowside-Ausgänge 0 0,1 V Ausgangsstrom 0,1 4 A PWM-Frequenz Hz Ausgangsstrom der 5V- Referenzspannung ma Schwellwert der digitalen Eingänge 0,5 12,5 V Eingangsspannung der Analogeingänge 0 5 V Messauflösung der Analogeingänge 1024 Schritte Genauigkeit des A/D- Wandlers ± 1 LSB CAN-Bus Baud-Raten KBit/s Prozessortakt 40 MHz 10

11 Steckerbelegung Pin Nr. Signalname Signalbeschreibung Signaltyp Kurzbezeichnung 1 Out 17 Low aktiver digitaler Ausgang DO PWM1 3 2 PWM2 4 3 PWM3 5 4 PWM4 6 5 PWM5 7 6 PWM6 8 7 PWM7 9 8 PWM8 10 Out 1 DO1 11 Out 2 DO2 12 Out 3 DO3 13 Out 4 DO4 14 Out 5 DO5 15 Out 6 DO6 16 Out 7 DO7 17 Out 8 DO8 18 Out 9 DO9 19 Out 10 DO10 20 Out 11 DO11 21 Out 12 DO12 22 Out 13 DO13 23 Out 14 DO14 24 Out 18 Low aktiver digitaler Ausgang DO15 11

12 Steckerbelegung Pin Nr. Signalname Signalbeschreibung Signaltyp Kurzbezeichnung 25 GNDL Leistungsmasse GND GNDL 26 5V_Ref 5V-Referenz für Poti Out U5V 27 CAN1-L CAN-Schnittstelle 1, L-Signal DIO CAN1L 28 CAN2-L CAN-Schnittstelle 2, L-Signal DIO CAN2L 29 Analog 1 AI1 30 Analog 2 AI2 31 Analog 3 AI3 32 Analog 4 AI4 33 Analog 5 AI5 34 Analog 6 AI6 35 Analog 7 AI7 36 Analog 8 AI8 37 Frequenz 1 Digitaler Frequeneingang Frq-In FrqI1 38 Frequenz 2 Digitaler Frequeneingang Frq-In FrqI2 39 Frequenz 3 Digitaler Frequeneingang Frq-In FrqI3 40 Frequenz 4 Digitaler Frequeneingang Frq-In FrqI4 41 Frequenz 5 Digitaler Frequeneingang Frq-In FrqI5 42 SEC1 Spezielle Erweiterungsleitung IO SEC1 43 SEC2 Spezielle Erweiterungsleitung IO SEC2 44 Out 15 DO15 45 Out 16 DO16 46 Versorgung Leistungsausg. Power 47 Versorgung Leistungsausg. Power 48 GNDL Leistungsmasse GND GNDL 12

13 Steckerbelegung Pin Nr. Signalname Signalbeschreibung Signaltyp Kurzbezeichnung 49 ZU Zündungsspannung (Eingang) Power UZ 50 LAST Lastrelais-Schaltausgang LAST 51 CAN1-H CAN-Schnittstelle 1, H-Signal DIO CAN1H 52 CAN2-H CAN-Schnittstelle 2, H-Signal DIO CAN2H 53 RxD Empfangsleitung RS232 RxD 54 TxD Sendeleitung RS232 TxD 55 UDAUER Dauerversorgung Elektronik Power UDAUER 56 GNDA Masse Analog-Eingänge GND GNDA 57 GNDD Masse Digital-Eingänge GND GNDD 58 Digital N High aktiver digitaler Eingang mit direktem Einfluss auf die Ausgänge NotIn 59 Digital 1 DI1 60 Digital 2 DI2 61 Digital 3 DI3 62 Digital 4 DI4 63 Digital 5 DI5 64 Digital 6 DI6 65 Digital 7 DI7 66 Digital 8 DI8 67 Digital 9 DI9 68 Digital 10 DI10 69 Versorgung Leistungsausgänge Power 70 Versorgung Leistungsausgänge Power 13

14 Typen und Zubehör Standardtypen CCU16plus CCU16plus mit CIT-Flashbootloader onboard CCU16plus mit CoDeSys onboard Softwarepakete CCU16plus CD Softwarepaket CCU16plus/eco für C-Programmierung CD Softwarepaket CCU16plus/eco für CoDeSys-Programmierung Zubehör CCU16plus Steckerset CCU16plus Blindstopfenset CCU16plus/eco (JuniorPowerTimer-Kontakt) Blindstopfenset CCU16plus (Micro-Timer-Kontakt) PCAN-USB-Adapter (ohne CAN-Abschlusswiderstand) Simulator CCU16plus 14