Technische Anleitung 4-Quadrantensteller 4Q_fag (V3)

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1 Technische Anleitung 4-Quadrantensteller 4Q_fag (V3) Ausführliche Beschreibung und Anschlussbelegung Ingenieur-Dienstleistungen Rüdiger Entwicklung und Vertrieb für fag-regelungstechnik

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Zweckbestimmung Technische Kennwerte Einbau Inbetriebnahme Die Anschlusspunkte Montageanleitung für die WAGO-Klemmen Einfache Zusammenschaltung Erweiterte Zusammenschaltung mit klassischen Glühlampen und Signalhornkompressor Einstellungen Überlastungsschutz Lage der Bedienelemente am Handbediengerät Bedienung Erweiterungsmöglichkeit Sicherheitshinweise und Haftungsausschluss Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

3 1. Einleitung Innovation und Qualität sind die Ansprüche des Teams der fag-regelungstechnik. Aus dieser Intention heraus wurde die Motorensteuerung 4Q_fag entwickelt und ständig verbessert. In Kombination mit dem Funkfernsteuermodul RC_fag wurde eine professionelle Variante der Steuerung von Gartenbahnen oder anderer Modellfahrzeugen entwickelt. 2. Zweckbestimmung Die Fahrzeugsteuerung 4Q_fag wurde entwickelt, um einen oder mehrere Gleichstrommotoren in beide Drehrichtungen zu steuern. Der Haupteinsatzzweck stellt die große, personenbefördernde Gartenbahn dar. Ein Einsatz in anderen Fahrzeugen (Modellautos usw.) ist auch möglich. Besondere Beachtung fanden die Anforderungen der Gartenbahner, so dass folgende Features realisier wurden: stufenlose Geschwindigkeitsregelung stufenloses Bremsen relaislose Ansteuerung eines Signalhorns relaisloses, richtungsabhängiges Schalten der Beleuchtung Totmannschaltung (kann deaktiviert werden) Reduzierung der Maximalgeschwindigkeit (Kindermodus) Die Baugruppe wurde modular so gestaltet, dass nicht alle Funktionen aktiviert werden müssen und das Modul auch ausschließlich als 4-Quadrantensteller betrieben werden kann. Die Leiterplattenbestückung ermöglicht alle Funktionen. Der Anwender entscheidet durch die externe Beschaltung oder durch Jumper auf der Baugruppe über die Nutzung der einzelnen Funktionen. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

4 3. Technische Kennwerte Eingangsspannung: 12V bis max. 30V Gleichspannung 4- Quadranten-Brücke: bis ca. 80A Effektivstrom mit dem vorhandenen Kühlkörper belastbar, bei vergrößertem Kühlkörper bis mindestens 100A Effektivstrom belastbar. Temperaturabschaltung bei Überhitzung der Brückentransistoren > 100 C Anfahr- und Bremsrampe vorwärts/ rückwärts Sicherheitsmechanismus für Potentiometerstellung beim Einschalten (der Regler liefert erst Strom, nachdem das Steuer-Potentiometer auf Null gestellt und dann hochgeregelt wurde) Sicherheitsmechanismus bei Ausfall der Spannung. Der eingesetzte Rechner sperrt die 4- Quadranten-Brücke. Es kann erst angefahren werden, nachdem das Steuer- Potentiometer auf Null gestellt wurde. maximaler Strom für den Signalhornkompressor kurzzeitig 30A Gesamtstrom für die Beleuchtung max. 1A Totmannsignal nach 24 Sekunden für 3s, Zwangsbremsung nach weiteren 3 Sekunden (abschaltbar) reduzierte Höchstgeschwindigkeit (abschaltbarer Kindermodus) ca. 67% der Maximalgeschwindigkeit 4. Einbau Die Steuerung kann grundsätzlich in jeder Einbaulage betrieben werden. Bei einer großen Last (>750W, nur Richtwert!) wird der Kühlkörper warm. Zur besseren Wärmeabfuhr wird empfohlen, das Modul so einzubauen, dass die Luft ungehindert senkrecht nach oben durch die Kühlrippen strömen kann (schmale Seite nach unten). 5. Inbetriebnahme Warnung! Bei der Inbetriebnahme darf keinesfalls die Betriebsspannung verpolt angeschlossen werden. Das kann zur Zerstörung der Steuerung führen! Die Steuerung 4Q_fag ist so konzipiert, dass sie sowohl für die einfache Steuerung von Motoren eingesetzt werden kann, als auch für darüber hinaus gehende Aufgaben (Beleuchtungssteuerung, Signalgabe u.a.). Demzufolge sind verschiedenste Arten der Beschaltung möglich. Nachfolgend werden zwei wesentliche Einsatzmöglichkeiten ganz einfach und Nutzung aller Möglichkeiten beschrieben. In der Anlage zu dieser Anleitung sind weitere Einsatzmöglichkeiten detailliert beschrieben. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

5 5.1 Die Anschlusspunkte Die folgende Zeichnung zeigt die Lage der Anschlusspunkte auf der Leiterplatte: X2 X9 J2 J1 J6 X15 X11 X13 X1 Abb.1 Anschlusspunkte und Jumper Symbol X1 X2 X9 X11 X13 X15 J1 J2 Beschreibung Anschluss für Signalhornkompressor Anschlusspunkt der Betriebsspannung Anschlusspunkt für den (die) Motor(en) Steckverbinder für die Steuerleitungen Steckverbinder für die Lichtsteuerung Anschluss für das Hauptschalterrelais Jumper Maximalgeschwindigkeit Jumper Totmannfunktion (an/aus) Tabelle 1: Beschreibung der Anschlusspunkte Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

6 5.2 Montageanleitung für die WAGO-Klemmen Zur Entriegelung/Verriegelung der WAGO-Klemmen X1, X2 und X9 ist entsprechend der folgenden Abbildungen ein geeigneter Schraubendreher zu verwenden. Dabei ist dieser kräftig in die dafür vorgesehene Öffnung zu drücken. Abb.2 Öffnen der WAGO-Klemme Abb.3 Bei geöffneter Klemme Draht einführen, anschließend Schrauberdreher entfernen Abb.4 Öffnen der WAGO-Klemme X2 bzw. X9 Die Zusammenschaltung erfolgt in der einfachsten Variante gemäß Abbildung 5, in der Standardvariante gemäß Abbildung 6. Wenn einzelne Funktionen nicht benötigt werden, können die entsprechenden Verbindungen und Bedienelemente im Bedienteil natürlich weggelassen werden. Zum besseren Verständnis für den Fachmann dienen dazu die ausführlichen Schaltpläne in der Anlage. Die interne Verkabelung erfolgt zwischen dem Elektronikmodul 4Q_fag mit Flachbandkabel zum Fahrzeugsteckverbinder. Vom Fahrzeugsteckverbinder zum Bedienteil wird ein 15-poliges, rundes und flexibles Kabel benutzt. Das interne Kabel sowie das externe Kabel mit Bedienteil kann fertig konfektioniert bezogen werden. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

7 5.3 Einfache Zusammenschaltung Nachfolgender Stromlaufplan zeigt die einfachste Art der Zusammenschaltung: Abb.5 einfache Zusammenschaltung Dabei wird das komplett vorgefertigte Bedienteil am Fahrzeugsteckverbinder mit dem ebenfalls komplett vorbereiteten internen Verbindungskabel zusammengesteckt. Das interne Verbindungskabel wird an die Steuerung 4Q_fag angesteckt. Darüber hinaus sind nur zwei Verbindungen zur Batterie und zwei Verbindungen zum Motor notwendig. So sind einfach und schnell alle Fahrfunktionen (einschließlich Totmannschaltung und Kindermodus) verfügbar. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

8 5.4 Erweiterte Zusammenschaltung mit klassischen Glühlampen und Signalhornkompressor Für den Anwender, der die Funktionen Beleuchtung und Signal ebenfalls nutzen möchte, gilt diese erweiterte Zusammenschaltung: Abb.6 Zusammenschaltung der Standardvariante mit konventioneller Beleuchtung Auch hier ist das Handbedienteil und das interne Verbindungskabel wie in der Variante nach Abbildung 5 auf Wunsch komplett vorgefertigt. Die Beleuchtung ist richtungsabhängig für beide Richtungen und schaltet bei Fahrtrichtungswechsel automatisch um. Die Lampen sind von Pin 2/3 und Pin 4/5 an X13 jeweils gegen die Betriebsspannung (Pin 1) geschaltet. An Pin2/3 (Vorwärts) wird die Beleuchtung vorn weiß und hinten rot, an Pin 4/5 (Rückwärts) wird vorn rot und hinten weiß angeschlossen. Die Glühlampen und der Kompressor müssen der Betriebsspannung entsprechen (im gezeichneten Beispiel 24V). Das Signalhorn (z.b. 24V-Kompressor) wird an X1/3 und X1/2 angeschlossen und gegen die Betriebsspannung (X1/1) geschaltet. Somit könnte die Betriebsspannung für das Signalhorn unabhängig von der Motorspannung variiert werden. In diesem Schaltbild ist zusätzlich noch das Relais A eingezeichnet, welches aus Sicherheitsgründen als Hauptrelais unabhängig von der Elektronik arbeitet. Das ist ausschließlich eine Sicherheitsmaßnahme. Ob diese im Einzelfall gewünscht und notwendig ist, entscheidet der Anwender wir empfehlen jedoch den Einsatz dieses Hauptrelais. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

9 Einstellungen Die Steuerung ist im Auslieferzustand programmiert und geprüft. Einstellungen sind nicht notwendig. Zur Veränderung der Grundfunktion sind aber folgende Einstellelemente vorhanden (siehe Abb. 2): Begrenzung der Maximalgeschwindigkeit mit J1. Ist der Jumper J1 gesteckt, kann das Fahrzeug bis zur Maximalgeschwindigkeit ausgesteuert werden. Ist kein Jumper J1 gesteckt, kann mit dem optional bestückten Einstellregler individuell die maximal mögliche Höchstgeschwindigkeit reduziert werden. Totmannfunktion Steckt Jumper J2, dann ist die Totmannfunktion aktiv. Nach 24 Sekunden wird der Summer und der Vibrationsmotor im Bedienteil für 3s aktiviert. Erfolgt keine Bestätigung mit der Totmanntaste (Ta1), dann wird die Maschine nach weiteren 3 Sekunden zwangsgebremst. Ohne Jumper J2 ist diese Funktion deaktiviert. 6. Überlastungsschutz Die Steuerung 4Q_fag ist mit einem elektronischen Überlastungsschutz ausgerüstet. Übersteigt die Temperatur am Kühlkörper den Wert von ca. 90 Grad, ertönt am Piezosummer im Bedienteil ein Warnsignal. Steigt die Temperatur weiter auf ca. 100 Grad, so wird die Lokomotive zwangsgebremst. Erst nach Abkühlung des Kühlkörpers kann wieder angefahren werden. So wird eine thermische Überlastung der Transistoren vermieden. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

10 7. Lage der Bedienelemente am Handbediengerät Einschalter S4/S5 Fahrtregler P1 Richtungswahl S2 Totmanntaste Ta1 Kindermodus S1 Beleuchtung S3 Horn Ta2 Abb.7 Handbediengerät Auf Wunsch können die Bedienelemente Kindermodus, Beleuchtung, Totmanntaste und Horn entfallen. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

11 8. Bedienung Zur Inbetriebsetzung wird zuerst der Hauptschalter S4/S5 betätigt. Dieser steuert das Hauptschalterrelais und ist aus Sicherheitsgründen unabhängig von der Elektronik. Anmerkung: Optional kann auf Anwenderwunsch der Schalter S4 und das Hauptschalterrelais entfallen und durch einen mechanischen Hauptschalter ersetzt werden Der Schalter S2 dient zur Richtungswahl vor/zurück und steuert gleichzeitig den Beleuchtungswechsel vorn/hinten. Wird dieser Schalter während der Fahrt betätigt, erfolgt ein sofortiges Bremsen des Zuges mit kürzester Bremsrampe (Notbremsfunktion). Ein erneutes Anfahren ist erst nach Nullstellung des Fahrtreglers P1 möglich. Die Totmanntaste muss bei aktivierter Totmannfunktion (siehe Punkt 6) vor Fahrtantritt bei Nullstellung des Fahrtreglers gedrückt werden. Erst dann ist ein Anfahren möglich. Während der Fahrt erfolgt nach jeweils 24 Sekunden über den Summer und den Vibrationsmotor eine Signalisierung. Wird dann nicht innerhalb von 6 Sekunden diese Taste gedrückt, wird die Lok zwangsgebremst. Ein Wiederanfahren ist erst nach Nullstellung des Fahrtreglers und dem anschließendem Drücken der Totmanntaste möglich. Mit dem Schalter S3 kann die Beleuchtung ein- und ausgeschaltet werden. Taster 2 (Ta2) steuert das Horn zur Signalgabe. Schalter S1, ein etwas schwer zugänglich montierter Schalter, aktiviert/deaktiviert den Kindermodus. Dieser ist dafür gedacht, dass auch kleinere Kinder fahren können und in diesem Fall die Höchstgeschwindigkeit auf etwa 67% der Maximalgeschwindigkeit reduziert ist. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

12 9. Erweiterungsmöglichkeit Als optionale Erweiterung wurde eine Funkfernsteuerung entwickelt. Diese besteht aus einem handelsüblichen digitalen 2,4 GHz-Fernsteuersender, dem zugehörigen handelsüblichen Empfänger und einer speziellen controllergestützten Decodier-Einheit. Diese Erweiterung gibt es in zwei Varianten. interne Variante Der Empfänger und die Decodier-Einheit werden direkt auf die Platine der Steuerung aufgeschraubt und ergeben so eine kompakte Einheit, die innerhalb des Fahrzeugs sitzt. externe Variante Der Empfänger und die Decodier-Einheit sind in einem kleinen Gehäuse, das statt des Handbedienteils an den Fahrzeugsteckverbinder gesteckt wird, untergebracht. Diese Variante ist aufwändiger, weil dazu die zugekauften Funkempfänger modifiziert werden müssen. Über Funk sind die Funktionen Ein/Aus (einschließlich Hauptschalterrelais), Geschwindigkeitsregelung, Richtungswahl einschließlich Notbremsfunktion, Signalgabe und Licht ein/aus bedienbar. Für das Funkfernsteuermodul RC_fag existiert eine separate Beschreibung. Abb. 8 Externe Funkempfangseinheit Abb.9 RC_fag bildet eine mechanische Einheit mit der 4Q_fag Voraussetzung für die korrekte Funktion der Funkfernsteuerung ist das Anliegen der Betriebsspannung am Pin 9 und der Masse an Pin 13 des Fahrzeugsteckverbinders Bu1 sowie ein korrekt beschaltetes internes Verbindungskabel zwischen X11 und Bu1. Das ist garantiert bei einer Beschaltung z.b. gemäß Abbildung 6 oder Abb. A1 (siehe Anhang). X15/1 (innenliegend) geht dabei zum Relais, X15/2 (außenliegend) an die Spannungszuführung. Die Minimalbeschaltung gemäß Abbildung 5 ist nicht für den Betrieb des Fernsteuermoduls RC_fag geeignet, weil hier der Steckverbinder X15 nicht angeschlossen ist und somit keine Betriebsspannung am Pin 9 der Bu1 anliegt. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand:

13 10. Sicherheitshinweise und Haftungsausschluss Die beschriebene Funktion kann nur bei sachgerechtem Aufbau gemäß dieser Beschreibung garantiert werden. Besonders sei darauf hingewiesen, dass die Betriebsspannung niemals verpolt an X2 angeschlossen werden darf. Zerstörungsgefahr! Auch ist es wichtig, eine der eingesetzten Motorleistung entsprechende Hauptsicherung Si1 (z.b. 40A bei 24V, 750W) einzubauen. Die Sicherung Si2 schützt u.a. die Elektronik für die Beleuchtungssteuerung und darf nicht größer als 1A sein. Die Kabelquerschnitte von der Batterie zur Steuerung und von der Steuerung zum Motor müssen entsprechend des maximal möglichen Stromes ausgelegt sein. Es besteht Haftungsausschluss bei nicht sachgemäßem Aufbau und Umgang mit dem 4Q_fag- Modul! Änderungen vorbehalten. Die Steuerung 4Q-fag wurde auf Initiative und unter Mitwirkung des Modellbauparks Markkleeberg/Auenhain entwickelt und getestet. Den Vertrieb und die technische Betreuung realisieren die Ingenieur-Dienstleistungen Rüdiger sowie die fag-regelungstechnik. Anfragen und Hinweise aller Art bitte per Mail an die fag-regelungstechnik (Web: / Mail: info@fag-regelungstechnik.de) richten. Alle Rechte bei fag-regelungstechnik, Mail : info@fag-regelungstechnik.de Stand: