Whitepaper. Dynamische Strommessung im automatischen Funktionstest. alldaq.com. Kostengünstige Messsysteme, die sich leicht integrieren lassen

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1 Whitepaper Dynamische Strommessung im automatischen Funktionstest Kostengünstige Messsysteme, die sich leicht integrieren lassen LLDQ - a division of LLNET GmbH Computersysteme Maistraße Germering, Phone: 089 / , Fax: 089 / , info@

2 Dynamische Strommessung im automatischen Funktionstest Kostengünstige Messsysteme, die sich leicht integrieren lassen Beispielkonfigurationen bgesetztes Messsystem im Desktop-Gehäuse ideal für prüflingsnahen Einsatz Messsystem zur Integration in 19 Prüfschrank ideal für nwendungen mit vielen Kanälen Typische nwendung Im utomobilbereich unterliegen die Zulieferer heutzutage strengen Vorgaben der Hersteller hinsichtlich Qualität und Kostendruck. Ein 100-prozentiger Funktionstest aller zugelieferten Komponenten eines utomobils ist daher unerlässlich. Um verschiedenste nforderungen unter einen Hut zu bringen sind flexible Systeme gefragt, die sich in Hardware und Software leicht in komplexe Prüfumgebungen integrieren lassen. Hardwareseitig ist eine modulare Lösung von Vorteil, die sich bei immer kürzer werdenden Produktzyklen kostengünstig an neue nforderungen anpassen lässt. Softwareseitig ist eine breite Programmierunterstützung einschließlich LabVIEW - und MTLB -Unterstützung wichtig um den unterschiedlichen Kundenwünschen möglichst gut zu entsprechen. Flexibles Messsystem als kostengünstige Lösung Der Messtechnik-Spezialist LLDQ bietet unter dem Namen DQ-Express ein flexibles Messsystem für Datenerfassungskarten im CompactPCI-Format an. Das System wird ganz nach Kundenwunsch konfiguriert und lässt sich einfach und kostengünstig in unterschiedliche Prüfumgebungen integrieren. Oft ist am Prüfplatz bzw. Prüfschrank bereits Rechenleistung in Form eines klassischen Industrie-Computers vorhanden. In diesem Fall bietet es sich an, das Messsystem über eine PCI-Express-Buserweiterung mit dem Host-PC zu verbinden. Dank der differentiellen Datenübertragung auf dem seriellen PCIe-Bus ist dies über eine Kabelverbindung mit bis zu 7 m Länge möglich. Das Messsystem selbst ist als CompactPCI-Subsystem ausgeführt, das sich durch seinen mechanischen ufbau, seine optimierten EMV-Eigenschaften und große Freiheit bei der Konfiguration auszeichnet. Ein prüflingsnaher Einsatz erlaubt kurze Messleitungen und minimiert damit potentielle Störungen durch die Feldverdrahtung. 2

3 Konzept der PCI-Express-Buserweiterung CompactPCI- Subsystem Verbindungskabel mit PCIe x1 Stecker an beiden Enden. Verfügbar in Längen von 0,5 m bis 7 m. Desktop- oder Industrierechner mit PCIe-Slot Transparenter Zugriff auf die Karten im Subsystem: PCIe-zu-cPCI-Bridge im CompactPCI-Subsystem PCIe x1 Hostadapter wahlweise mit Standard- oder Low-Profile Slotblech Egal ob im 19 -Rack oder als Desktop-System Sie können unter Windows völlig transparent vom Host-PC auf die Mess- und Steuerkarten im Messsystem zugreifen. Softwareseitig scheinen die CompactPCI-Karten im Hostrechner eingebaut zu sein. uch der Einbau von Erweiterungskarten von Dritt-Herstellern, wie z. B. CN-Bus-Schnittstellen sind dank dem CompactPCI-Standard kein Problem. Der Einsatz von PXI-Karten in DQ-Express-Systemen, oder auch der Einsatz von LLDQ CompactPCI-Karten in vorhandenen PXI-Systemen ist mit usnahme der vom CompactPCI-Standard nicht unterstützten Trigger- und Sync-Leitungen kein Problem. In puncto Servicefreundlichkeit profitieren Sie von der leichten Tauschbarkeit einzelner Komponenten, falls eine Karte kalibriert oder getauscht werden muss. Vorteile der PCI-Express-Buserweiterung Kostengünstige nbindung der Messhardware an den Host-PC Keine teure CompactPCI-CPU erforderlich ExpressCard-Host-dapter in Vorbereitung Mehrere Subsysteme kaskadierbar Zuverlässiger und schneller Datentransfer via PCIe x1 Lane mit 250 MB/s (vgl. USB 2.0: 60 MB/s, USB 3.0: 500 MB/s) Maximalzahl der Peripheriekarten hängt von verwendeter Backplane und BIOS des Host-Rechners ab Subsystem x Subsystem 2 Subsystem 1 Kabellänge max. 7 m Hostadapter Die Komponenten der PCIe-Bus-Erweiterung (in Vorbereitung) Bezeichnung PCIe x1 zu cpci Bridge mit Switch PCIe x1 zu PCIe x1 Cable Buffered ExpressCard/34 zu PCIe PCIe-Kabel Kurzbeschreibung Die PCIe x1 zu cpci Bridge ist eine 3 HE CompactPCI Einsteckkarte. Sie wird in den Systemslot der cpci-backplane gesteckt. Die Karte verfügt über eine Bridge, die den seriellen PCIe x1- Link auf 32 bit cpci umsetzt. Sie hat frontseitig zwei PCIe x1-buchsen für Upstream und Downstream. Die Karte unterstützt bis 8 CompactPCI-Slots (7 Peripherie- & 1 System-Slot). ktive Gen 2 Einsteckkarte für PC in PCIe x1-slot. Dient als Hostadapter für externe PCIe- Systeme. Gen1 kompatibel. ktiver Gen 2 dapter für ExpressCard/34 / (54)-Slot. Dient als Hostadapter für Laptops zum nschluss externer PCIe-Systeme. Gen 1 kompatibel. PCIe-Kabel mit PCIe x1 Stecker beidseitig, in Längen von 0,5 bis 7 m Eine Übersicht der LLDQ Mess- und Steuerkarten finden Sie auf Seite 7. 3

4 Typischer Prüfschrank-ufbau Je nach pplikation ist hier Platz für udio- nalyzer und/oder Test-Transmitter, z. B. zum Test von Radios DQ-Express 3 HE CompactPCI-Subsystem mit PCIe-zu-CompactPCI-Bridge. Die Konfiguration von Backplane(s), Netzteil(en) sowie der Messund Steuerkarten erfolgt stets kundenspezifisch. Eine Übersicht geeigneter Mess- und Steuerkarten finden Sie auf Seite Seite 7. Leistungsstarker Industrie-PC mit Erweiterungssteckplätzen, z. B. für PCIe-Hostadapter 2 Leistungsnetzteile Modulare Industriesteckverbinder für die Verbindung zu den Prüflingen Unterbrechungsfreie Stromversorgung Beispiel-pplikationen utomatischer Funktionstest in der Qualitätssicherung Highspeed-Datenlogging in der Batterieentwicklung Überprüfung des Frequenzgangs von udiokomponenten Dynamische Strommessung in der Elektromobilität Präzise Messung des Stromverlaufs z. B. bei pulsweitenmodulierten Signalen in der Lichttechnik 4

5 Das Herzstück der dynamischen Strommessung Zur dynamischen Strommessung wird die CompactPCI- Karte DQ-412 von LLDQ eingesetzt. Die Karte verfügt über 2 potentialgetrennte Strommesskanäle, die einen sehr großen Messbereich von wenigen µ bis 50 (Impulsbelastung) abdecken. Typische Einsatzbereiche sind die nalyse von Stromspitzen einerseits und die Messung von Kriechströmen andererseits z. B. in der Qualitätssicherung oder die Messung des Stromverlaufs bei pulsweitenmodulierten Signalen. 2-Kanal Strommesskarte DQ-412 von LLDQ Die Strommesskanäle sind in die Bereiche ±25 m und ±50 aufgeteilt, die jeweils mit hochpräzisen Shunts (10 Ω und 0,5 Ω) von Isabellenhütte bestückt sind. Die Gesamtgenauigkeit wird für beide Bereiche mit max. 0,1% angegeben bei einem blese wert von 200 µ und höher. Die Spezifikation bezieht sich dabei auf die erweiterte Mess unsicherheit mit dem Erweiterungsfaktor k = 2 und entspricht so einem Vertrauensbereich von 95%. Damit wird den erhöhten nforderungen der industriellen Messtechnik Rechnung getragen. Die relaisgesteuerte Umschaltung zwischen den Strommessbereichen erfolgt ohne Unterbrechung des Mess-Stromkreises um etwa ein erneutes Booten des Prüflings zu verhindern. Je Kanal generiert die DQ-412 bei Überoder Unterschreiten der 25 m-schwelle ein entsprechendes Interruptereignis, das auf pplikationsebene ausgewertet werden kann. Unabhängig davon schaltet ein Hardware-Komparator automatisch in den 50 Messbereich sobald der 25 m Bereich um mehr als 12,5 % überschritten wird. Dieser Schutzmechanismus greift unabhängig von Betriebssystem und pplikationssoftware. Die beiden Strommesskanäle sind unter einander und gegenüber PC-Masse bis 700 V galvanisch getrennt. Beide Kanäle sind mit einem eigenen 18 bit Isolation DQ-412 /D-Wandler bestückt, sodass synchron mit ST1 F1 I_0+ I_0- GND_I_0 R S1 R S2 10Ω 0,5Ω D Timer und bis zu 1,6 MS/s abgetastet werden kann. Dies ist wichtig um auch kurze Stromspitzen quantitativ bewerten zu können. Je nach nwendungsfall können die Werte einzeln ST2 F2 I_1+ I_1- GND_I_1 R S3 R S4 10Ω 0,5Ω D Werte-FIFO Steuerlogik oder timergesteuert erfasst werden. Bei Bedarf kann die Messung über zwei externe TTL-Triggereingänge (RP-SM-Buchse) gestartet oder gestoppt werden. ST3 ST4 TRIG_ TRIG_B Triggerlogik GND_PC Interrupt dress-/ Daten-Bus Blockschaltbild DQ-412 CompactPCI-Interface 5

6 Feldabgleich Last Feldverdrahtung Feldabgleich der DQ-412 Die Messung sehr kleiner Ströme unterliegt vielfältigen Störfaktoren, wie z. B. Leitungskapazitäten, Übergangswiderstände und thermische Effekte. Hier bietet die DQ-412 eine elegante Möglichkeit einen bgleich unter Berücksichtigung der Feldverdrahtung durchzuführen. Der nwender hat dadurch die Möglichkeit je nach nwendungsszenario spezifische bgleich daten zusätzlich zu den Werksabgleichdaten (die nicht überschrieben werden können) in einem EEPROM auf der Karte zu speichern. Über eine Utility-Software, den sog. LLDQ-Manager kann der nwender auswählen, welcher bgleichdatensatz (Werks- oder Feldabgleich) beim Booten des Rechners aktiviert werden soll. Die Einstellung kann jederzeit über den LLDQ-Manager oder per PI im nwendungsprogramm geändert werden. Kalibrierung Im Rahmen eines durchgängigen Qualitätsmanagements muß eine Kalibrierung der verwendeten Messmittel nach DIN ISO oder Dkks (Deutsche kkreditierungsstelle GmbH) stets gewährleistet sein. Entsprechende Zertifikate für die LLDQ Messkarten werden nach Kundenwunsch ausgestellt. Software-Unterstützung Um dem nwender einen schnellen Überblick über die Parameter des DQ-Treibersystems und zentralen Zugriff auf Software-Tools, Programmierunterstützung und Hilfedateien zu geben, wird der sog. LLDQ-Manager kostenlos mitgeliefert. Die Utility-Software kann über den Info-Bereich der Taskleiste oder über das Windows Startmenü aufgerufen werden. Der LLDQ-Manager bietet im Einzelnen: Informationen über die installierte LLDQ-Hardware, XML-Export der Treiber-Konfiguration für rchivierung und Support, bequemen Zugriff auf das Software-Developer-Kit (SDK) für die Hochsprachenprogrammierung mit Beispielen und einfachen Testprogrammen, Tool zur interaktiven Darstellung der Steckerbelegung mit Möglichkeit der PDF-Generierung, ein Tool für den Feldabgleich und schnellen Zugriff auf Hilfedateien (*.chm). Für die LLDQ-Karten werden Treiber für Windows Vista/7/8 und höher (32/64 bit) mitgeliefert. Zur Hochsprachenprogrammierung steht eine Funktionsbibliothek (PI) mit Beispielen für C++, C#, Visual Basic und Pascal zur Verfügung. LabVIEW -nwender können eine Bibliothek mit sog. Virtual Instruments (VIs) zum einfachen Zugriff auf die LLDQ-Hardware installieren. Eine angepasste MTLB -Schnittstelle für LLDQ-Hardware mit Beispielen und einer Hilfedatei (*.chm) befindet sich ebenfalls im Lieferumfang des LLDQ-SDK. 6

7 LLDQ Mess- und Steuerkarten im Überblick Dynamische Strommessung bis 50 (DQ-412) Potentialfreie Spannungsmessung bis 700 V (DQ-250) Isolierte Digital-I/O-Karte mit Leistungstreiber (DQ-10) naloge Spannungsausgabe CN-Controller, RS-232/485-Schnittstellenkarte, Bezeichnung rt.-nr. Beschreibung Bus-System DQ-10-cPCI cpci-digital-i/o-karte, 16 isolierte DIs, 16 isolierte DOs, 16 TTL-DIOs DQ-10-PCIe PCIe-Digital-I/O-Karte, 16 isolierte DIs, 16 isolierte DOs, 16 TTL-DIOs DQ-22-PCIe PCIe-Digital-I/O-Karte, 32 isolierte DIs mit Filter, 32 isolierte DOs, 8 TTL-DIOs DQ-22-cPCIS CompactPCI Serial-Digital-I/O-Karte, 32 isolierte DIs mit Filter, 32 isolierte DOs, 8 TTL- DIOs DQ-23-PCIe PCIe-Digital-I/O-Karte, 24 isolierte DIs mit Filter, 16 isolierte DOs, 8 Wechsler-Relais, 8 TTL-DIOs DQ-23-cPCIS CompactPCI Serial-Digital-I/O-Karte, 24 isolierte DIs mit Filter, 16 isolierte DOs, 8 Wechsler-Relais, 8 TTL-DIOs DQ-211-cPCI cpci-multi-i/o-karte, 16 bit /D-Teil bis 500 khz mit 16 single-ended nalog-eingängen (±10V), 32 bidirektionale TTL-Digital-I/Os (Pegel umschaltbar: 3,3V/5V), Zähler (Typ: 8254) DQ-212-cPCI cpci-multi-i/o-karte, 16 bit /D-Teil bis 500 khz mit 16 differentiellen nalog-eingängen (±20V), 32 bidirektionale TTL-Digital-I/Os (Pegel umschaltbar: 3,3V/5V), Zähler (Typ: 8254) DQ-215-cPCI cpci-multi-i/o-karte, 16 bit /D-Teil bis 500 khz mit 16 differentiellen nalog-eingängen (±50V), 32 bidirektionale TTL-Digital-I/Os (Pegel umschaltbar: 3,3V/5V), Zähler (Typ: 8254) DQ-255-cPCI CompactPCI-Messkarte mit 8 potentialfreien Spannungseingängen, 16 bit /D-Wandler bis 250 ks/s synchron, 2 ext. Triggereingänge, 8 TTL-Digital-I/Os DQ-256-cPCI CompactPCI-Messkarte mit 8 potentialfreien Spannungseingängen, 16 bit /D-Wandler bis 2 MS/s synchron, 2 ext. Triggereingänge, 8 TTL-Digital-I/Os DQ-258-cPCI CompactPCI-Messkarte mit 8 potentialfreien Spannungseingängen, 18 bit /D-Wandler bis 1,6 MS/s synchron, 2 ext. Triggereingänge, 8 TTL-Digital-I/Os DQ-412-cPCI CompactPCI-Strommess-Karte mit 2 potentialgetrennten nalog-eingängen für Strommessung bis 50 Zusammenfassung Dynamische Strommessung bis 50 via Präzisions-Shunts von Isabellenhütte Einfache Realisierung vieler potentialgetrennter Strommesskanäle je System Transparenter Zugriff auf die Mess-Hardware im CompactPCI-Subsystem über kostengünstige PCI-Express- Buserweiterung Leicht erweiterbar: z. B. mit potentialfreien Spannungseingängen sowie CN-Bus- oder RS-232/485-Schnitttellen Offen: CompactPCI-basierend, d. h. offen für Karten anderer Hersteller auch PXI-Karten können integriert werden (ohne Unterstützung der PXI-Trigger- und Sync-Leitungen). SDK für gängige Programmierhochsprachen, Unterstützung für LabVIEW & MTLB Ideal für kundenspezifische Messsysteme mit gehobenen Performance-nforderungen 7

8 Profil LLDQ wurde als neue Business-Unit der LLNET GmbH Computersysteme nfang 2014 gegründet. Das LLDQ Team verfügt über langjährige Erfahrung in der Entwicklung PC-basierender Messtechnik. Das Leistungsspektrum gliedert sich in die Bereiche Eigenentwicklung von PC-Messtechnik sowie Distribution von Mess- und utomatisierungstechnik. Damit bietet LLDQ ein breites Portfolio für Industrie, Labor, Forschung und usbildung. Kontakt Publishing: Vertrieb: Reicherzer Josef, Dominik Karduck, Impressum LLNET GmbH Computersysteme Maistrasse 2 - D Germering Tel.: Fax: Geschäftsführer: Wolfgang Marcus Bauer Registergericht: mtsgericht München HRB UST-ID-NR. DE St.-Nr. 117/115/00164 WEEE-Reg.-NR. DE LLDQ_DQ-Express_Whitepaper_DE_1.1 LLDQ - a division of LLNET GmbH Computersysteme Maistraße Germering, Phone: 089 / , Fax: 089 / , info@