Pioneering new technologies

Transkript

1 Pioneering new technologies Pioneering new technologies Frei programmierbare Steuer- und Regelelektronik für Fahrzeuge und Maschinen mit CAN-Bus

2 Beschreibung Die frei programmierbare Steuer- und Fahrzeugbatterie Regelelektronik ESX ist ein selbständig arbeitendes Mess-, Steuer-, und Regel- EIn-Signal (interruptfähiger Eingang) Spannungsversorgung V DC gerät für das Sensor-Aktor-Management. Dabei können mehrere unabhängige oder Selbsthaltung / Abschaltung über Software System Supervisor mit Watchdog Sicherheitsrelais verknüpfte Aufgaben in Echtzeit bearbeitet werden. 4 Digital- / PWM- Ausgänge 2,5 A alternativ PVG Die ESX ist speziell für den Einsatz in Fahrzeugen und Maschinen entwickelt, die 16 Digitaleingänge oder Drehzahl-/ Frequenzeingänge 3 Digital- / PWM- Ausgänge 4 A alternativ PVG unter rauhen Umgebungsbedingungen und extremen Betriebstemperaturen von 8 Analogeingänge (0... 8,5 V oder ma) Microcontroller C167 + Peripherie 5 Digital- / PWM- Ausgänge 4 A mit Strommessung alternativ PVG 8,5 V Festspannungsausgang C ( F) ihre Funktion erfüllen müssen. Alle Ein- und Ausgänge sind überspannungsfest, kurzschlussfest und diagnosefähig. 1. CAN 256 kbyte SRAM opt. 1 MByte SRAM 512kByte Flash opt. 1MByte Flash 8 kbyte EEPROM/FRAM 2. CAN serielle Schnittstelle RS Schnittstellen für Erweiterungsmodule (2 x 6 zus. I/O s) Proportionalventile können ohne zusätzliche Verstärker- und Regelkarten direkt angesteuert werden, entweder über PWM- Ausgänge (pulsweitenmodulierte Ausgänge) mit interner Strommessung oder über Ausgänge für Proportionalventile mit integrierter Vorsteuerelektronik (PVG). Ein robustes Alu-Druckguss-Gehäuse (Schutzart IP65, opt. IP67, mit GORE-TEX Membrane zum Druckausgleich) bietet sowohl hohe Sicherheit gegen elektromagnetische Störungen als auch zuverlässigen Schutz bei mechanischen Beanspruchungen.

3 Anwendungsbeispiele in mobilen Arbeitsmaschinen: Steuerung der kompletten Arbeitshydraulik einer mobilen Arbeitsmaschine (Land- und Baumaschinen, Nutz- oder Kommunalfahrzeuge) elektronisch-hydraulische Lenksysteme hydrostatische Fahrantriebsregelungen mit Antiblockiersystem (ABS) und Antriebsschlupfregelung (ASR) Getriebesteuerung Neigungs- und Niveauregelungen Zuverlässige TÜV-geprüfte Sicherheit Selbstverständlich werden alle Normen zur CE-Konformität eingehalten. Darüber hinaus erfüllt die ESX Anforderungen und Normen der Kfz-, Land- und Baumaschinenindustrie. Außerdem wurde die ESX für die Anwendung in sicherheitsrelevanten Bereichen (z. B. für Müllfahrzeugaufbauten, Hebebühnen, etc.) bis Anforderungsklasse 4 (DIN V VDE 0801, DIN V 19250) bzw. Kategorie 3 (EN 954-1) bzw. Safety Integrity Level 2 (IEC 61508) entwickelt. Alle Ein- und Ausgabekanäle der Steuerung sind diagnosefähig, d. h. die Software kann feststellen, ob ein Kurzschluss oder eine Leitungsunterbrechung vorhanden ist. Des Weiteren findet eine zyklische Selbstdiagnose der internen Hardware statt. Für die digitalen und pulsweitenmodulierten Ausgänge ist als zusätzlicher, zweiter Abschaltweg ein Sicherheitsrelais vorhanden. Vernetzung über CAN-Bus Um einen Datenaustausch mit anderen intelligenten Einheiten zu ermöglichen, ist eine RS232- und eine CAN-Bus-Schnittstelle nach CAN Spezifikation 2.0 B vorhanden, die sowohl das Standard- als auch das Extended-Format unterstützt. So können auch mehrere Steuerungen über den CAN- Bus vernetzt werden. Über Erweiterungsmodule lassen sich weitere CAN-Bus- Schnittstellen bestücken, die es der ESX ermöglichen, als Bridge zwischen voneinander unabhängigen CAN-Bussystemen zu fungieren. Als physikalische Anschaltung an den Bus wird ein Transceiver-Baustein nach ISO mit einer max. Übertragungsrate von 1 MBit/s verwendet. Erweiterungsmöglichkeiten Die Steuerungselektronik ESX verfügt über zwei interne Schnittstellen für Erweiterungsmodule, durch die sich die Anzahl der Einund Ausgänge um max. 12 erweitern lässt. Die Art dieser Ein- und Ausgänge ist frei wählbar. Durch die Möglichkeit, diese Module frei zu gestalten (z. B. mit Echtzeituhr), ist die ESX für kundenspezifische Anforderungen jederzeit anpassbar und erweiterbar. Konfiguration, Parametrierung und Kalibrierung Kennlinien, Parameter und Kalibrierdaten für das Sensor-Aktor-Management, sowie Steuerungskonfigurationen, können in einem nicht flüchtigen Speicher (FRAM/ EEPROM) abgelegt werden. Ein externer Zugriff auf diese Daten wird durch eine Editor-Software ermöglicht (über CAN-Bus oder RS232). Vollständige externe und interne (Fehler-) Diagnose STW bietet Softwaretools zum Auslesen des Fehlerspeichers, zur Systemdiagnose, zur Visualisierung und für Service- bzw. Kundendienstzwecke. Zur Kommunikation wird die vorhandene RS232- bzw. CAN-Bus-Schnittstelle verwendet.

4 Simulation der Programmierung Programmierung, schnell (IEC ) oder speziell ( C ) Die Softwareprogrammierung erfolgt entweder in der Hochsprache C oder über die IEC Oberfläche CoDeSys mit den folgenden Programmiersprachen: Funktionsplan (FUP) Kontaktplan (KOP) Anweisungsliste (AWL) Strukturierter Text (ST) Ablaufsprache (AS) Freigraphischer Funktionsplaneditor (CFC) Mit vorhandenen Funktionsbibliotheken und -bausteinen kann schnell und einfach Applikationssoftware erstellt werden. Vor allem die Programmieroberfläche CoDeSys ermöglicht es auch ohne Hochsprachenkenntnisse, in kurzer Zeit Anwendungen zu realisieren. Für spezielle, komplexe Anwendungen werden dem Programmierer mit der Hochsprache C weitergehende Möglichkeiten geboten, die auf Basis unserer BIOS-Software auch tiefergehende Eingriffe in das System zulassen. Der Softwaredownload in den Flash- Speicher erfolgt entweder über CAN oder RS232. STW stellt zur Programmierung und Konfiguration umfangreiche Funktionsbibliotheken sowie Programmier- und Diagnosetools zur Verfügung oder erstellt auch die komplette Applikationssoftware für Ihre Anwendung. Simulation für alle Ein- und Ausgänge Um dem Programmierer die Erstellung und das Testen seiner Software zu erleichtern, bietet STW eine Testbox in 19 -Einschubtechnik mit Anschlussstecker für die ESX und Prüfbeschaltung aller Ein- und Ausgänge an. Alle Ein- und Ausgänge können entweder frei beschaltet werden, oder es können die Sensor- bzw. Aktorsimulationen der Testbox verwendet werden. Die Testbox bietet einen integrierten, zuschaltbaren Abschluss für CAN-Netzwerke. Das Prozessorsystem und der Leistungsteil sind separat abgesichert. Die kundenspezifischen Modulpins können mit passenden 19 - Einsteckkarten beschaltet werden.

5 CAN-Bus CAN-Bus weitere CAN-Bus- Teilnehmer Bridge z. B. ESX Terminal Joystick PC Steuerungen Jobrechner (ESX ) I/O Module Sensor Aktor CAN-Bus-kompatible Sensoren und Aktoren GPS / DGPS Modem Sensoren Aktoren Sensoren Aktoren Sensoren Aktoren CAN-Bus Im mobilen Bereich hat sich als Bussystem das von Bosch entwickelte Controller Area Network (CAN) durchgesetzt (international genormt in ISO 11898). Die erforderlichen Bausteine sind, da sie für den Kfz-Einsatz entwickelt wurden, kostengünstig und in hohen Stückzahlen verfügbar. CAN-Bussysteme zeichnen sich durch hohe Übertragungsgeschwindigkeiten (CAN Low- Speed bis 125 kbit/s, CAN High-Speed bis 1 MBit/s) und hohe Datenübertragungssicherheit aus. Durch verschiedene implementierte Fehlererkennungsmechanismen (CRC, Frame-Check, Acknowledgement, Bit- Monitoring, Bit-Stuffing) ist das CAN-Protokoll in der Lage, z. B. durch elektromagnetische Einstrahlung verursachte Übertragungsfehler zu erkennen und zu korrigieren (Sendeabbruch durch Error-Flag und automatische Wiederholung der Botschaft). Durch kurze Datenpakete (max. 8 Nutzbytes pro Botschaft) ergibt sich nach einem Übertragungsfehler nur ein geringer Zeitverlust durch die Wiederholung der Daten. Als Übertragungsmedium werden Zweidrahtleitungen verwendet (geringer Verkabelungsaufwand). Die Leitungslänge des Netzwerkes kann bei einer Übertragungsrate von 1 MBit/s bis zu 40 m betragen, bei Übertragungsraten unter 80 kbit/s sind sogar Leitungslängen bis zu 1000 m ohne Repeater realisierbar. Die Anzahl der Teilnehmer pro Netz (diese ist theoretisch unbegrenzt) ist abhängig von den eingesetzten Bustreiberbausteinen (Transceiver, physikalische Anschaltung an Bus). Mit gängigen Bausteinen sind 32, 64 oder bis zu 110 (mit Einschränkungen bis zu 128) Teilnehmer pro Netz möglich (Erweiterungsmöglichkeit über Repeater oder Bridge). CAN ist ein echtzeitfähiges Multimastersystem mit Linien-Topologie. Eindeutige Identifier kennzeichnen nicht eine Teilnehmeradresse, sondern den Inhalt einer Botschaft (z. B. Temperatur, Drehzahl, Geschwindigkeit, etc.). Alle Teilnehmer prüfen anhand des empfangenen Identifiers, ob die übertragene Nachricht für sie relevant ist (Akzeptanzprüfung, bzw. -filterung). Dadurch kann jede Nachricht gleichzeitig von mehreren oder allen Teilnehmern übernommen werden. Außerdem wird durch den Identifier die Priorität einer Botschaft bezüglich des Buszugriffes bestimmt. Versuchen gleichzeitig mehrere Teilnehmer zu senden, wird der Bus der jeweilig höchstprioren Nachricht zugeteilt (Vermeidung eines Buszugriffskonfliktes durch verlustlose, bitweise Arbitrierung). Daher müssen bei der Vergabe der Identifier auch Funktionsabläufe und Sicherheitskriterien berücksichtigt werden. Mit dem Standard-Format (11-Bit Identifier) und dem Extended-Format (29-Bit Identifier) gibt es zwei unterschiedliche Botschaftsformate, die auf einem Bus koexistieren können. Beide Formate sind in der CAN Spezifikation 2.0 B beinhaltet, wo hingegen die CAN Spezifikation 2.0 A nur Frames mit 11-Bit Identifier zulässt. Die inhaltsbezogene Adressierung einer Botschaft ermöglicht eine hohe System- und Konfigurationsflexibilität und eine einfache nachträgliche Einbindung weiterer Teilnehmer in das Netzwerk. Auf der Anwendungsschicht (Application Layer) existieren bereits einige genormte oder standardisierte höhere Protokolle, wie z. B. LBS (Landwirtschaftliches Bus System), SAE J 1939, OSEK, CAL (CAN Application Layer, darauf basiert das Kommunikationsprofil CANopen), DeviceNet oder andere. Von den Halbleiterherstellern werden CAN- Controller mit unterschiedlicher Funktionalität angeboten. Solche mit jeweils einem Sende- und Empfangspuffer, wobei der Empfangspuffer über einen Shadow-Puffer verfügt und die eigentliche Nachrichtenfilterung durch den nachgeschalteten Mikroprozessor erfolgt ( Basic-CAN ), oder CAN- Controller mit mehreren Nachrichtenpuffern zur Verwaltung bzw. Filterung mehrerer Nachrichtenobjekte ( Full-CAN, stärkere CPU-Entlastung). Des Weiteren gibt es noch SLIO-Bausteine (serial linked I/O), die ohne weiteren Mikroprozessor funktionsfähig sind, aber nur als CAN-Slavemodule (zur I/O- Erweiterung) eingesetzt werden können.

6 Technische Daten ESX Prozessorsystem Prozessor RAM Flash EEPROM/FRAM Schnittstellen CAN-Bus RS232 C Babyboards Ein-/Ausgänge (max. 48) Digital- oder Drehzahleingänge Analogeingänge Siemens C167, 16 bit, fcpu = 20 MHz (opt. 40 MHz) 256 kbyte, opt. bis 1 MByte 512 kbyte, opt. bis 1 MByte 8 kbyte 1. CAN, optional 2. CAN, 2.0 B (11 Bit und 29 Bit Identifier), Full CAN, Low- / High-Speed bis zu 1 Mbit/s programmierbare Baudrate (max baud) für Erweiterungen 16, high-/low-active (über Software konfigurierbar), Frequenz bis 6.5 khz, kurzschlussfest 8, ( ma oder V) (über Software konfigurierbar), 10-bit, fcutoff = 1 khz, kurzschlussfest Digital-/PWM-Ausgänge 3 x 4 A, High-Side-Schalter, %, kurzschlussfest / 4 x 2.5 A, High-Side-Schalter, %, kurzschlussfest Digital-/PWM-Ausgänge mit 5 x 4 A, High-Side-Schalter, %, interner Strommessung Taktfrequenz einstellbar von Hz, kurzschlussfest, zur direkten Ansteuerung von Proportionalventilen alternativ PVG-Ausgänge max. 12, (20 % % of supply voltage) (statt PWM) zur Ansteuerung der Proportionalventile von Danfoss Festspannungsausgang 8,5 V, stabilisierte Versorgungsspannung, kurzschlussfest Erweiterungsmodule interne Schnittstelle für zwei zusätzliche (auch kundenspezifische) Module, mit jeweils 6 Ein- oder Ausgängen oder internen Erweiterungen, bzw. jeweils 6 Pins des externen Steckers stehen für kundenspezifische Nutzung zur Verfügung. Systemdaten Spannungsversorgung V DC, Dauerbetriebsspannung, betreibbar am Bordnetz von Fahrzeugen Stromaufnahme ca. 0,5 A (ohne Leistungsabgabe), Gesamtstrom max. 30 A, Stand-by < 1 ma Mechanik Stecker 68-poliger, mobiltauglicher Stecker mit Verriegelung Gehäuse IP65 (opt. IP67), Alu-Druckguss, geschützt gegen Feuchtigkeit, mit GORE-TEX Membrane zum Druckausgleich Gewicht ca. 2 kg Größe ca. 170 mm x 195 mm x 72 mm (6.69 x 7.68 x 2.83 ) ESX - mobiltaugliches, selbständiges Mess-, Steuer- und Regelgerät für das Sensor-Aktor-Management, für mehrere unabhängige oder verknüpfte Aufgaben in Echtzeit frei programmierbar (in der Hochsprache C oder über eine IEC Oberfläche) EMV-Maßnahmen entsprechend den Bedingungen im Automotive-Bereich, robuste Bauform durchdachtes Massekonzept, Analog- Masse für Sensoren wird vom Gerät zur Verfügung gestellt Alle Ein- und Ausgänge sind diagnosefähig, überspannungsfest und kurzschlussfest gegen UB und gegen Masse Sicherheitsrelais als zweiter Abschaltweg TÜV-geprüfte Version für sicherheitsrelevante Anwendungen bis Anforderungsklasse 4 bzw. Kategorie 3 bzw. Safety Integrity Level 2 Umwelt EMV, mechanische und klimatische Anforderungen Einsatztemperaturbereich Prüfung nach Normen und Anforderungen der Kfz-, Landmaschinen- und Baumaschinen-Industrie sowie auf CE-Konformität -40 C C (-40 F to 185 F) Gehäusetemperatur Proportionalventile können ohne zusätzliche Verstärker- bzw. Regelkarten direkt angesteuert werden. Sensor-Technik Wiedemann GmbH Steuer- und Regelelektronik Am Bärenwald Kaufbeuren DEUTSCHLAND Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@sensor-technik.de Internet STW-Technic, LP Mobile Controllers and Measurement Technologies 3000 Northwoods Pkwy. Suite 260 Norcross, GA USA Telefon +1 (770) Telefax +1 (770) sales@stw-technic.com Internet Sensor-Technik UK Ltd. Unit 10, The Granary Mill Road, Sharnbrook Bedfordshire MK44 1NN GROSSBRITANNIEN Telefon +44 (0) Telefax +44 (0) sales@sensor-technik.co.uk Internet D - Irrtümer und Änderungen vorbehalten -