Einsatz von LabVIEW und CAN-Bus zur Erhöhung der Kapazität, Flexibilität und zur Kostenreduzierung in der Produktion. Autoren: Ralf Hofmeier (Philips APM / Wetzlar) Ulrich Kölsch (Philips APM / Wetzlar) Wilfried Noffz (Noffz-Computertechnik / Tönisvorst) Kurzfassung CD-Player-Module für den Einsatz in Autoradios unterliegen bezüglich ihrer Qualität höchsten Anforderungen. Um einen fehlerfreien Betrieb zu garantieren, sind umfangreiche Prüfschritte im Fertigungsprozeß notwendig. Dazu gehört beispielsweise ein Dauertest der Module. Die Firma Philips APM hat in Zusammenarbeit mit der Fa. Noffz-Computertechnik ein Prüfsystem entwickelt, das sich durch eine hohe Flexibilität und Effizienz auszeichnet. Anforderung war eine hohe Bedienerfreundlichkeit und Robustheit. Das unter LabVIEW entwickelte Programm koordiniert die Steuer-, Auswerte- und Qualitätsdatensicherungs-funktion. Über den CAN-Bus kommuniziert der Leitrechner mit der Interfaceelektronik. Diese steuert die Prüflinge über den auf Modulebene üblichen IIC-Bus an. Das System hat sich unter Fertigungsbedingungen bewährt. Es prüft 36 Geräte simultan. Dieses System ist gegenüber seinen Vorgängern deutlich kostengünstiger und gewährleistet eine höhere Produktionskapazität. Abstract CD-Player-modules for the use in car-radios are subjected to highest quality standards. For a failurefree operating, several tests are necessary in production. This includes also a non-stop test of the modules. A testsytem was developed that provides a high flexibility and efficiency. A user-friendly Interface and robustness were a demand. The LabVIEW programmed software is performing the control-, evaluation- and visualisation functions and stores the quality data. A server is communicating via the CAN- Bus with the interface electronic, that is controlling the modules via the typical IIC-Bus. The system has stood the test under the condition of production. It can test 36 devices simultaneous. In comparision to predecessor systems it s much cheaper and provides a higher capacity of production. Einleitung Um eine hohe Produktionskapazität zu erreichen, werden pro Prüfstation jeweils 36 Module simultan getestet. Der Testablauf (z.b.: CD-INSERT, PLAY, STAND-BY, POWER-ON, POWER-OFF, CD-EJECT) sowie die jeweilige Testzeit sollen frei konfigurierbar sein. Jeder Testablauf folgt einem definierten Testzyklus. Das Verhalten der zu prüfenden Module wird erfasst, visualisiert und pro- 1 Abbildung 1: Funktionsschema der Anlage
tokolliert. Eventuell auftretende Fehlfunktionen werden sofort erkannt und dargestellt. Der Leitrechner der Prüfstation (PC + Win95) ist ausgestattet mit der AT-CAN-Buskarte von National Instruments. Er steuert und überwacht 18 elektronische Interfaces. Jedes Interface kontrolliert 2 zu prüfende CD-Module. Die Programmierung des Leit-rechners erfolgte mit LabVIEW. Das Inter-face zur Ansteuerung der CD-Module basiert auf einem Microcontroller der Fa. Philips (80C592). Er verfügt über eine integrierte CAN-Bus-Schnittstelle. Es wird das CAN-Bus Protokoll Version 2.0 (125 Kbit/sec, Abbildung 2: Prüfsystem (18 Module/Seite) 8 Byte Frame, 8 Subbefehle) eingesetzt. Aufgrund einer 5-Bit-Adressierung auf dem Interface-Board können bis zu 32 Interfaces parallel betrieben werden. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit einer Modifikation um weitere Interfaces parallel zu betreiben. Der in C programmierte Controller überträgt über den standardisierten IIC-Bus die Kommandos an das CD-Modul. Die Statusmeldungen des CD-Moduls werden über den CAN-Bus zurück an den Leitrechner zwecks Fehleranalyse übertragen. Nach jedem Programmstart überprüft die LabVIEW Leitrechner Software den Versionsstand der Interfacesoftware. Ein Update erfolgt automatisch, falls dort eine nicht aktuelle Version gefunden wird. Der Download vom Leitrechner geschieht über den CAN-Bus in alle Interfacecontroller. LabVIEW - Software Die Software des Leitrechners wurde mit LabVIEW 4.0.1 auf dem Betriebssystem Windows 95 entwickelt. Nach dem Programmstart werden die Konfigurationsdateien eingelesen und die Hardware und Software initialisiert. Es wird geprüft, ob der Softwarestand der Interface-Elektronik der Konfiguration entspricht. Ansonsten wird die aktuelle Software per Download über den CAN-Bus in das Interface übertragen. Im Standardbetrieb können folgende Modi ausgewählt werden: Starten des Testvorganges Auswahl einer anderen Testspezifikation Aktivierung eines Service-Modes, in dem der Benutzer die CD-Module manuell bedienen kann (z.b. zur Suche eines Hardwarefehlers) Prüfstation runterfahren Da Prüflinge mit unterschiedlichen Betriebsspannungen getestet werden können, wird zuerst mit Minimalspannung die ID der Geräte gelesen. Damit kann der Ist-Typ mit der Konfiguration verglichen werden. Eine Schädigung der Module durch Überspannung wird somit verhindert. Parallel zur Testsequenz läuft ein Panel, welches den Prüfstatus visualisiert. 2
Allgemeine Informationen: Testspezifikation aktuelle und verbleibende Testzeit auszuführendes Kommando und Prüfzeit Modulinformationen: CD-Modul-Status Modul-Temperaturstatus Fehlercodes Nach dem Ende eines Testschrittes werden diese Informationen über ein Ereignis (Occurence) aktualisiert. Abbildung 3: Anzeigepanel des Leitrechners Konfiguration und Spezifikation Das System wird über 4 Dateien konfiguriert: 1. Datei mit den Definitionen der Modul-Status-Codes. 2. Datei mit Dialog und Anzeige-Texten in jeweiliger Landessprache. 3. Datei mit Initialisierungsdaten für verschiede Hardwarekomponeten und Peripherie (CAN-4. Bus-Karte, Ansteuerelektronik, Druckerschnittstelle,...) 4. Testspezifikationsdatei. Festlegung, in welcher Reihenfolge, und wie oft die Testschritte ablaufen sollen. Ein Testschritt ist definiert als ein Kommando zum CD-Module (Play, Eject, Load,...) und einer Verweildauer. 3
Testvorgang Während des Testvorganges wird jeweils das aktuelle Kommando (gemäß der Spezifikationsdatei) über den CAN-Bus an alle Module übermittelt. Während der nachfolgenden Verweildauer werden permanent die Zustände der CD-Module abgefragt und überprüft. Falls ein Modul einen Fehlercode meldet, oder nach Ablauf der Verweildauer seinen Sollzustand nicht erreicht hat, wird das Modul als fehlerhaft bewertet und von der Versorgungsspannung getrennt. Durch das sofortige Ausschalten des Moduls wird eine spätere Fehleranalyse deutlich erleichtert. Interface Board Jedes dieser CAN CD-Modul Interface hat die Aufgabe 2 CD Module zu steuern. Befehle und Statusmeldungen werden über die CAN Schnittstelle zum Leitrechner übertragen. Alle Interfaces werden mit einer Karten Kodierung eindeutig am CAN Netzwerk identifiziert. Diese Kodierung ist in die CAN Adresse mit 5 Bit eingearbeitet. Die verwendete CAN Kommunikation ist mit einem Anfrage - Antwort Prinzip aufgebaut. Der Leitrechner schickt eine Anfrage an alle Interfaces und wartet auf die Antwort. 4
1. Funktionen des Interface Moduls CAN Interface Der im 80C592 befindliche CAN Kontroller ist über einen CAN Line Driver 80C250 von Philips an den CAN Bus angeschlossen. Es wird zur Zeit nur eine CAN Übertragungs Geschwindigkeit von 125000 Bit/sec unterstützt. Jedes CAN Interface Modul besitzt 2 CAN Stecker, und kann somit von Interface Karte zu Interface Karte Verbunden werden. Eingestellte CAN Charakteristik CAN Bus 125000Bit/s Bit Zeit 8micro sec 16 Tq 500ns SJW SEG2=1,5micro sec. Jedes CAN Interface Modul wird mit einer eindeutigen Adresse JP1 oder Kodierung am Versorgungsstecker ausgestattet. 1.2 Prozessor/ RAM/ EPROM Mit der an der Interface Karte realisierten Speicher Beschaltung ist ein Programm Betrieb sowohl im EPROM als auch im RAM möglich. Der RAM Baustein kann mit einer speziellen Leitung vom Prozessor an die Stelle des EPROM geschaltet werden. Dadurch ist ein Software Update ohne Änderung des EPROM Möglich. Das gewünschte neue Programm wird über die CAN Schnittstelle und Software im Kontroller in das RAM übertragen und gestartet. Zusätzlich ist jedes Modul mit einer TTL RS232 Schnittstelle ausgestattet. Diese Schnittstelle wird zur Zeit nur für interne Zwecke verwendet. Grundsätzlich sind alle Funktionen des CAN Interface über diese Schnittstelle möglich. 1.3 Funktionstasten am Interface Modul Für eine schnelle Prüfung des Moduls sind lokale Tasten am Interface Modul. Diese Tasten können über die CAN Schnittstelle gesperrt oder freigegeben werden. Diese Tasten führen Grundfunktionen des CD-Moduls wie PLAY EJECT NEXT... ON/OFF aus. 1.4 CD Modul Ansteuerung Die Software des CAN Interface Modul betreibt zwei unabhängige CD-Modul Schnittstellen. Über diese Schnittstellen werden die CD-Module gesteuert Da diese Leitungen zu den Prüflingen führen sind alle diese Leitungen mit Überspannung und Kurzschluß Schutz versehen. 1.5 Generierung der Versorgungsspannung für die CD Modul Für die Spannungs-Einstellung der CD-Module wird mit dem im 80C592 vorhandenen PWM 5
Ausgängen, ein der Spannung entsprechende Pulsweite ausgegeben. Mit der Angeschlossenen Hardware wird eine entsprechende Ausgangs Spannung z.b. 14V und 5V bereitgestellt. Diese eingestellte Spannung wird mit 2 von 8 zur Verfügung stehenden 12 Bit AD Wandlern geprüft. Befindet sich die eingestellte Spannung nicht in einem vom Leitrechner definierten Bereich,z.B. Kurzschluß oder Überspannung, wird die Versorgung ausgeschaltet und dieser Fehler an den Leitrechner gemeldet. Zusammenfassung Der Einsatz von LabVIEW/CAN-Bus in Verbindung mit der geeigneten Hardware trägt zu einer deutlichen Kostenreduzierung bei. Diese wird erreicht durch schnellere Programm-entwicklungszeiten und geringeren Aufwand bei der Anlagenelektrik. Vergleichbare Prüfstationen herkömmlicher Bauart (eine Steuer/Überwachungseinheit pro CD-Modul) sind um den Faktor 3 teurer. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung ist die hohe Wiederverwertbarkeit für zukünftige Produkte und Anwendungen. Das Gesamtkonzept bietet eine hohe Flexibilität und ermöglicht zugleich eine hohe Produktionskapazität. 6