Reluktanzmotor

Zuarbeiten zum Reluktanzmotor …

Frequenzmesser

• *IDN? = Identifikation
• :MEASure:FREQuency:[0..9]? oder :MEASure:[0..9]:FREQuency? oder einfach [0..9]? fragt die aktuelle Pulsfrequenz am Eingang 0..9 ab (= Durchfluss in cm³/s)
• :MEASure:FREQuency:ALL? fragt alle Frequenzen ab
• S[0..9]? fragt den Gesamtzählerstand ab (= Wassermenge in cm³)

Speicherung der Gesamtzählerstände im EEPROM wie bei einer Wasseruhr, alle 1 Minute.

Man hätte hier auch ganz gut eine PIC16F1459 nehmen können, da habe ich nicht schnell genug geschaltet. Wäre deutlich billiger.

CAD-Daten der neuen Seitenbleche des Euro2-Gehäuses. Die verwendeten M3-Stehbolzen sind 2× 24,6 mm und 4× 12 mm lang. 10 Eingänge wurden nunmehr vorgesehen, einer als Reserve. Verwendet wurden dreipolige Steckschraubklemmen für jeden einzelnen Zähler:

• 10× Wannenstecker AKL230-03
• 10× Schraubklemme AKL249-03

… sowie 2 Lochrasterplatinen H25PS160, lag alles herum bzw. wurde gebraucht wiederverwendet.

Die Firmware in C++. Ganz einfach.

Am noch freien Eingang ließe sich eine Kette aus DS18B20 digitalen Temperatursensoren anschließen, was das Kabelwirrwarr (zum benachbarten Yokogawa-Gerät) deutlich reduzieren würde. Wo bleibt bloß der Auftrag?

MultiMessung

Mit heißer Nadel gestricktes LabVIEW-Programm zum Messen mit 2 Yokogawa-Geräten MW100 (Vielstellen-Messgerät v.a. für Temperaturen) sowie WT1800 (Energie- und Motoranalysegerät). Zum Archiv. Nicht zur Nachahmung geeignet; unklare Referenzen auf Yokogawa-VIs, die geändert wurden.

CT-Umrichter-Anschluss

Im Nachbar-Schaltschrank ist der originale USB-zu-RS422-Adapter (angeblich) kaputt. Kurzerhand wurde die alte Idee mit dem China-Konverter aufgegriffen und hat prompt funktioniert. Sogar mit dem Closed-Source-Programm „ServoCommander“. Nunmehr liegt der Original-Adapter geöffnet auf dem Tisch. Ungefähr das hier.

Das Gerät versorgt seine opto-isolierte Seite vom CT-Umrichter „von hinten“. Eine mögliche Fehlerursache wäre der Ausfall jener Versorgungsspannung. Auch die Richtungsumschaltung des RS485-Transceivers erfolgt „von hinten“, vom Umrichter, nicht wie sonst üblich von der USB-Seite.

230123: An einem der beiden Exemplare Stecker abgeschnitten und neuen RJ45-Stecker angepresst für „Invertek Optidrive Eco“, siehe Bedienungsanleitung Revision 3.03 Seite 51.

IC-Bestückung:

• FT232BL (USB-zu-UART-Konverter von FTDI)
• 93C46 (1 KBit serieller EEPROM, hält für den FT232BL USB-Deskriptordaten vor)
• 2× HCNW4503 (Optokoppler mit IR-Diode und nachgeschaltetem Transistor)
• LM293 (Doppel-Komparator in rätselhafter Außenbeschaltung: Voodoo-Scheiß? Nein! Falschbestückung! Da muss ein 78L05 hin! Daher auch die Kühlfläche, im Foto oben rechts.)
• MAX3089 (RS422/RS485-Leitungstreiber und -Empfänger 10 MBit/s)

Zum Thema RS485 siehe auch da mit LabVIEW.

Übergabe

Nachdem dieses DFG-Projekt Mai 2019 mit Pauken und Trompeten durchgefallen war (wohlgemerkt, als einziges im Projektverbund, das einzige was nicht vom Maschinenbau kommt), fällt die Finanzierung weg und nun ist's teurer Schrott, an dem man (wer will) noch forschen kann.

Übergabe an mich Ende Juni. Dazu die folgenden handgekritzelten Notizen („Feldbuch“):

In Textform:

Kühlung erforderlich, schießt manchmal Sicherung ab. Doppelkühlung. Dort Vorlauftemperatur einstellen mittels ESC + ▲▼ am Display. Kühlung: René, Motor: Maximilian. Vorlaufdruck an Pumpe einstellen. Füllstand ≥ 500 mm sicherstellen. Innen Primärkreislaufregulierung; Durchflusssensor sekundär — dieser steuert die Störungs-LED. Stromversorgung der gesamten Einheit zurzeit vom Hauptschalter Roßwein-Schaltschrank.

• Wackelkontakt im Türbereich, Kreis 1 lässt sich nicht einschalten
• Pumpendruck nicht wirklich einstellbar, Frequenzumrichter in Ordnung aber faktisch außer Gefecht
• Murksige Bedienung, Entweder-Oder-Kreislauf. (Das ist teurer Quatsch mit Soße!!)
• Vorlauf nicht heizbar

Flansch für Drehlagegeber

Wärmetauscher

Das zugehörige Kühlaggregat hat folgende Sensoren und Funktionen:

• 2× Wärmetauscher mit Zentralkälte (keine Doku)
• 2 Stellventile (praktisch ein Gleichspannungs-Servo: Analog-Ein- und -Ausgang 0..10 V; Doku vorhanden)
• 2 Flüssigkeitsbehälter, schätzungsweise 20 l, mit analogem Füllstandssensor (ohne Doku)
• 2 Pumpen mit Frequenzumrichter und zugehörigem Drucksensor (Doku nur für Verbund)
• 2 Temperaturfühler Pt100 im Vorlauf
• 2 Strömungsmesser + -wächter (Analoganzeige, Digitalausgang; Doku vorhanden)
• 1 Siemens-Logo-Steuerung und 1 gemeinsame Fehleranzeige (keine Doku, kein Quelltext, nur Verdrahtungsplan) Es konnte nicht teuer genug werden, und das Logo-System hat folgende Bestandteile:
  • Basismodul mit 8 (?) digitalen Eingängen und 4 Schaltausgängen, für die Pumpen und Betriebs-LEDs
  • Anzeige und Tastenfeld
  • Erweiterung: 2 Schaltausgänge, nur für die 1 Fehler-LED
  • Erweiterung: 2× Pt100 in Dreileiteranschluss für die Isttemperaturmessung
  • Erweiterung: 2× analoger Ausgang für die Gleichspannungs-Servos
  • Stromversorgung

Das Gerät wurde irrsinnigerweise so konstruiert, dass sich nur einer der beiden Kühlkreisläufe verwenden lässt. Jedoch kann durch Ersetzen des Umschalters durch 2 getrennte Schalter („Serienschalter“) jeder der beiden Kreisläufe getrennt in Betrieb genommen werden. Im Fehlerfall leuchtet die Fehler-LED auf, und der ungestörte Kreis läuft weiter. Erst (und nur) bei Quittieren des Fehlers macht der ungestörte Kreis einen kurzen Stopp (2 s).

Software für Delfino-Launchpad

Entwicklungsboard mit TMS320F28379D. Ausgangspunkt: Code Composer Studio 8, controlSuite, positionManager-SDK, motorControl-SDK, Beispielprojekt „IDDK_PM_Servo_F2837x-v2“.

Beim Laden des Beispiels stellte sich heraus, dass darin relative Pfade zum controlSuite gespeichert sind, die einen Rechnerumzug mit nur leicht anderen Pfaden das Bauen unmöglich macht. Diese relativen (mit viel ..\..\..\..) Pfade muss man erst mal durch 'was vernünftiges ersetzen. (Unter Project→Properties→Resource→Linked Resources→Path Variables habe ich eine Variable „CS“ generiert, welche als Wurzel für die controlSuite-Unterverzeichnisse dient.) Man sieht die Wurzel zu controlSuite in der Datei .project Zeile 92. Änderbar unter Projekt→Einstellungen→Erweitert→Variablen→Globale Variablen.

Die Stromwerte kommen von ΔΣ-Modulatoren AMC1204, die Takt benötigen und den ΔΣ-Datenstrom ausspucken. Zunächst wurde vom Bearbeiter ein externes ΔΣ-Dezimierungsfilter eingesetzt, um mit einem SPI-Interface gleich 4 Stromwandler zu betreiben. Die 20 MHz aus einem Quarzoszillator zu beziehen erwies sich als Murks, weil dieser stark störte und zudem asynchron läuft. Die 20 MHz mit Tastverhältnis 1:1 aus einem 200-MHz-Mikrocontroller per PWM zu erzeugen erwies sich aber auch als trickreich!!

Für den Quadraturenkoder hat das Delfino-Board bereits zwei gesonderte fünfpolige Pfosten-Anschlüsse mit eingebautem Pegelkonverter. Diese Eingänge sind an zwei eQEP-Eingänge des Mikrocontrollers verdrahtet. Die eQEP-Module können hohe Frequenzen in Hardware verarbeiten (= zählen und nullsetzen), aber analogfähig zwecks Interpolation sind sie nicht. Typischerweise hat ein Enkoder mehr als 1000 Striche pro Umlauf und ist somit sehr präzise: Viermal die Strichzahl ist die erreichbare Auflösung.
Zum Erfassen des Drehwinkels beim Einschalten wird ein zusätzlicher Lagegeber (Sinus-Kosinus-Geber) benötigt, der typischerweise an 2 Analogeingängen (A/D-Wandlern) ausgelesen und von einem D/A-Wandler mit einem Sinussignal erregt wird. Ein einfacher Operationsverstärker als Spannungsfolger dient dem Treiben der Erregerwicklung, falls der Mikrocontroller-Ausgang nicht selbst stromergiebig genug ist.
Die Analogmasse wird zweckmäßigerweise auf die halbe Referenzspannung(!) gelegt. Beim Delfino-Board sind das 1,5 V. Damit sind alle Analogfunktionen mittensymmetrisch. Die Bereitstellung der positiven und negativen Analogbetriebsspannung von typischerweise ±15 V erfolgt entweder (schaltflankenfrei) durch eine gesonderte Trafowicklung oder mit einem isolierten DC/DC-Wandler. (Die Dinger heißen dann meist 0515D.) So fließt kein Strom durch den Sternpunkt.
Ärgerlicherweise ist die Referenzspannung am Delfino-Board nirgends herausgeführt, so dass eine ratiometrische Bereitstellung der Analogmasse nicht möglich ist. Oder man lötet einen Draht an.

Ausgehend vom haarsträubenden Quelltext habe ich zunächst Struktur hineingebracht (#define zu const int usw. und dann das Ganze in mehrere Dateien aufzuteilen, nach Möglichkeit in solche mit weniger als 1000 Zeilen. Gleichzeitig wurde versucht, etwas C++ zur Strukturierung einzubauen, die Header von controlSuite machen das aber nahezu unmöglich, weil dort kuriose Datenreferenzen der Art extern struct{float blabla;}nirgendwo; eingebettet sind. Gruselig. Man muss die Daten selbst deklarieren, kann aber keine Zeiger darauf übergeben.

So sieht's aus. Es geht nun mittlerweile auch vom Flash. Da die Header von controlSuite einiges in die Sektion ramfuncs stecken, das moderne __attribute__((ramfunc)) aber nach .TI.ramfunc muss man im Linkerskript Zeile 81 beides zusammenwerfen. Mittlerweise gibt es nur noch .TI.ramfunc.

Huch! wsnprintf(s,n,L"%f",floatzahl) stürzt ab! Also blieb mir nichts anderes übrig als printf() neu zu schreiben. Schönen Dank!!

Des Rätsels Lösung war schließlich zu wenig Stack, aber nun habe ich ein eigenes printf()-Gerüst

• Sehr kleine, Stack sparende Implementierung
• Unicode-fähig, wandelt UTF-16 (nur BMP0) bei Ausgabe auf serielle Schnittstelle in UTF-8
• Dezimalkomma statt Punkt bei Angabe von "," statt "." im Formatstring
• Festkomma bei "%i", "%d", "%u", "%x", "%X" und "%b", Beispiel: printf("%,1i °C",255); ergibt 25,5␣°C
• Inf/NaN bei "%f" aber auch bei "%j" == Festkomma mit 0x8000 == NaN und ±0x7FFF == ±Inf, Beispiel: printf("%,1j V",-32768); ergibt NaN␣V
• Zifferngruppierung mit "`": Vierer bei "%x" und "%b", sonst Dreiergruppen, Beispiel: printf("%`12u Bytes",12345678UL); ergibt ␣␣12`345`678␣Bytes
• Vorzeichenunterdrückung bei Ausgabe von 0 (Minus bei "%f", Plus bei Plus-Flag), Beispiel: printf("%+i",0); ergibt 0 (nicht +0)

Das Linkerskript wirft Kode und Daten in folgende Bereiche (beispielhaft):

• .reset = 3F FFC0 L 2
• codestart = 0 L 2
• .stack = 400 L 380 (zu wenig für printf() aus der Laufzeitbibliothek)
• .ebss = B000 L D3E
• .econst = BD3E L 1CA
• .text.1 = 18D L 1
• .text.2 = 198 L 268 (u. a. MotorControl)
• .text.3 = 8000 L 1E6A (< 8 KWord)

Der schwierige Akt der Pinzuweisung ist auf einer gesonderten, interaktiven Seite. Eigentlich hätte TI das machen sollen.

BP6A-Ersatz

Eine Ersatzplatine mit den DC/DC-Wandlern und Optokopplern zur IGBT-Modul-Ansteuerung. Ungefähr wie das Original von Powerex und mit etwas gängigeren Ersatzbauelementen.

Platinendatei für die Produktion: doppelseitig, 1,6 mm dick, keine besonderen Ansprüche, Bestückungsdruck (tPlace, tNames, evtl. tValues) optional.

Materialbestellung: Die DC/DC-Wandler und die PSK-Steckverbinder mussten noch beschafft werden, alles andere war vorrätig.

Erfahrungsbericht: Die Löcher für die PSK-Stecker sind elend klein. Hier korrigiert. Die Löcher für die Führungsnasen sind (in der Bibliothek) zu eng, Schusselfehler. Hier korrigiert. Für die DC/DC-Wandler sind Vorbelastungswiderstände zweckmäßig, sonst läuft deren Ausgangsspannung auf über 20 V hoch. 10 kΩ genügen. Hier korrigiert. Vielleicht mit einer LED pro Ausgang? Für die Elkos 39 µF ist der Platz neben den DC/DC-Wandlern ziemlich knapp. Nicht korrigiert. Eine Platine wurde prompt verkehrtherum mit 24 V versorgt, 1 DC/DC-Wandler ging kaputt. Einer Verpolschutzdiode in Reihe würde nicht negativ auffallen. Nicht korrigiert.

TODO: Für die Signalzuführung über lange Strecken (> 1 m) bieten sich Netzwerkkabel an. Um für jedes der 6 schnellen Signale eine Verdrillung mit einer Masseleitung zu haben, braucht man zwei. Um für jedes Signal einen Schirm zu haben, braucht man Cat.6. Die dafür zweckmäßigen RJ45-Buchsen müssten zweckmäßigerweise mit auf die Platine, auf die rechte Seite. Für die 24 V wäre ein alternativer Schraubklemmstecker vorteilhaft, ebenfalls auf die rechte Seite. Durch eine alternative Bestückung mit DC/DC-Wandlern mit geringerer Primärspannung käme man von der lästigen 24-V-Versorgung los und kann alles mit 5 V bauen.

Win32-Ersatz für dSPACE Control Desk

Wieder mal eine Software, die ich nicht kenne, und äußerlich so ähnlich wie LabVIEW aussieht. Wenn es um freie Implementierung geht, ist Control Desk genauso wie LabVIEW ein Klotz am Bein. Vermutlich gibt es auch noch Lizenzierungsprobleme. Daher der Nachbau als Win32-Programm. Dreh- und Angelpunkt ist die grafische Anzeige in XY-Diagrammen, für die es leider kein Win32-Dialogelement gibt.

Aktueller Entwicklungsstand. Entwickelt wird nun doch wieder im guten alten MSVC6, weil es als k.-o.-Kriterium eine funktionierende Offlinehilfe hat. Entwickelt in C++ sowie mittels eigener Fensterklassen.

WebUSB-Ersatz für dSPACE Control Desk

Da die Win32-Software im Sande verlaufen ist und nicht cool ist (man möchte den Motor ja auf 'nem Smartfon überwachen!) wäre die Ausgabe der Motordaten über USB nicht schlecht. Leider hat der Delfino keinen USB-Anschluss; der Controller jedoch schon. Dazu muss man die serielle Schnittstelle totlegen und auf eine USB-Buchse umleiten. Das USB-Beispiel Nummer 2 (HID-Maus) geladen geht so einfach natürlich nicht: Man muss die Quarzfrequenz von 10 MHz an 2 Stellen eintragen, da das Beispiel von der ControlCard (20 MHz) und nicht vom LaunchPad (10 MHz) ausgeht: Einmal für den Prozessortakt (unwichtig) und einmal für den AUX-Takt (wichtig). Und dann das Beispiel im Debugger laufen lassen, nicht absteppen.