Ut med intelligensen, in med noddatorn dokumentation från Träteks nordiska seminarium 1990-12-10

9011063

Dokumentation från Träteks

nordiska seminarium

Ut med intelligensen,

in med noddatorn!

1990-12-10

Trätek

I N S T I T U T E T FÖR T R Ä T E K N I S K F O R S K N I N G

Dokumentation från Träteks nordiska seminarium Ut med intelligensen, in med noddatom! 1990-12-10 TräteknikCentrum, Rapport P 9011063 Nyckelord CAN-communication

distributed real time processing harvesting

process control

I n n e h å l l s f ö r t e c k n i n g :

1 Ut med i n t e l l i g e n s e n , i n med n o d d a t o r n ! ( R i c h a r d Uusijärvi, Trätek) (2 s i d )

NODDATOR-konceptet:

2 Varför d i s t r i b u e r a t ? ( R i c h a r d Uusijärvi, Trätek) (2 s i d ) 3 N o d d a t o r s y s t e m ( A n d e r s L u n d q v i s t , M e c e l Göteborg AB) (1 s i d ) 4 F r a m t i d a byggsätt ( S t e n Hellström, S a a b - S c a n i a C o m b i t e c h AB) (6 s i d ) 5 C A N - C o n t r o l l e r A r e a N e t w o r k ( L e i f P e r s s o n , I n t e l Sweden AB) (9 s i d ) 6 P r o v r i g g - h y d r a u l b o m BUT 35 (Torbjörn S u n d q u i s t , A t l a s C o p c o MCT AB) (6 s i d ) 7 P r o v r i g g - n o d d a t o r i m p l e m e n t e r i n g ( B j a r n e T h o l u n d J a c o b s e n , A-S E l b a u ) (8 s i d ) 8 D i s t r i b u e r a d r e g l e r t e k n i k ( J a n W i k a n d e r , DAMEK - i n s t för M a s k i n e l e m e n t , KTH) (7 s i d ) 9 M i k r o p r o c e s s o r s t y r i n g e r i s i k k e r h e d s k r i t i s k e a n v e n d e l s e r ( S ^ r e n P. P e t e r s e n , E l e k t r o n i k c e n t r a l e n ) (11 s i d ) 10 F r a m t i d e n s m o b i l a h y d r a u l i k s y s t e m k r a v o c h lösningar ( J a n -Ove P a l m b e r g , i n s t för h y d r a u l i k o c h p n e u m a t i k L i T H ) (9 s i d ) 11 e l e v e r c y l i n d e r e l e c t r o n i c s ( M a t t i Lahdenperä, V T T e l e k t r o -n i k l a b o r a t o r i u m ) (8 s i d )

12 M a s k i n s t y r n i n g med nätverk ( L a r s - B e r n o F r e d r i k s s o n , KVÄSER AB) (25 s i d )

13 E l e k t r o n i k g e r b ä t t r e e l s y s t e m i f o r d o n (Magnus J o h a n c j o n , AB T h o r e b ) (11 s i d )

1-1

ut med i n t e l l i g e n s e n i n med n o d d a t o r n ' .

B a k g r u n d D a t o r e r o c h s t y r e 1 e k t r o n i k för e f f e k t e r r u n t 100 W a t t h a r b l i v i t så små o c h prisvärda a t t d e t numer i n t e f i n n a s mänga h i n d e r k v a r i n n a n p r o d u k t e r med h e l t i n t e g r e r a d e l e k t r o n i k o c h m e k a n i k slår i g e n o m i f u l l s k a l a .

De s e n a s t e åren h a r d e s s u t o m t e k n i k som möjliggör e f f e k t i v o c h säker k o m m u n i k a t i o n på tvåtråd m e l l a n o l i k a d a t o r e r b l i v i t tillgänglig på m a r k n a d e n .

Med d e o v a n nämnda b y g g s t e n a r n a k a n h e l t n y a d i s t r i b u e r a d e s t y r s y s t e m b l i v e r k l i g h e t . För stationärt b r u k f i n n s r e d a n beprövade lösningar i b e f i n t l i g a tillämpningar men för m o b i l t b r u k h a r ännu b a r a e n b ö r j a n börjat s k y m t a , b l a p å v i s s a e x k l u s i v a p e r s o n b i l a r .

NODDATOR är e t t n o r d i s k t s a m a r b e t s p r o j e k t f i n a n s i e r a t a v N o r d i s k

I n d u s t r i f o n d , S a m a r b e t s n ä m n d e n för N o r d i s k S k o g s f o r s k n i n g v i a N o r d i s k a S k o g s a r b e t s s t u d i e r n a s Råd s a m t d e l t a g a n d e företagen A-S E l b a u , S a a b - S c a n i a C o m b i t e c h AB, A t l a s C o p c o MCT AB,

D a n f o s s A/S, M o n s u n T i s o n AB, B a h c o H y d r a u t o AB, o c h f o r s k n i n g s i n s t i t u t i o n e r n a M e t s ä t e h o , S L U - S k o g s t e k n i k , F o r s k n i n g s s t i f t e l s e n S k o g s a r b e t e n , N I S K , S k o v t e k n i s k I n s t i t u t s a m t Trätek. P r o j e k t e t h a r pågått s e d a n 1 9 8 8 o c h h i t t i l l s u p p a r b e t a t r u n t 10 MSEK i a r b e t e t a t t t a f r a m e n s p e c i f i k a t i o n för k o m p o n e n t e r i e t t d i s t r i b u e r a t r e a l t i d s s y s t e m s a m t p r o v a o c h utvärdera k o n c e p t e t som a v s e r r e v o l u t i o n e r a t e k n i k e n inom många o m r å d e n , b l a n d atnnat för s k o g s b r u k e t o c h g r u v i n d u s t r i n .

Varför Fördelarna med d i s t r i b u e r a d s t y r n i n g är främst förenklad

l e d n i n g s d r a g n i n g (både för e l o c h h y d r a u l o l j a ) s a m t e n k l a r e felsökning o c h r e p a r a t i o n . T e k n i k e n möjliggör också höjd a u t o m a t i o n s g r a d o c h på s i k t även n y a mask in1ösningar som med n u v a r a n d e t e k n i k i n t e är e k o n o m i s k t möjlig - som t e x gående mask i n e r . För a t t t e k n i k e n s k a l l k u n n a införas på e t t r a t i o n e l l t sätt krävs a t t p r o d u k t e r b a s e r a d e på d i s t r i b u e r a d s t y r n i n g s k a l l k u n n a k o p p l a s i h o p i s a m v e r k a n d e nät med u t r u s t n i n g från o 1 i k a k o m p o n e n t leverantörer. Den h u v u d s a k l i g a u p p g i f t e n för p r o j e k t e t h a r därför v a r i t a t t t a f r a m e n s p e c i f i k a t i o n för h u r n o d d a t o r e r i e t t s y s t e m s k a l l k u n n a k o p p l a s samman med a n d r a n o d d a t o r e r på e t t sådant sätt a t t k o n c e p t e t i n t e låser d e n f r a m t i d a användningen a v

t e k n i k e n .

En a n n a n u p p g i f t h a r v a r i t a t t b i d r a t i l l e n u t v e c k l i n g som l e d e r t i l l a t t t i l l v e r k a r e a v både k o m p o n e n t e r o c h m a s k i n e r för d i s t r i b u e r a d s t y r n i n g får tillgång t i l l k o m p o n e n t e r o c h s y s t e m t i l l e t t sådant p r i s som gör d e t a t t r a k t i v t a t t välja n o d d a t o r k o n c e p t e t för d e n e g n a t e k n i k i m p I e m e n t a t i o n e n . T e k n i k e n K o m p o n e n t e n - n o d d a t o r n - är e n k o m p l e t t d a t o r försedd med s e r i e l l k a n a l , b a s e r a d på CAN ( C o n t r o l l e r A r e a N e t w o r k ) , a v s e d d a t t k o p p l a s i h o p i e t t nät a v s a m v e r k a n d e n o d d a t o r e r . en I e t t n o d d a t o r s y s t e m s k e r s a m v e r k a n genom e n m j u k v a r a som m e d g e r a t t d e ingående f u n k t i o n e r n a s tillstånd r e p r e s e n t e r a s i e n g l o b a l d a t a b a s tillgänglig i v a r j e n o d . u p p d a t e r a s så o f t a a t t v a r j e n o d , i n o m r a m e n Da t a b a s e n för

tillämp-1-2

_{n i n g a r med h y d r a u l i k o c h m a x i m a l t c a 30 n o d e r p e r s y s t e m , på}

e t t e f f e k t i v t sätt s k a l l k u n n a s a m v e r k a med d e övriga n o d e r n a även för s y s t e m med högt ställda k r a v pä s n a b b h e t o c h

e x a k t h e t . Nu E t t n i o n o d e r s s y s t e m h a r k o p p l a t s u p p på e n A t l a s C o p c o b o r r b o m på e t t sådant sätt a t t e n n o d s v a r a r m o t e n h y d r a u 1 f u n k t i o n . Som e x e m p e l s v a r a r e n n o d för a t t s t y r a u t s k j u t e t som i d e t t a f a l l u t g ö r s a v e n h y d r a u l e y 1 i n d e r e n a n n a n n o d s v a r a r för r o t a t i o n a v b o r r m a s k i n e n som utgörs a v e n h y d r a u I m o t o r . T o t a l t f i n n s s e x h y d r a u 1 n o d e r . Manövreringen s k e r v i a två s p a k a r med v a r d e r a två f r i h e t s -g r a d e r s a m t f u n k t i o n s o m k o p p l a r e . För s p a k a r n a används två n o d e r . D e s s u t o m f i n n s e n s e r v i c e / d i a g n o s t i k / p r e s e n t a t i o n s n o d i n k o p p l a d i s y s t e m e t t i l l v i l k e n e n t e r m i na 1 / P C - d a t o r k a n a n s l u t a s . I dagsläget h a r e n b a r t d e n l o g i s k a d i s t r i b u t i o n e n i m p l e m e n t e r a t s . F y s i s k t är n o d d a t o r e r n a a n s l u t n a t i l l h y d r a u 1 v e n t i I b l o c k e t v i d k r a n p e l a r e n s b a s .

Den utvärdering a v n o d d a t o r k o n c e p t e t som f n u t f ö r s h a r

h i t t i l l s i n t e v i s a t på f a l l som motsäger a n s a t s e n v a d gäller d e t 9 n o d e r s s y s t e m som i m p l e m e n t e r a t s . De y t t e r l i g a r e e r f a r e n h e t e r som görs v i d p r o v n i n g a r n a kommer a t t p r e s e n t e r a s o c h d i s k u t e r a s på s e m i n a r i e t . S n a r t På g r u n d a v s i n k o m p a k t a u p p b y g g n a d kommer e n hög i n t e g r e r a d n o d d a t o r , b a s e r a d på b o n d a d e " n a k n a " c h i p s på k i s e l e l l e r a n n a n b ä r a r e , a t t k u n n a i n t e g r e r a s d i r e k t i d e n m e k a n i k som s t y r s , t ex h y d r a u 1 v e n t i l e r e l l e r " i n t e l l i g e n t a " a r b e t s d o n som h y d r a u 1 i k / p n e u m a t i k - c y 1 i n d r a r o c h p u m p a r / m o t o r e r . D e t t a får t i l l följd d e l s a t t k o m p o n e n t e r n a b l i r mi 1jötå 1 i g a r e d e l s a t t d i m e n s i o n e r n a t o t a l t h å l l s n e r e , v i l k e t i s i n t u r g e r u p p h o v t i l l lättare, e n k l a r e o c h r e n a r e k o n s t r u k t i o n e r . I e t t fullständigt d i s t r i b u e r a t s y s t e m är n o d d a t o r e r n a u t -l o k a -l i s e r a d e t i -l -l d e p -l a t s e r där röre-lser g e n e r e r a s - e n h y d r a u l e y 1 i n d e r e l l e r e n m o t o r . D e t b l i r då m ö j l i g t a t t även förenkla l e d n i n g s d r a g n i n g e n a v s e v ä r t . Genom d e n m a s s i v a s a t s n i n g e n o c h d e n s t o r a b r e d d e n i p r o j e k t e t b l i r d e t möjligt a t t framställa hög i n t e g r e r a d e n o d d a t o r e r , p g a m y c k e t s t o r a s e r i e r , t i l l e n k o s t n a d r u n t EOO SEK.

I d a g Föredragen o c h d e m o n s t r a t i o n e r n a b l i r , utgår j a g ifrån, både e n g a g e r a n d e o c h t a n k e v ä c k a n d e . Och för d e a v e r som förr i n t e r i k t i g t h a d e g r e p p e t d e n t e k n i k o c h d e lösningar som p r e s e n t e r a s i d a g , är j a g d e s s u t o m övertygad om a t t d a g e n s s e m i n a r i u m får e r a t t öppna ögonen o c h börja skönja d e n y a s p ä n n a n -de tekniklösningar som väntar bakom h ö r n e t .

Välkommen t i 1 1^ s ^ > n a r i e t

/ c

R i c h a r d Uusijärvi p r o j e k t k o o r d i n a t o r

Varför d i s t r i b u e r a t ?

V i l k a idéer o c h föreställningar h a r l e g a t bakom a r b e t e t a t t genomföra p r o j e k t NODDATOR? Och varför s e r r e s u l t a t e t u t som d e t gör?

D e s s a o c h e n d e l följdfrågor r e d s u t n e d a n , me?"> först e n k o r t d e f i n i -t i o n på v a d e n n o d d a -t o r är o c h däref-ter e n s a m m a n f a -t -t n i n g a v föru-t- förut-sättningarna för p r o j e k t e t s g e n o m f ö r a n d e . D e f i n i t i o n : En n o d d a t o r är e n k o m p l e t t d a t o r , d v s med c e n t r a l e n h e t ( C P U ) , m i n n e o c h i n - o c h u t e n h e t e r . En a v i n - / u t e n h e t e r n a är e n s e r i e l l k o m m u n i k a t i o n s k a n a l , e n är s t r ö m v e n t i l e n t i l l h y d r a u l v e n t i 1 -m a g n e t e r n a . N o d d a t o r n är k o n s t r u e r a d -med t a n k e p a a t t tåla a t t s i t t a m o n t e r a d i h ä n d e l s e r n a s c e n t r u m , t e x i e n h y d r a u 1 v e n t i 1 d i r e k t a n s l u t e n t i l l e n l y f t c y l i n d e r pä e n m o b i l k r a n . N o d d a t o r n v e r k a r genom a t t d i r e k t r e g l e r a strömmen t i l l a n s l u t n a h y d r a u 1 v e n t i l e r v i a s i g n a l e r d e l s frän s p a k a r , m a n ö v e r d o n o c h pumpar d e l s frän a n d r a h y d r a u 1 v e n t i 1 e r . S i n u p p g i f t sköter d e n säledes i s a m v e r k a n med övriga k o m p o n e n t e r i e t t h y d r a u l s y s t e m o c h s a m v e r k a n s k e r v i a tväträdskommun i k a t i o n , mer om d e t längre f r a m .

F ö r u t s ä t t n i n g a r n a för p r o j e k t e t v a r i första h a n d a t t e t t r e e l l t b e h o v

av n y t e k n i k , i f o r m n o d d a t o r e r , e x i s t e r a d e e l l e r åtminstone k u n d e troliggöras. Självfallet krävdes d e s s u t o m b l a k o m p o n e n t e r , v i s s

t e k n i k m o g n a d o c h e n g o d p r o g n o s b e t r ä f f a n d e m a r k n a d e n för d e n y a p r o -duk t e r n a .

B e h o v e t a v d e n n y a t e k n i k e n h a r t r o l i g e n v a r i t a v två s l a g : a. För a t t b ä t t r e k u n n a lösa v i s s a t e k n i s k a p r o b l e m .

b. För a t t även i f r a m t i d e n k u n n a k o n k u r r e r a med s i n a p r o d u k t e r . Om man här b o r t s e r från p u n k t b . v i l k a är då d e p r o b l e m man förväntar

s i g a t t k u n n a lösa b ä t t r e ? Och varför måste man i så f a l l välja e n så obeprövad t e k n i k som a t t ersätta m e k a n i k med d i s t r i b u e r a d e l e k t r o n i k . För a t t k u n n a s v a r a på frågan Varför d i s t r i b u e r a t ? s t ä l l d e s , e f t e r e n l i v l i g d i s k u s s i o n , v i d s e n a s t e NODDATOR styrgruppsmötet e t t a n t a l u t -t a l a n d e n om n o d d a -t o r s y s -t e m jämför-t med c e n -t r a 1 s -t y r d a s y s -t e m u p p : •* Löser e n k o m p l e x f u n k t i o n på e t t e n k l a r e sätt * S y s t e m u t b y g g n a d / v a r i a n t h a n t e r i n g förenklas * E l e k t r o n i s k k o m p e n s e r i n g möjlig > e n k l a r e h y d r a u l i k s y s t e m * Större b a n d b r e d d > högre p r e s t a n d a B a s e r a d på b i l l i g a s t a n d a r d b l o c k * S t a n d a r d s n i t t för o l i k a leverantörer > e n k l a r e för s y s t e m -b y g g a r e * e n k l a r e man/mask i n - i n t e r f a c e

* högre tillförlitlighet > högre tillgänglighet * lättare felsökning

* m i n d r e stör käns1 i g h e t (EMC) * b ä t t r e servicevänlighet

Jag s k a l l här försöka g e e n k o r t r e s u m é om s y n p u n k t e r som kom f r a m v i d d i s k u s s i o n e n o c h v i s s a mer p r i v a t a f u n d e r i n g a r .

2-2

Av ovannämnda u t t a l a n d e n k u n d e fullständig e n i g h e t b l a n d s t y r g r u p p e n s medlemmar näs e n d a s t för p u n k t e r n a b a s e r a d pä b i l l i g a s t a n d a r d b l o c k o c h m i n d r e störkänslighet. De f l e s t a ansåg d o c k a t t d e t s y s t e m med c e n t r a l d a t o r som jämförelsen g j o r d e s med i n t e v a r r e a l i s t i s k t i n y k o n s t r u k t i o n e r främst p g a d e s s höga t e k n i s k a k o m p l e x i t e t o c h p g a f a k t u m e t a t t h ä r d v a r u k o n s t r u k t i o n e n v a r e n o g e n e r e l l k o m p o n e n t som o f t a s a k n a d e t o t a l a n s v a r i g leverantör. V i d k o n s t r u k t i o n a v k o m p l e x a s t y r s y s t e m , t ex d e t t i l l p o s i t i o n e r i n g av b o r r b o m m a r på A t l a s C o p c o s b o r r a g g r e g a t , krävs e n m y c k e t s p e c i e l l h å r d v a r a . D e t t a gäller t ex beträffande r a c k s y s t e m , a n t a l o c h t y p a v k o r t , a n t a l o c h t y p a v k o n t a k t d o n s a m t t y p e r o c h d i m e n s i o n e r a v k a b l a r o c h s l a n g a r . För o l i k a m a s k i n t y p e r är förutsättningarna m y c k e t o l i k a . Jämför t e x d e m i n d r e a g g r e g a t e n med e n e l l e r två b o r r a r m a r med d e större med f y r a a r m a r o c h tvä l a d d k o r g a r . För a t t m o d i f i e r a s t y r s y s t e m e n t i l l a t t p a s s a en n y t y p a v b o r r i g g krävs så o m f a t t a n d e m o d i f i e r i n g a r a t t d e t o f t a s t b l i r frågan om a t t införa e n h e l t n y h å r d v a r a , där få e l l e r i n g a d e l a r a v d e n t i d i g a r e u t v e c k l a d e hårdvaran d i r e k t k a n a n v ä n d a s .

Med n o d d a t o r t e k n i k f u l l t genomförd k a n s a m t l i g hårdvara e r s ä t t a s a v n o d d a t o r b e s t y c k a d e i n t e l l i g e n t a c y l i n d r a r o c h m o t o r e r . För a t t k o p p l a upp s y s t e m e t b e h ö v s e n d a s t b u s s l e d n i n g a r för k o m m u n i k a t i o n o c h m a t -ningsspänning m e l l a n s a m t l i g a a k t u a t o r e r o c h manöverdon d v s n o d e r n a . Då även m j u k v a r a n i e t t n o d d a t o r s y s t e m är m o d u l u p p b y g g d , krävs e n d a s t a p p l i k a t i o n s p r o g r a m som b e s k r i v e r h u r d e n t i l l n o d e n a n s l u t n a a k t u a -t o r n e l l e r g i v a r e n s k a l l f u n g e r a , övrig p r o g r a m v a r a i n o d e r n a är d e n g e n e r e l l a p r o g r a m v a r a n som a p p l i k a t i o n s p r o g r a m m e n u t n y t t j a r .

Således s k u l l e b e s p a r i n g a r beträffande v a r i a n t e r a t t lagerhålla i n t e e n b a r t göras på h å r d v a r u s i d a n , u t a n även v a d gäller m j u k v a r a n .

Vad beträffar både s k o g s m a s k i n e r o c h g r u v m a s k i n e r utgör de många h y d r a u I s 1 ängarna r e s p e k t i v e d e r e l a t i v t s e t t s t o r a kabelhärvorna p r o b l e m . P r o b l e m d e l s v i d k o n s t r u k t i o n o c h m o n t e r i n g d e l s som p o t e n t i -e l l f-elkälla g-enom s i n u t s a t t h -e t . D -e s s u t o m försvåras båd-e f-elsökning o c h r e p a r a t i o n .

S a m m a n t a g e t medför e n r e d u c e r i n g a v o v a n s t å e n d e p r o b l e m , genom införandet av n o d d a t o r e r , a t t tillförlitligheten o c h därmed även tillgängligheten ö k a r .

A t t n o d d a t o r n h a r fått d e e g e n s k a p e r d e n h a r , b e r o r på a t t d e n p e r d e f i n i t i o n s k a l l h a m i n s t samma p r e s t a n d a som b e f i n t l i g t e k n i k e r b j u -d e r . Den s k a l l -därutöver k u n n a använ-das för s t y r n i n g a v a u t o m a t i s e r a -d e s e k v e n s e r , som e x e m p e l v i s kapförloppet på e n s k o g s m a s k i n .

Med e n d i s t r i b u e r a d s t y r f i l o s o f i b l i r d e t möjligt m i n i m e r a t i d e n a t t t a f r a m e n n y p r o d u k t för a t t s n a b b t k u n n a s v a r a på m a r k n a d e n s k r a v . D e t t a möjliggörs d e l s a v m o d u l u p p b y g g n a d e n både v a d gäller hårdvara men främst m j u k v a r a , d e l s a v d e r e n a r e k o n s t r u k t i o n e r som b l i r följden a v e t t f u l l t u t d i s t r i b u e r a t s t y r s ä t t .

S l u t s a t s e t t d i s t r i b u e r a t s t y r s y s t e m är både t e k n i s k t o c h e k o n o m i s k t

3-1

N o d d a t o r s y s t e m a v A n d e r s L u n d q v i s t , M e c e l G ö t e b o r g AB

Föredraget kommer a t t p r e s e n t e r a n o d d a t o r n som k o m p o n e n t o c h som b y g g s t e n i a r b e t e t med a t t s k a p a d i s t r i b u e r a d e s t y r s y s t e m i f o r m av

n o d d a t o r s y s t e m .

N o d d a t o r k o n c e p t e t är e t t g e n o m a r b e t a t s y s t e m som täcker i n nödvändig m a s k i n - o c h p r o g r a m v a r a för a t t r e a l i s e r a d e d i s t r i b u r e r a d e r e a l t i d s s y s t e m som d a g e n s o c h m o r g o n d a g e n s i n d u s t r i k r ä v e r . I p r e s e n t a t i o n e n kommer väsentliga e g e n s k a p e r h o s p r o g r a m v a r a n a t t b e s k r i v a s med t y n g p u n k t på * m o d u l a r i s e r i n g för a t t k o r t a u t v e c k l i n g s t i d e r för n y a p r o d u k t e r * d a t a ö v e r f ö r i n g med hjälp a v C A N - k o m m u n i k a t i o n h a n t e r i n g a v t i d s k r i t i s k a i n - o c h u t s i g n a l e r * h a n t e r i n g a v i c k e t i d s k r i t i s k a i n - o c h u t s i g n a l e r * företagsunik a p p l i k a t i o n s p r o g r a m m e r i n g * d i a g n o s t i k * säkerhet o c h f e l h a n t e r i n g * u t v e c k l i n g s h j ä l p m e d e l E t t m o d u l a r i s e r a t synsätt på h å r d v a r u t i l l v e r k n i n g kommer a t t p r e s e n t e r a s , som l e d e r t i l l a t t företag med små v o l y m e r k a n

1990-11-20 h-1

FRAMTIDA BYGGSÄTT FÖR NORDDATORER

Rapport utfärdad av Sten HeUströra Saab-Scania Combitech A B .

BAKGRUND

N O R D D A T O R N är en komponent i ett distribuerat system, vilket innebär att den s k a k u n n a s t y r a eller avkänna mekaniska komponen-ter med högre prestanda än tidigare. Detta ökar behovet av n y a funktioner liksom k r a v e n på säkerhet och komfort.

Den erforderliga elektroniken och programvaran måste n u integreras i och placeras direkt på den aktuella mekaniska komponenten som ofta är placerad i mycket svår miljö.

För att säkerställa hög systemtillgänghghet hos maskiner b y g g d a på principen distribuerade s t y r s y s t e m , krävs således att även elektronikdelen h a r en mycket hög tillförlitlighet.

V i s s a noddatorer kommer att innehålla kraftfuDa mikroprocessorer, radnnen och A S I C - k r e t s a r (Apphcation Specific Integrated C i r c u i t s ) , vilka för s i n sammanbyggnad kommer att kräva en avancerad

förbindningsteknik och i n k a p s l i n g .

De n y a noddatorerna s k a innehålla möjhgheter till diagnos och självtest för att underlätta underhåll och s e r v i c e .

En annan v i k t i g egenskap hos noddatorn är att den s k a v a r a helt okänsUg för elektronikmagnetiska störningar.

MILJÖKRAV

Följande miljökrav gäller för fordonselektronik: Temperatur, l a g r i n g -40 °C - +150 °C

Temperatur, drift -40 °C - +125 °C

T e m p e r a t u r c y k h n g > 1000 c y k l e r -40 °C - +125 °C Vibration 15 g, 10 - 200 Hz

Luftfuktighet upp till 100 %

Kemikalier salt, oljor, lösningsmedel EMI-skydd 200 V/m

E S D - s k y d d 15 k V

^-2

VAL AV MULTICHIPSYSTEM

För att möta k r a v e n ovan samt det faktum att den mekaniska installa-tionen a v elektronikdelen i många fall endast får ett mycket begränsat utrymme till sitt förfogande, måste ett mycket kompakt och robust byggsätt eftersträvas.

Den höga integrationen talar för en hybridlösning - ett Multi Chip System (MCS) - även kallat mikrosystem.

Ett multichipsystem består av ett antal nakna chip monterade på en bärare, därefter direkt förbundna för att forma ett relativt självständigt delsystem som miljöskyddas genom en inkapsUng. Se exempel i f i g u r 1.

Saab-Scania h a r u n d e r mer än 20 år tillverkat och använt egna h y b r i d e r till b l a militära flygplan, robotar och rymdapplikationer. I dessa applikationer h a r mycket låg f e l f r e k v e n s erhållits. T y p i s k t värde avseende förbindningsfel h a r erfarenhetsmässigt v a r i t betydligt lägre än 1 ppm uppmätt för h y b r i d e r i operativt b r u k 10 - 16 år. Motsvarande k r a v för fordonselektornik med en komplexitet

avseende förbinding om 8000 lödpunkter med k r a v om full funktion i minst 17 år är en f e l f r e k v e n s lägre än 30 ppm.

När det gäller konventionell ytmontering uppnås sällan f e l f r e k v e n s e r bättre än 1000 ppm.

Således k a n valet a v multichipsystem göras enbart u r tillförlitlig-hetssynpunkt.

MCS e r b j u d e r dessutom större förbindningstäthet, mindre dimensioner innebärande mindre signalfördröjningar och överhörningar, mindre känsUghet för påstrålad störning, mindre d r i v k r e t s a r innebärande lägre effektförluster, effektivare k y l n i n g , k r a f t i g reduktion a v vikt och volum.

Volymen för ett t y p i s k t multichipsystem är oftast betydUgt mindre än en tiondel av motsvarande kretskortsalternativ.

TEKNIKER FÖR MULTICHIPSYSTEM Ett typiskt MCS visas i figur 1.

Nedanstående följande tabell v i s a r tillverkningsflödet för ett MCS. 1 I N L E V E R A N S A V IC-WAFERS 2 S Ä G N I N G A V WAFER 3 MONTERING A V CHIP MM P Ä B Ä R A R E 4 F Ö R B I N D N I N G 5 E L E K T R I S K T E S T 6 K A P S L I N G 7 S Y S T E M T E S T 8 U T L E V E R A N S

Motsvarande tillverkningsflöde för ett konventionellt k r e t s k o r t innehåller åtminstone dubbla antalet processteg.

Därav svårigheten att uppnå samma grad a v processkontroU och därmed den höga kvalitet som MCS-tillverkningen ger.

Exempel på bärare är:

tjockfilm på keramik av konventionell t y p tjockfilm på flerlagerkeramik

tunnfilm kisel

Vi rekommenderar i första hand den kostnadseffektiva konventionella tjockfilmen och i a n d r a hand där

förbindningstätheten så kräver, flerlagerkeramik. Exempel på förbindning är:

trådförbindning (ballbondning med guld och wedgebondning med aluminium)

fUp-chip

T A B ( T a p e Automated Bonding)

Vi rekommenderar wedgebondning som är en mycket tillförlitlig

process. Denna t y p av bondning lämpar s i g också väl för förbindning av effektchip, där k r a v på höga strömmar föreligger.

T y p av kapsel är i högsta grad appUkationsstyrt och s k a anpassas till den aktuella mekaniska komponenten.

För den Intelligenta K r a f t Modulen ( I K M ) som visas i f i g u r 2 h a r en typisk fordonskapsel valts.

Denna högeffektkapsel karaktäriseras av att lågt p r i s , goda termiska egenskaper, b r a miljöskydd och ett standardgränssnitt mot omvärlden. Kapselhus och lock består av en termoplastisk polyester som h a r god beständighet mot kemikalier och tål temperaturer upp till 200 °C. De ingjutna kontaktledarna (lead-frame) består av material som möjliggör lödning på

undersidan och trådbondning på översidan. Kapselbotten består av aluminium. Botten och lock limmas med silicongummi. Chip, substrat och bondtrådar miljöskyddas med kiselgel.

TILLVERKNING AV MULTICHIPSYSTEM

T i l l v e r k n i n g av multichipsytem s k a s k e u n d e r mycket kontrollerade förhållanden.

Det ingående materialet (komponenter, pastor, bondtrådar, geler etc) s k a inlevereras felfria så att den egna ankomstkontrollen k a n bortrationaliseras i möjligaste mån.

Den egna tillverkningen s k a s t y r a s genom användandet a v Statistisk Process S t y r n i n g ( S P S ) och uppfylla aktuella ISO 9000 k r a v .

Slutkontrollen före leverans s k a h a hög feltäckningsgrad och vara baserad på självtest. Självtestens kvahtet förutsätter att den beaktats tidigt under konstruktionsfasen och att motsvarande k r a v ställts på alla inköpta komponenter.

Figur 1 7~\ cn cn K O CQ

/ .

\

\

t

lo

c

> i OJ (D O (13

c

O) f H - H U - H O _%A u (U 4J (U C

o

o

(O - P U Q)

^-^

03 (/I OJ -rH

F i g u r Z

5-1

O H - b i l d e r för inlägget: C A N - C o n t r o l l e r A r e a N e t w o r k av L e i f P e r s o n , I n t e l Sweden AB Innehåll: * V a r f ö r kom CAN t i l l ? * V a d är CAN? * I n t e l s b i d r a g t i l l CAN * S t a t u s på p r o t o k o l l e t

5-2

5-3

LJJ

C D X

o>

0 | _

C Q Q

Ou-i

LUC/)

UJLU

U j O X

LULUQ:

Q

LJJ

LU

Q_

(/)

X

X

LJJ

1

I

I

-z

LJJ

LJJ t i :

X >

X

_LJJ

O s

LL >"

05

oo

O Z

Q _ 0

L J J <

N O

il

_{z O}

g o

- 3 < Z

0 2 <

z x

< U J

O 0 5

LJJ

>

I

-o

o

I

-<

z

o

z

X

o

LJ_

\-05

LJJ

X

LJJ

I

-Z

X

X

<

ZC/D

Lllz

L L I Q

O

LU

LU

og5

^ x

^ Q X

< X X

x g z

O<o)

a:c/)<

< L U O

Q X z

Z H

-H L J J ^

X L L I Q

U J ^ O

Z Q .

< C L

o <

#o<

^ O X

O L U L U

0 5 X W

iu<

O

o

I

-ro

q

<

o

Q.

CL

<

in

ca

CO

<

o

Q

lU

Q.

o

- I

UJ

>

LU

Q

Q

Q

LU

z

g

o

o

_o

z tr

il

LU

UJ

c/)

Q LU

^ o

^ X

<. LU

2 >

- z

UJ cc

Q.

O

<f)

Li.

O

Li.

Lil

CD

<

H

C/)

o

c/)

<

o

0)

z

g

<

g

- I

Q.

Q.

<

<

cr

<

O

O

o

<

<

Q

O

O

CC

O

UJ

- I

LU

C/)

I

-<

O

o

o

o

z

cc

<

X

c/)

I

-i

cc

o

LU <

I

-O

o

5-5

0)

CQ

R

Z)

I

LU

cr

cc

LLI

LL

CO

c/)

LU

O

<

CO

CO

LU

O

cn

Q.

X

X

LL

O

z

o

CO

CO

CO

z

<

X

H

CO

<

LL

X

O

LL

>

O

z

LU

^ Q

CQ

9<co

X

X

Q

o l o

ocoz

LLI

LL

<

CO

<

LL

X

O

LL

CO

LU

ZD

Q

is

O m

i g

5iu

i

-LUT'

po

LLfZ

x5

^ X

Q-O

L U ^

S L U

Q f

-DCCO

< C 0

X Z

LUO

COO

< <

L U p

X <

O Q

g L U

LiCO

z>-Oco

h-LU

<x

o x

z ^

SR

&

z o

LLIZ

ppLU

o<

OCO

L U Z

§1

UJ

>

I-O

O

I-o

<

LU

DC

I

Q

<

CE

LU

>

-

I-o

LU

O

LU

X

Q

Z

<

oc

UJ

C/D

z

I-UJ

X

h-c/)

UJ

<

X

o

Q_

X

o

o

o

cn

c/5

Z

<

X

I-U J

o

<

cn

CO

U J

X

O

LL

CO

z

o

fet

XQj

CL LU

Z

<

O

o

U J

X

X

O

Q

_UJ

X

<

O

O Q

X ?

O o

U J Q

coz

9z

X

LU

O

X

I-Z

O

o

CO

o

X

UJ

X

1-o

Q

<

UJ

X

X

UJ

>

O

o

UJ

X

X

UJ

CO

I-z

LU

CO

U J

X

Q.

O

z

X

X

LU

O

X

I-z

o

o

\-co

o

X

o

UJ

Q.

1-z

UJ

X

UJ

u.

P Ö

2i

X

_UJ

? UJ

CO

I-o

LU

CQ

O

Z

O

< — '

o

LU

§

9=

O

O

X

o

LL

Q

UJ

CO

Z )

<

X

CL

Q

LU

>

CD

CD

CO

U J

<

X

o

Q_

X

O

o

5 ?

O z < o

0)

c

<

o

u.

o

LU

O

CC

<

Q

LU

CC

LU

i—

i-o

CO CM ID CM (O

m ^

> O)

LU

>

UJ

I

-o

_LU

•"3

CD

O

CC

LU

O

<

g

—I

c

I»

p

X

ui

S "

U« a> c (jj £

LU

-

ro

n j

>- m

o

A

= 5 0 0

CQo.<Six

UJ

>

UJ

_l

m

<

c/)

0 )

UJ

LU

>

LU

CD

mm

C O )

CC

UJ

< >. s

-g|

< | 2

S

CO

I

Q i

551-LU

>

I

-o

o

5-2

UJ<

O

LU

- J

O

z

( £

Q.

CC

LU

Li-CO

Z

<

CC

CD

CM

in

CM

CO

o

I-Q

LU LU LU ^ - I >

Q

QJ C/) 1-LU

P

CO

<

cc

h-

>-<

CO LU

O

O

<

CO

IS

cn '

CL LU

O

o

O

cc

LU

co

<

UL

LU

Q

CC Li-LU

O

CO

cn

<

CL

O

O

cc

LU

O ^

CL b

< m

LU Z CD o CO DCfC LU < y : l LL

COr-LUQ

>-C0 CO •zz _LU

Q a:

~ r r LL CC LU

Q

LU CO 2 LU 1^ Z Z LU LU

O

Q

5

CO UJ CO o LU

< ^

CO CO 2

_m

o

Q

LU LU

il

m CQ LU CC

Q O

cn cc

LU CL CO 3 '

O

CC t CQ CC LU O O o CL ZD UJ > < X > CO <

cc ^

o CO Z) CQ

O

H

D

<

0

C

<

O

S-7

<

O

0)

X

CL

Q. CO

LU

>

I-o

o

Z <

Torbjörn S u n d q u i s t 1 9 9 0 - 1 1 - 2 0 A t l a s C o p c o MCT AB

PROVRIGG - HYDRAULBOM BUT 3 5 I n l e d n i n g

I n o m p r o j e k t NODDATOR b e s t ä m d e s a t t d e n h y d r a u l b o m BUT 3 5 som är s t a n d a r d på många a v A t l a s C o p c o s b o r r a g g r e g a t ( s e b i l d 1 ) , v a r e t t lämpligt o b j e k t för e t t p r o v med d e n o d d a t o r e r som f r a m

-s t ä l l t -s i n o m p r o j e k t e t -s r a m .

N e d a n följer e n k o r t g e n o m g å n g a v BUT 35bommens a n v ä n d n i n g s -o m r å d e , k -o m p -o n e n t e r , rörelsemönster -o c h f u n k t i -o n e r .

A n v ä n d n i n g s o m r å d e

BUT 35bommen är e n a v h u v u d d e l a r n a i A t l a s C o p c o s b e r g

-b o r r n i n g s a g g r e g a t som a n v ä n d s i g r u v -b r y t n i n g o c h t u n n e l d r i v n i n g . Bommen a n v ä n d s för a t t p o s i t i o n e r a m a t a r e n med b o r r m a s k i n i läge för b o r r n i n g . BUT 3 5 : s h u v u d k o m p o n e n t e r Bommen består a v f y r a h u v u d d e l a r - b o m k r o p p - b o m h u v u d - v r i d d o n - m a t a r e (bärare a v b o r r m a s k i n ) Se b i l d 2 P o s i t i o n e r i n a , r ö r e l s e m ö n s t e r , f r i h e t s g r a d e r För a t t p o s i t i o n e r a bommen o c h m a t a r e n f i n n s e t t a n t a l h y d r a u l c y l i n d r a r , e t t v r i d d o n o c h e t t tillhörande s t y r s y s t e m . De o l i k a c y l i n d r a r n a är - b a k r e b o m c y l i n d r a r ( 1 ) - främre b o m c y l i n d r a r ( 2 ) - t e l e s k o p c y l i n d e r ( 3 ) - t i p p c y l i n d e r ( 4 ) - m a t a r f ö r s k j u t n i n g s c y l i n d e r ( 7 ) - m a t n i n g s c y l i n d e r ( 8 )

Därtill kommer v r i d d o n e t med v i l k e n m a t a r e n k a n r o t e r a s ( 5 ) . Se b i l d 2 .

6-2

S a m m a n t a g e t g e r d e t t a 8 f r i h e t s g r a c d e r ( s e b i l d 3 ) för

bom-r ö bom-r e l s e bom-r n a . Bommen b l i bom-r häbom-rav m y c k e t f l e x i b e l i a l l a bom-r i k t n i n g a bom-r för p o s i t i o n e r i n g . D e t är o f t a m y c k e t v i k t i g t för b o r r r e s u l t a t e t a t t borrhålen b l i r p a r a l l e l l a o c h därför är bommen u t f o r m a d med a u t o m a t i s k p a r a l l e l l h å l l n i n g a v m a t a r e n . D e t å s t a d k o m m e s genom a t t b a k r e o c h främre b o m c y l i n d r a r är h y d r a u l i s k t k o p p l a d e . S t y r s y s t e m S t y r s y s t e m e t på vår p r o v r i g g ( b o m ) är n o r m a l t e t t e l p i l o t s y s t e m där e t t s p a k u t s l a g o m f o r m a s t i l l e n spänning som a k t i v e r a r v e n t i l e n t i l l a k t u e l l c y l i n d e r . I vårt f a l l h a r v i e t t a v M o n s u n - T i s o n u t v e c k l a t s y s t e m ( s p a k , f ö r s t ä r k a r e ) EHC ( E l e c t o H y d r a u l i c C o n t r o l ) 4 0 0 0 . Se b i l d 4.

é-3

I'i

a.T-(o-H

MtlasCopcc

V v i J?J?d*v

Bom WiVJuéi

1. Bakre bomcylindrar 2. Främre bomcylindrar 3. Teleskopenhet 4. Tippcylinder 5. Vriddon , 6 Fästaxel, matningshallare 7. Matarförskjutningscylinder 8. Matningscylinder

a-s e l b a u 1 NODDATOR

P r o v r i g g

En NODDATOR k a n k a r a k t e r i s e r a s som vagrende e n d e c e n t r a l c o m p u t e r , d e r e r p l a c e r e t i e t n e t v a e r k . NODDATORen h a r p å d e n e n e s i d e i n t e r f a c e t i l s t r 0 m f o r s y n i n g o g n e t v a e r k o g p å d e n a n d e n s i d e i n t e r f a c e t i l d e t u d s t y r , d e n s k a l k o n t r o l l e r e . V e d h j a s l p a f n e t v a e r k e t t r a n s m i t t e r e s k o n t r o l - o g d a t a m e d d e l e l s e r m e l l e m m e d l e m m e r n e på b u s s e n . De e n k e l t e n o d e r p å b u s s e n k a n som i d e t t e p r o j e k t vaere magen t i l h i n a n d e n , men d e t a l m i n d e l i g s t e v i l n o k vaere, a t d e e r f o r s k e l l i g e . I d e t s i d s t e t i l f a e l d e s k a l n o d e r n e o v e r h o l d e e n f a e l l e s s p e c i f i k a t i o n f o r b u s - i n t e r f a c e t . D e t v i l s i g e både d e t f y s i s k e i n t e r f a c e ( t r a n s m i s s i o n s h a s t i g h e d , p r o t o k o l , s p a e n d i n g s n i v e a u e r , e t c ) , men også d a t a f o r m a t e r n e s k a l vaere s p e c i f i c e r e d e . P o w e r o g b u s i n t e r f a c e PWR BUS Bus o g P W R - i n t e r f a c e M i c r o c o n t r o l l e r P r o c e s s i n t e r f a c e

1

F i g . 1 . 1 N o d d a t o r . 1.1 BLOKDIAGRAM. I d e t t e p r o j e k t h a r m å l e t v a e r e t a t f r e m s t i l l e e n g e n e r e l NODDATOR, d e r k a n d a n n e i n t e r f a c e t i l späker, v e n t i l e r , p o s i t i o n s g i v e r e , r o t a t i o n s g i v e r e , d i g i t a l e i n d - o g u d g a n g e . NODDATOR-en s k a l e n d v i d e r e h a v e t i l s t r a e k k e l i g C P U - k r a f t , p r o g r a m - o g d a t a l a g e r . En sådan NODDATOR v i l s e l v s a g t vaere s t 0 r r e o g d y r e r e e n d d e t v i l vaere 0 n s k e l i g t i d e f l e s t e a p p l i k a t i o n e r . D e t h a r i m i d l e r t i d i k k e v a e r e t målet a t o p t i m e r e med h e n s y n t i l p r i s o g s t 0 r r e l s e .

7-2

a-S e l b a u P r o v r i g g & 4 V SL ' SPAK F O R S Y N I N G W A T C H -DOG 5 P O W E R O U T P U T O N / O F F

4 ^

'DIGITALS NPUT A N A L C X 3 I N P U T R E S E T CPU 80C196 EPROM 32K NOVRAM 32< F E J L S I G N A L M A G N E T V E N T I L D R I V E R M A G N E T V E N T l L O R I V E R F E U L S I G N A L R E L a D R I V E R 4 1 ^ R S - 2 3 2 U - ^ F i g u r 1, N o d d a t o r b l o k d i a g r a m . 1.2 ANALOG INTERFACE. D e t a n a l o g e i n t e r f a c e b e s t å r a f 5 a n a l o g e i n d g a n g e , h v o r a f 3 b e n y t t e s t i l a f t a s t n i n g a f X, Y, Z v s r d i e r f r a e n s p a k o g 2 t i l r a t i o m e t r i s k a f t a s t n i n g a f c y l i n d e r p o s i t i o n s g i y e r . S i g n a l n i v e a u e r n e e r a l l e 0 - 5 V med e n o p l 0 s n i n g på 10 b i t . 1.3 D I G I T A L INTERFACE. D e t d i g i t a l e i n t e r f a c e k a n a f l a e s e e n 8 b i t k o n f i g u r e r i n g s -s w i t c h , d e r e r t i l g a e n g e l i g u d e f r a , h v i -s e n d a e k p l a d e åbne-s i k a b i n e t t e t . S w i t c h e n e r t a e n k t b r u g t t i l a t s t i l l e f . e k s . n o d e a d r e s s e . 6 d i g i t a l e i n d g a n g e e r e l e k t r i s k t i l g a e n g e l i g u d e f r a . De 3 k a n b e n y t t e s t i l a t a f t a s t e n e u t r a l s t i l l i n g s s w i t c h e f r a e n N o r d i s k s e m i n a r N o d d a t o r S i d e ^N

7-5

a-s e l b a u P r o v r i g g s p a k s 3 f r i h e d s g r a d e r . De s i d s t e 3 k a n förbindas t i l e n v i n k e l e n k o d e r . A l l e i n d g a n g e e r o v e r s p a e n d i n g s b e s k y t t e d e o p t i l 50 V. NODDATORen e r e n d v i d e r e f o r s y n e t med 4 k o r t s l u t n i n g s s i k r e d e r e l a e u d a n g e . 1.4 VENTILDRIVER.

NODDATORen e r f o r s y n e t med 2 v e n t i l d r i v e r e . St0mmen t i l v e n t i l e r n e s t y r e s v e d a t P u l s e W i d t h M o d u l e r e s p a e n d i n g e n o v e r v e n t i l e r n e . S t r 0 m m e n t i l v e n t i l e r n e k a n a f l a e s e s a f m i c r o c o n t r o l l e r e n . H e r v e d åbnes d e r m u l i g h e d f o r a t i m p l e m e n t e r e f o r s k e l l i g e f o r m e r f o r s o f t w a r e - r e g u l a t o r e r . S t r 0 m m e n i v e n t i l e r n e o v e r v å g e s . H v i s s t r 0 m m e n ö v e r s t i g e r en i n d s t i l l e l i g max. v a e r d i ( 1 - 5 A) , a f b r y d e s s t r 0 m m e n , o g d e r m e l d e s f e j l t i l m i c r o c o n t r o l l e r e n . S t r 0 m m e n f o r s 0 g e s g e n i n d k o b l e t e f t e r c a . 1 s e k . 1.5 CAN INTERFACE. C A N - i n t e r f a c e t i m p l e m e n t e r e r d e n s e r i e l i e k o m m u n i k a t i o n m e l l e m n o d e r n e . B u s s e n e r d i f f e r e n t i e l o g b e s t å r a f 2 l e d e r e med 1 skaerm. T r a n s m i s s i o n s h a s t i g h e d e n e r o p t i l 1 MBAUD. B u s s e n s i m p e d a n s e r 1 2 0 Ohm, h v o r f o r b u s s e n t e r m i n e r e s med 1 2 0 Ohm i h v e r e n d e .

2 BOOM-BESTYKNING MED NODDATORER.

En NODDATOR k a n t y p i s k k u n s t y r e e e n k o m p o n e n t . P å p r o v r i g g e n s k a l d e r s t y r e s 6 h y d r a u l i s k e c y l i n d r e v e d h j « l p a f 2 späker. P r o v r i g g e n e r d e r f o r b e s t y k k e t med 6 v e n t i l n o d e r o g 2 s p a k n o d e r t i l s t y r i n g a f d e h y d r a u l i s k e k o m p o n e n t e r . En e k s t r a n o d e e r a n v e n d t som t e r m i n a l n o d e , h v i l k e t v i l s i g e , a t d e n n e n o d e b e n y t t e s t i l a t udlaese p a r a m e t r e o g d a t a f r a d e a n d r e n o d e r i s y s t e m e t t i l e n t e r m i n a l . F r a d e n n e n o d e k a n u d v a l g t e p a r a m e t r e e n d v i d e r e a e n d r e s . N o r d i s k s e m i n a r N o d d a t o r S i d e ^N

1-1 a-s e l b a u Node #3 Spak 2 M u l t i f u n k

T i

Node #4 V e n t i l 1 V e n s t r e b o o m c y l .

T i

Node #9 V e n t i l 4 Boom e x t e n s i o n P r o v r i g g Node #2 Spak 1 M u l t i f u n k S t o p

T

i Node #5 V e n t i l 2 H0 j r e b o o m c y l .

T i

Node #8 V e n t i l 5 Feed r o t a t i o n

T i

t

i

F i g . 2.1 NODDATOR-bestykning Node #1 T e r m i n a l Node #6 V e n t i l 3 Feed e x t e n s i o n

t i

Node #7 V e n t i l 6 Feed t i l t T 3 STYRING OG KONTROL. S t y r i n g og k o n t r o l e r i m p l e m e n t e r e t i e t a n t a l s o f t w a r e m o d u l e r , som k o r t s k a l s k i t s e r e s i d e t f 0 l g e n d e . S o f t w a r e n i de e n k e l t e noder b i n d e s sammen a f e t r e a l t i d s o p e r a t i v s y s t e m , d e r s 0 r g e r f o r d a t a u d v e k s l i n g m e l l e m n o d e r n e og t i l d e l i n g a f r e g n e t i d t i l de e n k e l t e m o d u l e r . N o r d i s k s e m i n a r N o d d a t o r S i d e '"N

7-5

a-s e l b a u 3.1 SPAKMODUL. P r o v r i g g A n a l o g spak- > vaerdi. N e u t r a l s w i t c h > Spak-o v e r v a g n i n g >Spak s t a t u s > N o r m a l i s e r e t spak u d s v i n g D0dbånd F i g 3 . 1 . Spakovervågning.

Spakovervågningsmodulet h a r som i n d g a n g s p a r a m e t r e a f laesningen a f den a n a l o g e spakspaending og spakens n e u t r a l s t i l -l i n g s s w i t c h . Sammen med d0dbåndet u d r e g n e s spakens s t a t u s

(Ok, f e j l ) o g spakens u d s v i n g . 3.2 RAMPEMODUL.

N o r m a l i s e r e t

s p a k u d s v i n g >= modul modul Rampe-Rampe- => S e t p u n k t

v e n t i l R a m p e k o n s t a n t e r (A+,A-,B+,B-) F i g 3.2. Rampemodul. Rampemodulet b e n y t t e s t i l a t begraense a c c e l l e r a t i o n o g d e c e l l e r a t i o n a f c y l i n d e r b e v a e g e l s e r n e . S e l v om o p e r a t 0 r e n påvirker s p a k e r n e t i l f u l d u d s t y r i n g , v i l rampemodulet begraense u d s t y r i n g e n . D e r k a n s t i l l e s r a m p e t i d e r i a l l e 4 k v a d r a n t e r . N o r d i s k s e m i n a r N o d d a t o r S i d e '^N

7-é

a-S e l b a u 3.3 REGULATOR P r o v r i g g S e t p u n k t v e n t i l Str0m i v e n t i l > V e n t i l s t a t u s (Ok, f e j i ; > S e t p u n k t t i l PWM P, I - k o n s t a n t e r . F i g . 3.3. R e g u l a t o r . R e g u l a t o r e n i m p l e m e n t e r e r en k l a s s i s k P l - r e g u l a t o r . Str0mmen i v e n t i l e n sammenlignes med s e t p u n k t e t , og en ny s t y r e v a e r d i b e r e g n e s . H v i s r e g u l a t o r e n i k k e k a n r e g u l e r e str0minen i n d , så den når s e t p u n k t e t , meldes f e j l i s t a t u s p a r a m e t e r e n .

7-7

a-S e l b a u 4 DATAFLOW. P r o v r i g g NODE |2 m Spak NODE #4 Spak-OTETT. 1 ipplik.

node jfn fiampe modul tor

fieula- PWM-modul Spak-OTETT. 1 s 1 ipplik.

node jfn fiampe modul tor

fieula- PWM-modul Spak-OTETT. 1 s 1 ipplik.

node jfn fiampe modul tor

fieula- PWM-modul YenUl Spak-OTETT. • ipplik.

node jfn fiampe modul tor

fieula- PWM-modul

YenUl

F i g . 4 D a t a f l o w .

I f i g . 4 e r d a t a f l o w e t f o r s t y r i n g e n a f en a f c y l i n d r e n e i l l u s t r e r e t . I node #2 aflaeses og overvåges spak 1 . R e s u l t a t e t t r a n s m i t t e r e s o v e r CAN-bussen t i l node #4, h v o r e t a p p l i k a t i o n s p r o g r a m bestemmer, om spakvaerdien s k a l r e s u l t e r e i s t y r i n g a f v e n t i l e n . I a p p l i k a t i o n s m o d u l e t k a n d e r indlaegges s p a e r r i n g e r , som b e t y d e r , a t v e n t i l e n i k k e a k t i v e r e s . H v i s f . e k s . spakovervågningsmodulet h a r b e r e g n e t , a t spaken e r f e j I b e h a e f t e t e l l e r STOP-knappen e r a k t i v e r e t , v i l d e r i n g e n s t y r i n g f i n d e s t e d . T i l b a g e m e l d i n g e n f r a c y l i n d e r e n s p o s i t i o n k a n også b r u g e s som begraensning i s t y r i n g e n t i l v e n t i l e n . N o r d i s k s e m i n a r N o d d a t o r S i d e '"N

7-?

a-s e l b a u P r o v r i g g 5 FEJLHÅNDTERING. Fejlhåndteringen i s y s t e m e t t a g e r s i g a f f e j l d e t e k t e r e t u n d e r s y s t e m s t a r t og u n d e r d r i f t . F e j l d e t e k t e r e t u n d e r o p s t a r t k a n m e d f 0 r e , a t h e l e s y s t e m e t i k k e kan s t a r t e s op, men også, a t k u n e t d e l s y s t e m s t a r t e s og r e s t e n p a s s i v e r e s .

F e j l , d e r d e t e k t e r e s u n d e r d r i f t , m e d f 0 r e r , a t s y s t e m e t s t o p p e s . En alarmkommando sendes u d o v e r b u s s e n a f den NODDATOR, d e r h a r d e t e k t e r e t f e j l e n . A l l e n o d e r n u l s t i l l e r e v t . s e t p u n k t e r t i l rampemodulerne og v e n t e r på, a t s e t p u n k t e t t i l r e g u l a t o r e r n e e r 0. H e r e f t e r r e s e t t e r NODDATORen s i g s e l v og v e n t e r på a t s y s t e m e t i g e n s k a l s t a r t e s . Tanken e r , a t en m a s t e r n o d e s k a l b e s l u t t e , h v o r d a n s y s t e m e t s k a l o p f 0 r e s i g e f t e r f e j l , og h v o r d a n o p e r a t 0 -r e n s k a l a d v i s e -r e s . N o r d i s k s e m i n a r N o d d a t o r S i d e '^N

^-1

Distribuerad styrteknik - komplexa system

Tekn Dr Jan Wikander KTH, Maskinelement, DAMEK

100 44 Stockholm

Sammanfattning

Utvecklingen inom mikroelektronik och datorteknik har öppnat helt nya möjhgheter till

förnyelse av mekaniska komponenter, system och maskiner. Landvinningarna har skett

så snabbt att andra teknikgrenar inte riktigt hunnit med (läs mekanik,

programvarutek-nik, reglertekprogramvarutek-nik, byggteknik). Detta har gjort att många tillämpningar av elektronik och

datorteknik i verkstadsindustrin inte resulterat i "optimala lösningar". Vi står nu inför

situationen att teknikutvecklingen nått så långt att det är möjligt att konstruera

kompo-nenter och delsystem med integrerad mekanik, mikroelektronik och programvara så att

de höga kraven på tillförlithghet, kvalitet och prestanda uppfylls.

Funktionspartitione-ringen mellan vad som skall realiseras i mekanik, elektronik respektive programvara blir

allt viktigare. Ett exempel på detta är att i konstruktioner som tidigare varit helt

meka-niska delvis ersätta eller förenkla den mekameka-niska konstruktionen med hjälp av

integre-rad elektronik och programvara och samtidigt förbättra funktionahteten. Exempel är

me-kaniska länkmekanismer i tex vindrutetorkare som är komplicerade och innehåller ett

stort antal detaljer. En integrerad lösning med vridmotorer vid respektive torkarblad

re-ducerar den mekaniska komplexiteten och erbjuder möjlighet till helt nya funktioner.

Det blir en fråga om programmering och reglertekniska lösningar snarare än finurlig

me-kanisk konstruktion. Ökad flexibilitet är den stora vinsten.

Det är i detta perspektiv utvecklingen mot system med distribuerad datorkraft skall ses.

Pådrivande faktorer är krav på modulär systemuppbyggnad för att kunna hantera

kom-plexitet, signalbehandling nära källan, reducerat kablage, förenklad mekanik samt

pre-standakrav. Med modulär systemuppbyggnad avses modularitet på flera nivåer;

elektro-nik, programvara, mekanik. Ur reglerteknikens synvinkel öppnar sig många intressanta

möjHgheter när processor kraften distribueras ut nära det reglerade processen. Å andra

sidan uppkommer också flera frågeställningar som måste lösas för att t ex kunna

garan-tera konstanta samplingsfrekvenser i ett system bestående av flera fysiskt distribuerade

noder.

För distribuerade system är det viktigt att kunna integrera fler och mer

applikationsan-passade funktioner i ett fåtal kretsar, ASIC:s (application specific integrated circuit).

Ut-vecklingen är intensiv på detta område vilket gör att vi är på väg bort från kapslade

stan-darkomponenter, istället kommer olika typer av mer integrerade elektronikmoduler att

användas. Tendensen och den stora potentialen för applikationsspecifik kretsdesign

base-ras på möjhgheten att förutom anpassning av de rent digitala delarna även integrera

analog elektronik, kraft elektronik och sensorer. Möjligheten att integrera givare (tryck,

acceleration, temp m fl) i kisel samt analog och kraftelektronik gör det möjligt att på

någ-ra års sikt klanåg-ra den kompletta återkopplade servostymingen i en distribuenåg-rad nod med

ett enda chip. Denna teknik kallas ibland "supermechatronics".

2-2

Distribuerad styrning - komplexa system

Tekn Dr Jan Wikander KTH, Maskinelement, DAMEK

Stockholm

Föredraget:

* Motiv till distribuerad styrning

* Tekniken finns

* Olika koncept och lösningar

* Reglertekniska aspekter

* Betintliga och tänkbara exempel

Kostnad

Fyra styrande design faktorer

1. Funktionspartitionering (HW, SW, mekanik)

2. Systemets struktur 3. A goritmer

4. Implementation och by^sätt

Möjliga lösningar B i l d l .

Därför distribuerad styrning!

- ett sätt att hantera komplexitet

- systemstruktur som avspeglar den styrda processen

- flexibilitet genom modularisering

- förenklad systemkonstruktion och varianthantering

- reducerat kablage

- signalbehandling nära källan

- prestanda

- parallellisering, redundans, feltolerans (framtida möjligheter)

Å andra sidan blir kraven högre och högre:

- tillförlithghet

- säkerhet vid programändringar

- stora system - krav på ändringar imder drift (HW och SW)

- säkerhet vid störningar och fel (graceful degradation)

Komplexitetsproblemet

Ett extremt exempel: The UTAH/MIT hand:

i

FISUIC 1 . U t l f l / M I T ON. Not* C i t I I P t i - K l o i t s<(«M* tu* o 1x4 I j o i n t <<«l « ' ttcH 4 1 9 U .

flGUH t. 0»imttry of U t OH. N o t t a l i o ' . " t COOrOntK if Mm i « l <. J . >• -16 leder -32 pneumatiska ställdon -16 pulsgivare -32 kraftgivare -samplingsfrekvens 400 Hz -19 200 givaravläsningar/sekund -12 800 ställsignaler/sekund S-3 Bild 3.

Elektroniska sidan

ställ G i v Mek SI Utou 8-t>U I —

_no

n

Bild 4.

ASIC:s för motorstyrning

p o s u i o n v e l o c i t y c u r r e n t command cownand command

DIFFEREN-TIATOR p o s i t i o n feedback loop c u r r e n t feedback loop DC POWER SUPPLY POSITION _X VELOCITY _X CURRENT

PWH CONTROL CONTROL PWH TRANSISTOR BRIDGE CURRENT DETECTOR v e l o c i t y d i g i t a l feedback loop tnpgt analog input ENCODERh-n MOTOR f S P . j CURRENI |l 1 AO IRANSr. _'i COMVEBSION conmwiCA' ION I C I A i J U O L l A G E A J C U R R E N I

CONIROL _{PRE OR I VER}

F5P-I OlFfEREHH riAIOR [iENERAlOA POwtK UP/DOWN IRANSISIOR tOUNIER _MIOOE DC. BLOC or AC nOIOR INCREnCNIAI. ENCODER F S P - ! TUT JAPAN NOV. I f U MOT P30 BUd 5.

Modularisering/distribution/integration

Traditionellt koncept

"master"

"slave" "slave" "slave"

r ^

J J

I

Omgivning

Distribuerat koncept

Nätverk

Nod Nod Nod

-t ex CAN-buss t ex mikro-~ system

Omgivning, interaktion

2-5

Modultänkande, distribuerat

operativsys-tem, programvarukomponenter

Software Com-ponent The interconnection interface Software Component

PPPPP

The Distributed Operating System Layers The Gjmmunication Syslem Layers Software Component The Communication Subsystem Bild 7.

Konsistens i, och tidsmärkning av

tillstånds-variabler

Input agnals frÄnthr enviroTunent A B

n

C

\

— • D L J — • E Distr. control algorithm

O

Output signals to the environment

O

Multiple copies of thé state vector

0

A loosely-coupled system with a distributed control algorithm.

2-6

Betydelsen av dödtid (communication delay)

rk Controller eca(Ac«) U k _{D / A} u(t) ControUed object Gp(t) Gc(z) eca(Ac«) ControUed object Gp(t) y(t) Zk 6«e = f(sensor-controller delays) 8ca = f(controller-actuator delays) e,c<A.c) y k y(t) u(t) Sensor Actuator

Aca Commimication Net-work Controller

Bild 9.

Distribuerad lösning av reglerproblem

Node dependent software (e.a. a servo function) Global control processes Node Node Message exchange Software "Components' Node Software comp)onents Bild 10.

Högre och högre integration

-en framtidsvision

ASIC Mikrosystem

•Micro controllers

-ASICs

-Smart Power

•Kiselgivare

•Mikrosystem

-Mikromekanik

pilotventil i mikromekanik

C

1 •

tryckgivare i kisel B i l d l l .

Eliminerad mekanik - elektroniska axeln

B

Kap-

^

Mikroprocessorstyringer i sikkerhedskritiske anvendelser

af Sören P. Petersen, Civ. i n g . , ElektronikCentralen

Venlighedsvej 4, DK-2970 Horsholm, Danmark, T l f . : +45 42 86 77 22

RESUMÉ

IndlaBgget omhandler de sikkerhedsmassige egenskaber ved elektroniske s t y -ringer. De sikkerhedsmsssige egenskaber beskrives i forhold t i l skader på personer e l l e r t i n g .

I indiaegget formidles folgende:

• Elektroniske styringer kan l e t direkte e l l e r i n d i r e k t e b l i v e årsag t i l skade på personer e l l e r t i n g .

• A n t a l l e t og typen af de mulige årsager t i l skader synes umiddelbart uoverskuelige. Men de kan systematiseres.

• Der er incitamenter t i l a t gore noget f o r a t rainimere r i s i k o e n f o r skade f o r v o l d t a f elektroniske styringer.

• Og det er muligt a t mindske r i s i k o e n , bare man ved hvordan.

INDHOLD

Side

1. INDLEDNING 1

1.1 Risiko ved skade 1

2. HVORDAN BLIVER ELEKTRONIK FARLIG? 2

3. FEJLKILDER 3 3.1 Defekt og mangel 3

3.2 Systematisering a f f e j l k i l d e r 3 3.3 Justér r i s i k o e n f o r skade 3 4. STYRINGENS SIKKERHEDSM/€SSIGE EGENSKABER 5

5. EKSEMPLER PÅ MYNDIGHEDSKRAV 7 6. RISIKOKRITERIET 8 6.1 Ri sikokrav 8 6.2 Sandsynlighedskrav f o r hazardtilstand 9 6.3 Sandsynlighed f o r hazardtilstand 10 7. REFERENCER 11

9-1

Mikroprocessorstyringer i sikkerhedskritiske anvendelser.

1. INDLEDNING

Elektronik har varet årsag t i l skader på personer og t i n g .

Det er i m i d l e r t i d ikke k l a r t , hvor mange skader - og h v i l k e konsekven-ser - elektronikken har ansvaret f o r , f o r d i der er mangel på sta-t i s sta-t i s k masta-teriale, som sta-t i l s sta-t r a k k e l i g sta-t s p e c i f i k sta-t v i s e r årsagssammenhan-gene.

I mange t i l f a l d e kunne skaderne have vaeret forudsagt.

I dette notat vises det, at det med tekniske midler er muligt at ind-v i r k e på a n t a l l e t og på omfånget af skaderne. Det er konstruktörens forebyggende arbejde hermed, som belyses.

1.1 Rlsiko ved skade

Risikoen ved en skade kan udtrykkes ved: RISIKO [DKK] = S • K

hvor S: Sandsynlighed f o r en skade [0..1] K: Skadens konsekvens [DKK]

Risikoen er her udtrykt som en omkostning ved at anvende produktet. Risikoen kan ses f r a o f f e r e t s side e l l e r f r a den produktansvarliges

side. I de folgende betragtninger ses r i s i k o e n f r a den produktansvar-liges side.

Risikoen kan aendres ved a t j u s t e r e på S og/eller K.

Det er n a t u r l i g v i s ikke a l t i d g r a t i s a t j u s t e r e på S e l l e r K. De dermed forbundne omkostninger skal derfor også indgå i en ekonomisk h e l -hedsbetragtning.

For a t finde ud af hvordan S og K kan j u s t e r e s , ses först på hvordan elektronik kan b l i v e ansvarlig f o r skade på personer e l l e r t i n g .