Programmierbar über RS232- und CANopen-Schnittstelle: 3kW-Netzgeräte werden CAN-busfähig

Wie überall in der Technik ist in den letzten Jahren auch bei Stromversorgungen, die in Test- und Prüfanlagen eingesetzt werden, die Entwicklung nicht stehengeblieben. Geräte-Intelligenz suchte man hier allerdings lange Zeit vergebens. Die Schwerpunkte der Entwicklungsarbeit lagen vor allem auf der Stabilität der Ausgangswerte, hohen Wirkungsgraden, einstellbaren Begrenzungen für Strom, Spannung oder Leistung sowie auf robustem Verhalten bei Netz-, Last-, Temperatur- oder Bedienfehlern. Mittlerweile hat sich das jedoch geändert. Heute sind leistungsfähige, digital programmierbare Stromversorgungen auf dem Markt. Sie lassen sich über RS232- oder CANopen-Schnittstelle direkt in applikationsspezifische Automatisierungsumgebungen integrieren und übernehmen als eigenständige Funktionseinheiten z.B. die Steuerung von umfangreichen Prüfzyklen. Automatisierungsumgebung Tests und Prüfungen laufen überwiegend automatisiert. Die dafür notwendigen Komponenten, also Sensoren und Aktoren, sind meist miteinander vernetzt. Vielerorts hat sich hier das Feldbussystem CANopen durchgesetzt, das auch zukünftig immer mehr an Bedeutung gewinnen wird. Bei den bislang analog programmierbaren Stromversorgungen konnte man lediglich Sollwerte auf die Ferne einstellen oder die jeweiligen Istwerte abfragen. Seitdem es digital programmierbare Stromversorgungen gibt, lassen sich die über serielle Schnittstelle oder Busanbindung realisierbaren Kommunikationsmöglichkeiten auch in Prüf- und Testfeldern sinnvoll nutzen. Der Stromversorgungsspezialist Kniel ist hier Vorreiter und bietet die in diesem Anwendungsbereich bereits bewährten Stromversorgungen der Serie Energy 3000 (vgl. Kastentext) mittlerweile auch in digital programmierbaren Versionen an (Bild 1). Durch integrierte Mikroprozessoren können die Primärschaltregler der 3kW-Klasse selbst Abläufe steuern. Der Anwender kann also nicht nur Soll- und Grenzwerte definieren, sondern auch Sequenzen programmieren, die die Stromversorgung dann automatisch abarbeitet. Die übergeordnete Steuerung wird entlastet und die Programmstrukturen vereinfachen sich. In etlichen Fällen kann die intelligente Stromversorgung sogar den kompletten Prüfablauf übernehmen. Fernbedienung über die RS232-Schnittstelle Alle dazu erforderlichen Eingaben lassen sich nicht nur menügeführt am Gerät vornehmen, sondern direkt über RS232- oder CANopen-Schnittstelle. Im Gegensatz zur Punkt-zu-Punkt-Verbindung über RS232 bietet sich die Kommunikation über CANopen vor allem dort an, wo mehrere Stromversorgungen im Einsatz sind oder ohnehin CAN­open zur Verfügung steht. Bei beiden der genannten Schnittstellen profitiert der Anwender davon, dass alle Funktionen der Stromversorgung darüber steuer- und rücklesbar sind und jeder Befehl beantwortet wird. Dabei vereinfachen die übersichtlichen Befehlsstrukturen den Umgang mit der komplexen Technik. Um Einstellungen über die RS232-Schnittstelle vorzunehmen, werden die entsprechenden Anweisungen als Zeichenfolgen im Ascii-Format gesendet. Dazu wurde ein eigener Befehlssatz entwickelt, dessen Anweisungen im Wesentlichen aus den Abkürzungen der entsprechenden englischen Begriffe bestehen. Der obere Spannungsgrenzwert beispielsweise lässt sich mit folgendem Befehl auslesen: \’LIM:VH?\‘ Als Antwort erscheint: \’30\‘ für den derzeit eingestellten aktuellen Grenzwert von 30V. Mit der Zeichenfolge \’LIM:VH 20\‘ wird der obere Einstellwert gesetzt. Das Gerät antwortet mit den Zeichen \’OK\‘. Damit ist der neue Wert von 20V festgesetzt (Bild 2). Auch für alle anderen Stromversorgungsfunktionen gibt es entsprechende Befehlssätze. Mit \’Q:SLN 2\‘ und der Antwort \’OK\‘ beispielsweise wird definiert, wie oft die Stromversorgung eine zuvor definierte Sequenz durchlaufen soll (Bild 3). In diesem Fall sind es zwei Durchläufe. Pro Durchlauf lassen sich wiederum bis zu 100 Schritte definieren. Für jeden Schritt kann auf in Speicherbänken hinterlegte Werte zugegriffen werden. Die mögliche Verweildauer ist ebenfalls programmierbar, separat für jeden Schritt. In der praktischen Anwendung, beispielsweise beim Serientest von gleichen Prüflingen, kann somit durch einfachen Neustart der Sequenz schnell der nächste Zyklus abgearbeitet werden. Bei Prüflingen, die unterschiedliche elektrische Parameter benötigen, z.B. bei Einzelprüfungen, kann auf die in den Speicherbänken hinterlegten Werte zugegriffen werden. Somit können mehrere Arbeitspunkte abgeprüft werden. CANopen für die Programmierung der Stromversorgung Ähnlich übersichtlich gestaltet sich die Programmierung der Stromversorgungen über CAN­open. Mittlerweile hat sich CANopen als schnelles und zuverlässiges Bussystem im Prüf- und Testbereich bewährt. Kniel hat nun ein anwenderspezifisches Ob­jektverzeichnis geschaffen und treibt die Normierung derzeit voran die auf dem CiA Draft Standard 301, Version 4.02 aufsetzt. Nicht normierte Teile des CANopen-Protokolls wurden dabei anwendungsgerecht definiert. Der Anwender erhält dadurch mit verschiedenen Kommunikationsobjekten Zugriff auf die Stromversorgung. Zentrales Bindeglied ist das Objektverzeichnis. In ihm wird die Gerätefunktionalität beschrieben. Jeder Eintrag ist über einen 16Bit-Index und einen 8Bit-Subindex gekennzeichnet. Um die Anbindung zu erleichtern, steht dem Anwender ein elektronisches Datenblatt zur Verfügung (EDS-File), das die Belegung des Objektverzeichnisses und die Grundeinstellungen des Gerätes enthält. Den eigentlichen Kommunikationsablauf veranschaulicht am besten ein einfaches Beispiel: Bei einer Stromversorgung mit der Knotenadresse \’1\‘ soll der Spannungssollwert auf 10V gesetzt werden (2.710 hexadezimal). Der Spannungssollwert hat im Objektverzeichnis den Index 2202h, den Subindex 1 und wird als 32Bit-Zahl in Millivolt übergeben. Die Daten sollen als Servicedatenobjekt (SDO) übertragen werden. Diese SDOs dienen dem lesenden oder schreibenden Zugriff auf das Objektverzeichnis. Der Datentransfer basiert auf einem Client/Server-Kommunikationsmodell über einen Empfangs- und Sendekanal, in diesem Fall mit den Identifiern 601h bzw. 581h. Der Anwender sendet die entsprechen­de Anforderung an die Stromversorgung; daraufhin wird die Übernahme des neuen Spannungs­sollwertes initiiert. Die Stromversorgung sendet eine Bestätigung zurück; im Fehlerfall mit einer entsprechenden Kennung. Die Nachrichten sind in Bild 4 dargestellt. Analog dazu lassen sich natürlich auch alle anderen Funktionen der Stromversorgungen über CANopen programmieren und abfragen.