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Mobile Maschinen 4/2016

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STEUERUNGEN UND

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN I TITEL Energie im Traktor – intelligent verteilt Power Boards erfüllen zunehmende Anforderungen der Automatisierung Hans Wiedemann Der Fendt Traktor 1000 Vario besticht nicht nur durch seine Größe und die damit verbundene Leistungsfähigkeit. Auch bei der Energieverteilung im Fahrzeug wurden neue Ideen zusammen mit dem Unternehmen Sensor-Technik Wiedemann (STW) umgesetzt. Die beiden Einheiten der Zentral elektrik sorgen für ein intelligentes Energiemanagement. Hans Wiedemann, Marketing Manager bei Sensor-Technik Wiedemann Bereits 2003 wurde die erste Zentralelektrik von Fendt und STW zusammen entwickelt und in Serie gebracht. Seitdem sind die Anforderungen an diese auch Power Boards genannten Systeme weiter gestiegen. Während es bei den Vorgängermodellen allein um das Schalten großer Ströme ging, wird heute zunehmend Intelligenz in den Zentralelektriken gefordert. Dabei kann es sich um einen CAN-Anschluss handeln, über den das Schalten durchgeführt wird und ein Rücklesen des Schalterzustands möglich ist. Aber auch Rechen- und Speicherkapazität innerhalb der Zentralelektrik gewinnen zunehmend an Bedeutung, damit zusätzlich die Funktionen einer dezentralen Steuerung vorgenommen werden können. Dies hängt auch mit der wachsenden Komplexität der über die Zentralelektrik versorgten Einheiten zusammen. Waren zunächst nur einfache Verbraucher wie Fahrlicht oder Arbeitsscheinwerfer an das Power Board angeschlossen, werden heute auch mehrstufige Gebläse oder regulierbare Scheibenheizungen versorgt. Dies führt zu der Forderung, neben digitalen oder analogen Verbrauchern auch intelligentere Subsysteme über Sensor-Aktor-Busse anschließen zu können. Mit der stetig wachsenden Anzahl an Verbrauchern steigt somit auch die Summe der Ströme, die eine Zentralelektrik bewerkstelligen muss. Für Dr. Michael P. Schmitt, Geschäftsführer bei STW, ist die zunehmende Intelligenz eine logische Folge des allgemeinen Trends bei mobilen Arbeitsmaschinen: „Die voranschreitende Automatisierung verlangt nach dezentralen Lösungen. Daher entwickeln sich die Power Boards von einfachen Sicherungs- und Schaltkästen zu intelligenten Geräten für die Steuerung und Überwachung der Verteilung und Schaltung der elektrischen Energie im Fahrzeug.“ Teile und herrsche So bestand die Aufgabenstellung für das neue Power Board des Fendt 1000 Vario 16 Mobile Maschinen 4/2016

womit der Zuordnung auch ausreichend Freiraum gegeben werden konnte. Da auf dieser Platine das Schalten großer Ströme auch aus EMV-Gründen vermieden werden sollte, werden Ausgangspins genutzt, um entsprechende Relais auf der zweiten Einheit anzusteuern. Die Kommandos für das Schalten erhält die ZE entweder über den zentralen Steuer-Bus oder in einigen Fällen auch direkt über einen Eingang, an den ein Schalter angeschlossen ist. Ein großer Vorteil der Einheit liegt auch in ihrer Diagnosefähigkeit. Sie erlaubt das Rücklesen des Zustands wichtiger Verbraucher. Zu ihnen gehören u. a. Fahr- und Positionslichter oder Blinker. Ohne ihre einwandfreie Funktion ist ein Betrieb im Straßenverkehr nicht erlaubt. Durch die Diagnosefähigkeit und die Kommunikation über den CAN-Bus kann ein Fehler direkt im Cockpit angezeigt werden. STW war neben dem Design verantwortlich für die Implementierung der Testsoftware und eines Flashloaders. Die Applikationssoftware wurde schließlich von Fendt geschrieben. Diese beinhaltet auch die Möglichkeit je nach Fahrzeugvariante verschiedene Konfigurationen zu hinterlegen. Die voranschreitende Automatisierung verlangt nach intelligenten Power Boards. Dr. Michael P. Schmitt, Geschäftsführer bei STW darin, die gesamte Elektrik im Traktor zu versorgen, abzusichern und anzusteuern. Dabei sollte es für die Aufteilung der Stromkreise sorgen und alle nötigen Stecksockel für Relais und Sicherungen beinhalten. Für den Vario 1000 wurde aufgrund der beiden Faktoren Intelligenz und Anzahl der E/As nach dem Prinzip „teile und herrsche“ verfahren. Anstatt auf eine einzelne Zentralelektrik zu setzen, wurde ein zweigeteilter Ansatz gewählt. Während sich eine Einheit vorrangig um die Kommunikation mit der Hauptsteuerung und die Übernahme programmierbarer Schaltvorgänge kümmert, ist die zweite Einheit in erster Linie für das Absichern und Schalten der Ströme verantwortlich. Wichtiges Argument für die Trennung war auch eine einfachere Verkabelung. Mit dem Design musste natürlich auf die Zugänglichkeit der Anschlüsse, die ergonomischen Notwendigkeiten und die räumlichen Vorgaben Rücksicht genommen werden. Der Bauraum war wie in den meisten Fällen eingeschränkt. Klare Vorstellung der intelligenten Einheit Hinsichtlich der intelligenten Einheit (ZE) hatte Fendt klare Vorstellungen. Herz des Boards ist ein LPC1778 von NXP, ein ARM Cortex-M3 Prozessor mit 512 kByte Flash, 96 kByte SRAM und 4032 Byte EEPROM Speicher. Einer seiner beiden CAN-Kanäle, der über jeweils einen CAN-Transceiver nach außen geführt wird, ist an den zentralen Steuer-Bus des Vario 1000 angeschlossen und kann mit bis zu 250 kbit/s kommunizieren. Der zweite CAN-Bus ist als Reserve vorgesehen. Drei der fünf seriellen UART Schnittstellen werden über entsprechende Transceiver für den Anschluss an Local Interconnect Network (LIN), einen Ein- Draht-Feldbus für Sensoren und Aktoren, genutzt. Über den LIN-Bus können verschiedene Verbraucher wie die Wischer der Front- und Seitenscheiben eingestellt oder konfiguriert werden. Außerdem bietet der Prozessor 165 beliebig nutzbare E/A Pins, Drei Möglichkeiten des Stromverlaufs Auf dem Relaisbord (RB) geht es nur um die Strom- und Leistungsverteilung über Sicherungen. Dabei sind generell drei Möglichkeiten vorgesehen. Der einfachste Stromverlauf, bei dem das RB nur als Sicherungskasten wirkt, geht über den Stecker auf das Bord, durch die Sicherung und wieder über den Stecker hin zum Verbraucher. Bei dieser Anschlussart werden meist einfache Sensoren versorgt. Bei der zweiten Version erfolgt die Stromversorgung vom Powerbolzen, einer M8 Schraube, die direkt mit dem Pluspol der Batterie verbunden ist. Von hier läuft der Strom über ein Relais, das über einen Ausgang der ZE geschaltet wird. Ist das Relais auf „Ein“, geht es wieder weiter über eine Sicherung, einen Stecker und zum Verbraucher. Typisch werden hier Heizungen oder Arbeitslampen angeschlossen. Die Verteilung der Ströme vom Powerbolzen zu den Steckern auf der Platine war eine der Mobile Maschinen 4/2016 17