Siemens był i jest narodowym koncernem elektrotechnicznym Niemiec. Rząd niemiecki na niego chucha i pieści go. Pewnie i dlatego na sucho uszło mu uprawianie w całym świecie potężnej korupcji. Niemcy bez Siemensa nie byłyby Niemcami. Siemens produkował cały asortyment półprzewodników. W 1999 roku dział półprzewodników Siemensa został wydzielony i usamodzielniony jako Infineon.
Siemens wchodził w alianse m.in z Intelem i IBM. Produkował procesory Intela. Siemens mimo iż produkował własne komputery nie był silny w mikroelektronice i miał tego świadomość.
W latach osiemdziesiątych coraz większe znaczenie miały mikrokontrollery. Siemens kupił w 1986 roku od amerykańskiego giganta AMD licencje na mikrokontroller 80515 i 80C515 wykonany w technologi CMOS oraz na wydajny mikrokontroller 16 bitowy rodziny C166. 80515 to mikrokontroller Intela 8051 z dodanymi licznymi i bardzo użytecznymi peryferiami. Jeszcze bardziej rozbudowane peryferia miał układ 80C517. Mikrokontrollery Siemensa były też znakowane kodowo przez Boscha w jego urządzeniach ale lista "odpowiedników" dość szybko "wyciekła".
Linie C166 stopniowo wzbogacono o kolejne mikrokontrollery z ciekawymi interfejsami, pamięcią EEprom i Flash. Prosty rozkaz wykonywany jest w dwóch cyklach zegarowych, mnożenie jest czterokrotnie wolniejsze a dzielenie dziesięciokrotnie. Procesor na tle najlepszych jednostek tego czasu a więc procesorów sygnałowych DSP rodziny TMS320 był wolny ale na tle zwykłych mikrokontrolerów szybki.
Dostępny był płatny kompilator języka C jak i zestawy uruchomieniowe.
Procesory rodziny C166 były i są używane nieomal wszędzie - telefon komórkowy Siemensa, motoryzacja, elektronika przemysłowa, elektronika medyczna, urządzenia wojskowe... Linia mikrokontrollerów rodziny C166 żyje już 30 rok !
Stosowany jest szybki szeregowy systemowy interface komunikacyjny InterBus. Interfejs ten został opracowany przez niemiecki Phoenix Contact. Drugi chip na płytce sygnałowej to intefejs InterBus typu SUPI 3. Rozwiążanie InterBus jest przestarzałe i wygląda na to że Kuka alternatywnie mogła zastosować interfejs CAN, wynaleziony przez Boscha. Na płytce jest bowiem puste miejsce na zamontowanie ( wlutowanie ) drivera CAN i gniazdko do wtyku przewodu połączeniowego. Procesor C164 ma interface CAN.
Procesory rodziny C166 stosowano w energoelektronice mocy 100W do 1GW !
Na przykładzie Siemensa doskonale widać organizującą rolę jaką w gospodarce odgrywa Siemens i inne potężne koncerny organizujące całą gospodarkę. Można przyjąć za pewnik że konstruktorzy sterowania KRC2 dostali od Siemensa jakiś prototyp servo, teksty zródłowe programów, narzędzia a nawet zostali przeszkoleni przez ludzi Siemensa.
Energoelektronika jest od dekad zdominowana przez tranzystory mocy IGBT. Co ciekawe w 1971 roku znane były już teoretycznie wszystkie współczesne przyrządy mikroelektroniczne poza tranzystorem IGBT, który jakoś uszedł uwadze badaczy.
Współczesne tranzystory IGBT mają bardzo szeroki obszar bezpiecznej pracy. Wiele tranzystorów IGBT ma deklarowaną zdolność przeżycia ponad 1000 "zwarć". Zwarcie definiowane jest jako praca tranzystora z napięciem Uce najczęściej 0.5xUcem przy pełnym wysterowaniu bramki przez okres 5usec. Przez tranzystor pod napięciem płynie wówczas prąd nawet 10 krotnie większy niż nominalny maksymalny! Moc strat w przyrządzie w czasie tego impulsu jest astronomiczna. Takie ekstremalne-koszmarne incydenty niestety wpływają na zdrowie i kondycje tranzystora i jego żywotność.
Wytrzymałość kluczy IGBT rzutuje na wymogi i stopień komplikacji systemu ich ochrony. W generacji sterowań KRC1 stosowano skomplikowane drivery HCPL316 szybko lokalnie reagujące już na wyjście tranzystora IGBT z nasycenia.
Fizyka półprzewodników żyje i cały czas się rozwija. Możliwe że tranzystor IGBT zostanie za lata zdetronizowany przez Mosfety w technologii SiC.
Na płytce sygnałowej servodrive KCR2 umieszczono zasilacz impulsowy zasilany z systemowego napiecia 24Vdc. Sterownik UC3842 steruje wykonawczego mosfecika IRFR220 a ten małe trafko impulsowe. Za prostownikami zasilacza SMPS zastosowano stabilizatory liniowe.
Interface InterBus obsługują dwa drivery 6LB179. Sygnałowe GND jest nieizolowane i wspólne dla całego systemu !
Urządzenia przemysłowe są długowieczne i powinny pracować ciągle 20 i więcej lat. Oczywiście w tym okresie są serwisowane.
Sfatygowana termicznie izolacja servo-silnika może ulec w końcu uszkodzeniu. Uszkodzą się zginane przewody. W każdym takim przypadku zwarcia servodrive musi ochronić swoje klucze mocy a także chronić obsługę przed porażeniem i pożarem oraz zachować zdiagnozowane informacje. Po tym m.in. poznany dopracowane sterowanie od niedopracowanego że spokojnie toleruje ono zwarcia.
W poważnym laboratorium koncernu dokonuje się różnych prób będąć przygotowanym na najgorsze a w tym pożar czy wybuch.
Na płytce mocy servodrive KSD1-16 zastosowano prosty trójfazowy moduł IGBT typu SKiiP 31 AC 12 T2 niemieckiej (!) firmy Semikron. Moduł nie ma ani prostownika sieciowego, ani tranzystora rezystora hamulca ( bowiem zastosowano zasilacz centralny ) ani też rezystorów pomiarowych prądu.
Przemyślna konstrukcja modułu ma zapewnić duża trwałość tranzystorów a także łatwość ( automatycznego ) montażu.
Dostępne na YouTube filmy pokazują wymianę modułu IGBT.
Prądy fazowe w systemie trójfazowym bez przewodu zerowego się bilansują i wystarczający jest teoretycznie pomiar dwóch prądów faz. W servodrive KSD1-16 zastosowano trzy sensory prądu LTS15-NP - www.lem.com/docs/products/lts_15-np.pdf
Firma LEM od lat jest światowym liderem w badaniach i produkcji sensorów prądu bazujących na efekcie Halla i przyrządzie Flux Gate.
Nisza zajęta przez LEM tylko pozornie jest mała. Sensory były i są drogie !
Sensor LTS15-NP pracuje w nadążej zamkniętej pętli sprzeżenia zwrotnego. Sensory nadążne są znacznie precyzyjniejsze od pracujacych w otwartej pętli ale też i znacznei droższe. Prądowe uzwojenie pierwotne w zależności od aranżacji ścieżek PCB ma 1,2 lub 3 zwoje. Kompensujące uzwojenia wtórne ma 2000 zwoi i jest sterowane przez wzmacniacz w układzie mostkowym co nie od razu na poglądowym schemaciku jest widoczne.
Wyjścia sensorów prądów podane są na układ kondycjonujący wykonany na poczwórnych wzmacniaczach operacyjnych LM224 i dalej do przetwornika A/D mikrokontrollera oraz do układu z poczwórnymi komparatorami LM339 detekującego zwarcia. System ten natychmiast wyłącza sterowanie driverów tranzystorów mostka IGBToraz generuje przerwanie dla mikrokontrollera.
Sensory LTS15-NP mają niepożądany efekt Slow Rate identyczny z tym występujacym w układach wzmacniaczy operacyjnych limitujący pasmo wielkosygnałowe co opóźnia reakcje na zwarcia gdy prąd bardzo szybko narasta. Jednak system jest wystarczający dla współczesnych (!) tranzystorów IGBT. Z dwoma sensorami prądów fazowych realizacja ochrony zwarciowej jest niemożliwa bowiem w sytuacji zwarcia doziemnego prądy trzech faz się nie bilansują
Dokładność pomiaru prądów fazowych rzutuje na jakość servodrive a szczególnie na szkodliwe pulsacje momentu napędowego i dokładność pozycjonowania. Program mikrokontrollera musi kompensować zarówno stałoprądowy offset mierzonych prądów jak i długoczasową zmianę skali sensorów. Oczywiście prądy z trzech sensorów się nie bilansują i to służy do wyliczenia współczynników korekcji.
Na płytce mocy servodrive umieszczono też pamieć identyfikacyjną X25170 - 2K EEprom, bowiem przecież płytki mocy mogą być różne w zależności od ich mocy.
Tranzystory modułu IGBT sterowane są przez 6 optocouplerów Avago HCPL-J312. Znów są to elementy drogie. Dokumentacja zwraca uwagę na to że sterowanie LED-ów optocouplerów musi brać pod uwagę szkodliwe sprzężenie pojemnościowe między LEDem a dioda odbiorczą optocouplerów górnych driverów IGBT gdzie mamy szybki skok wysokiego napięcia zasilania mostka w momencie przełączania tranzystorów mocy. Wskutek niechcianego sprzężenia może dojść do wielokrotnych przełączeń kluczy IGBT i ich uszkodzenia .
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz