Datenblatt SP-1200

SP-1200 Mainframe – IRS-Produkt 121466 SP-1200, Switching Platform Mainframe 12 slot, v2; Hardwareversion 2.0.

2.1Allgemeine Beschreibung

Die IRS Switching Platform ermöglicht eine standardisierte, modulare und skalierbare Integration von Schaltaufgaben in automatisierten Prüfsystemen. Typische Aufgaben sind Lastschaltung, Leistungsmatrix-Schaltung, Kommunikationsverteilung, Strommessung im Lastpfad und Signalaufbereitung. IRS bietet ein Portfolio an Modulen für diese Schaltfunktionen; weitere Module können von der IRS GmbH auf Anfrage entwickelt und gebaut werden.

Der SP-1200 Mainframe ist ein 19‘‘-Rack mit 7HE, das die Schaltzustände von bis zu 12 Einschubmodulen mit 6HE Höhe und 6TE Standardbreite steuert.

Die Switching Platform Modules (SPM) bieten verschiedene Stromklassen (2A, 10A, 30A, 70A), Platz für die Montage von Lasten, Anschlussmöglichkeiten für externe Hardware und zusätzliche Messfunktionen. Der Mainframe bietet 6 Lüfter im Boden des Racks zur Kühlung der Lasten sowie interne Selbstdiagnosefunktionen auf den meisten Modulen.

Ein interner 8-Kanal-Sense-Bus stellt Messsignale über alle Modulsteckplätze bereit und ermöglicht den Anschluss externer Messgeräte. Die Hochstrommodule (>30A) bieten eine interne Strom- und Temperaturüberwachung und aktivieren bei Überschreitung der Grenzwerte einen Error-State-Ausgang. Alle Strom- und Temperaturwerte dieser Hochleistungsmodule können per Kommunikationsbefehl ausgelesen werden.

Der SP-1200 Mainframe wird über eine TCP/IP-Verbindung gesteuert; bis zu 15 Mainframes lassen sich an einer TCP/IP-Schnittstelle zusammenschalten, um die Gesamtzahl der Schaltkanäle zu erhöhen.

2.2Sicherheitshinweise

• Nur für den Einsatz im spezifizierten DC-Eingangsbereich von 24Vdc und in elektrischen Netzen mit Schutzleiter (PE).
• Nur in geeigneten 19‘‘-Schränken einsetzen und nicht für Anwendungen an Menschen oder Tieren.
• Module (SPM) nur innerhalb der Strom- und Spannungsnennwerte einsetzen, die im Datenblatt des jeweiligen Moduls spezifiziert sind.
• Ausgänge benötigen eine ausreichende Isolation und einen Berührungsschutz.

2.3Schematische Übersicht und Bilder

2.4Lieferumfang des SP-1200

Der SP-1200 Basis-Mainframe umfasst folgende Komponenten:

• 19‘‘-Rack 7HE, 475mm Tiefe, Farbe RAL7035, EIN/AUS-Schalter, 6x Lüfter
• Backplane mit 12 Steckplätzen zur Bestückung mit µC-Karten und Schaltmodulen
• Backplane-Interface-Karte inkl. kabelseitigem Error-State-Steckverbinder
• Versorgungskarte SPB Supply inkl. kabelseitigem Steckverbinder für den Versorgungseingang
• Switching Platform Software für Einrichtung und Konfiguration
• Blindplatten 6HE und 3HE für nicht belegte Steckplätze (Vorder- und Rückseite geschlossen)

2.5Zertifizierung und Konformität

2.6Verwendete Abkürzungen

2.7Elektrische Daten

2.8Mechanische Daten

2.9Umgebungsbedingungen

2.10Kühlung des Mainframes

6 Lüfter im Boden des Mainframes (1HE) erzeugen einen internen Luftstrom von ca. 900m³ pro Stunde. Sie werden aktiviert (EIN geschaltet):

• von der Backplane-Interface-Karte, wenn der Temperatursensor des Mainframes (oben mittig im Mainframe) 40°C überschreitet
• von jedem µController (SPC), der an seinem ADC eine Temperatur von >40°C erfasst (auf Modulen oder extern).

Sie werden deaktiviert (AUS geschaltet):

• wenn weder die µController (SPC) noch der Temperatursensor des Backplane-Interface >35°C messen

Die Temperaturdifferenz von 5°C verhindert ein schnelles Ein- und Ausschalten der Lüfter. Fordern z. B. 5 µController den Zustand „Fan ON State“ an, werden die Lüfter erst AUS geschaltet, wenn keiner von ihnen mehr „Fans ON“ anfordert.

Reicht die Kühlung nicht aus und steigt die Temperatur weiter an, führt jeder Temperatursensor, der den Wert von +80°C überschreitet, dazu, dass der Error State des gesamten Mainframes auf „1“ gesetzt wird.

2.11Versorgung und Integration

Der SP-1200 Mainframe verfügt an der Frontplatte des Rack-Versorgungssteckplatzes über einen grünen 3-poligen Quick-Lock-Versorgungssteckverbinder für 24Vdc, GND und PE des Prüfsystemschranks.

Die mechanische Integration in den 19’’-Schrank erfolgt über Standard-L-Profilschienen. Alternativ ist eine Integration über C-Profilschienen möglich.

Das Schaubild zeigt ein Beispiel für die grundlegende mechanische und elektrische Integration von zwei SP-1200 Mainframes in einen 19’’-Schrank eines typischen Funktionsprüfsystems.

2.12Grundlegende Topologie und Auslegung

Grundlegende Aspekte zu Auslegung und Topologie der IRS Switching Platform:

• Modulares Konzept: Schaltmodulseite (6HE) für die Ausführung der Schaltvorgänge und die Unterbringung von Lasten. µC-Seite (3HE) des Mainframes für Kommunikation und Schaltsteuerung.
• Die SP-Module konzentrieren sich grundsätzlich auf die Ausführung der Schaltvorgänge und enthalten keine Steuerkomponenten. Die Schaltsteuerung erfolgt ausschließlich über eine separate µController-Karte.
• Jeder mit einem 6HE-Schaltmodul (SPM) bestückte Steckplatz benötigt eine 3HE-µController-Karte (SPC) auf der µController-Seite des Steckplatzes.
• Alle Module unterstützen den Zugriff auf den 8-Kanal-Sense-Bus. Dies ermöglicht z. B. 4 parallele Strommessungen an verschiedenen Lastkanälen.
• Kommunikation mit dem Controller des Prüfsystems über das TCP/IP-Protokoll; das Kabel wird an einen der µController (SPC) im Mainframe angeschlossen.
• Die Firmware unterstützt Multithreading zu 100% bis auf Modulebene. Das heißt, jedes Modul kann von einem eigenen Thread gesteuert werden.
• Die meisten Module bieten interne Diagnoseschaltungen und -funktionen.

2.13Merkmale und Funktionen

SP-Editor SW: Topologie und Bestückung der Produkte der IRS Switching Platform lassen sich mit einem SW-Tool konfigurieren, dem Switching Platform Editor:

• Definition und Verwaltung von SP-Projekten
• Konfiguration von Mainframes, Modulen und µC
• Auto-Setup-Funktion und Konfigurationsbericht als Datei
• Modulabhängige Parameter (z. B. Prellzeit der Relais)
• Alias-Namen für Kanäle (leicht verständliches Schalten)
• Strom- und Temperaturgrenzwerte (Hochstromkarten 30A, 70A)
• Passwortgeschützte Zugriffsebenen Operator, Developer, Administrator
• Firmware- und Datenbank-Update
• Debug-Fenster für die manuelle Steuerung
• Integrierter Request Builder für Befehle und Dokumentation
• …

2.14Backplane-Interface

2.14.1Anschlüsse und Status

Das Backplane-Interface bietet Zugriff auf den analogen Sense-Bus (8 Kan.) und den Error-State-Ausgang des SP-1200 Mainframes. Die Karte zeigt den Status des Mainframes über die LEDs Power, Error und Ethernet an und ermöglicht einen IP-Reset.

Das Interface arbeitet außerdem als Switch für die interne TCP/IP-Verteilung an jeden Steckplatz (jeder Steckplatz hat eine eigene IP-Adresse).

Für jeden SP-1200 Mainframe muss die IP-Adresse auf dieser Interface-Karte eingestellt werden.

2.14.2Einstellung der IP-Adresse

Der Standardwert der IP-Adresse jedes SP-1200 Mainframes ist: 192.168.111.0

Mit einem 4-poligen DIP-Schalter auf der Backplane-Interface-Karte (rechts neben dem Etikett mit der SNr.) lässt sich die Rack-ID von „0x0“ bis „0xE“ einstellen. Damit wird auch das High-Nibble des letzten Teils der IP-Adresse festgelegt. Das Low-Nibble ist für jeden Steckplatz per Hardware von „0x1“ bis „0xC“ vorgegeben.

Daraus ergibt sich folgende Standardstruktur der IP-Adressen im SP-1200:

Wird der Rack-ID-Schalter von „0“ auf „1“ gestellt, ändert sich der IP-Adressbereich des Mainframes:

Beispieltopologie mit mehreren SP-Mainframes:

2.14.3IP-Einstellung des Controllers

Der IP-Adressbereich einer Topologie der Switching Platform mit 15 SP-1200 Mainframes reicht von 192.168.111.1 bis 192.168.111.236. Um Kollisionen zu vermeiden, eignet sich für einen Controller (PC, Laptop, PXI-Controller, ..) z. B. die IP-Adresse 192.168.111.240.

2.14.4IP-Adresse des Mainframes ändern

Die IP-Adresse des Mainframes lässt sich über die SP-Software ändern: Rack – Change IP Address. Dazu ist eine Anmeldung als Developer erforderlich.

2.15Rack-Versorgungskarte

Die 24Vdc-Versorgungsspannung des SP-1200 Mainframes wird über den grünen 3-poligen Quick-Lock-Steckverbinder angelegt. Zum Abziehen des Steckverbinders müssen beide Verriegelungsfedern gedrückt werden.

+24Vdc, GND und der PE des Prüfsystems müssen angeschlossen werden; der kabelseitige Steckverbinder ist im Lieferumfang enthalten. Der Eingang ist mit 16A abgesichert.

Alle Leitungen benötigen einen Querschnitt von mindestens AWG14 bzw. 2,5mm².

2.16Switching Platform SW

Mit jedem SP-1200 Mainframe wird die Switching Platform SW ausgeliefert. Die Installation dieser SW stellt .NET-API-Funktionen, Wrapper-Funktionen für C, die IRS-Moduldatenbank und einen SP-Editor bereit.

Der Switching Platform Editor ist ein Tool für die komfortable Konfiguration der gesamten Topologie der Switching Platform im Prüfsystem. Mit diesem Tool lassen sich alle Mainframes und ihre IP-Adressen einschließlich ihrer Modulbestückung definieren und in einer Projektdatei speichern.

Die Projektdatei muss zu Beginn der Testsequenz geladen werden, um alle Schaltpfade und weiteren Funktionen steuern zu können.

Folgende Dateien werden bereitgestellt: .exe-Dateien für die Installation auf 32-Bit- oder 64-Bit-Systemen, Firmware für die SP-µController (.ebin-Datei) und die SP-Moduldatenbank (.spm-Datei), die alle verfügbaren SP-Module und ihre Parameter enthält.

Zum Ausführen der SP SW muss auf dem Controller das .NET Framework 4.7 installiert sein.

2.17Messung über den Sense-Bus

Die internen Sense-Busse 1..4 können über 4x SMB-Buchsen mit externen Messgeräten verbunden werden (z. B. über eine Messmatrix). Shunts oder Stromwandler auf den Lastkanälen lassen sich durch Schließen der Sense-Relais auf dem Modul auf die Sense-Busse 1..4 schalten.

Diese Topologie ermöglicht grundsätzlich 4 parallele Messungen im SP-Mainframe. Nicht jeder Lastkanal kann auf jeden Sense-Bus geschaltet werden; die möglichen Verbindungen sind im Datenblatt des jeweiligen Moduls festgelegt.

Die Firmware stellt sicher, dass immer nur ein Sense-Relais gleichzeitig mit einem Sense-Bus verbunden ist. Ist bereits ein anderer Kanal verbunden, gibt die API-Funktion einen Fehler zurück.

Beispiel mit 70A-Hochstrommodul:

2.18Error State

Der Error-State-Ausgang meldet interne Fehler des Mainframes an Geräte außerhalb des Mainframes, damit diese auf kritische Zustände reagieren können. Jede µC-Karte (SPC) überwacht über ADC-Eingänge die Strom- und Temperatursensoren des Moduls im zugehörigen Backplane-Steckplatz. Bei Überschreitung eines Grenzwerts setzt die SPC den Error State für den gesamten Mainframe auf „1“.

Hauptzweck ist der Anschluss des Error-State-Ausgangs an den Interlock-Eingang eines Netzteils, damit das Netzteil im Fehlerfall abschaltet und potenziell gefährliche Spannungen und Ströme von Prüfsystem und Prüfling nimmt.

Der Error State kann z. B. auch mit dig. I/O-Geräten verbunden werden, die der Controller des Prüfsystems ausliest, um in der Testsequenz auf den Fehlerzustand zu reagieren.

Der Error State wird auf „1“ gesetzt (d. h. der Relaiskontakt öffnet):

• Überstrom: Die Stromüberwachung eines beliebigen Lastkanals hat einen Strom oberhalb der eingestellten Grenzwerte erkannt (im SP-Editor standardmäßig oder kundenspezifisch eingestellt).
• Übertemperatur: Die Temperaturüberwachung eines beliebigen Lastkanals oder Moduls hat eine Temperatur oberhalb der eingestellten Grenzwerte erkannt (im SP-Editor standardmäßig oder kundenspezifisch eingestellt). Einige Module bieten zusätzlich externe Temperatursensoren. Diese Sensoren lassen sich auch außerhalb des SP-Mainframes einsetzen, z. B. im Schrank des Prüfsystems. Unabhängig von den SP-Modulen hat der Mainframe einen Temperatursensor oben mittig im Rack. Über das Backplane-Interface aktiviert dieser Sensor bei >40°C die Lüfter und meldet bei >80°C ebenfalls eine Übertemperatur.
• Firmware-Freeze: Die intern laufende Firmware setzt den Error State fortlaufend auf „0“ zurück. Wird diese Funktion nicht ausgeführt, schaltet der Error State durch HW-Schaltungen auf „1“.

Solange der Error State „1“ ist, erhält jeder an den Mainframe gesendete API-Befehl eine entsprechende Fehlermeldung und wird nicht ausgeführt.

Der Error State kann per API-Funktion zurückgesetzt werden.

Funktionsschaltbild mit 70A-Hochstrommodul:

2.19Bestücken und Entnehmen von Modulen

1. Trennen Sie die 24V-Versorgung oder schalten Sie den Mainframe aus, bevor Sie Karten stecken/entnehmen.
2. Um Module zu entnehmen, lösen Sie zuerst die Schrauben der Blenden oben und unten am SPM-Halter
3. Drücken Sie dann gleichzeitig die grauen Verriegelungen und
4. bewegen Sie die Halter, um die Karten von der Backplane und den Kabelsteckverbindern der Module abzuziehen
5. Ziehen Sie das Modul vorsichtig aus dem Steckplatz
6. Bei einigen Modulen sind Bauteile auf der Unterseite der Leiterplatte (linke Seite) bestückt. Um eine Kollision mit den Blenden benachbarter Module und eine Beschädigung des Moduls zu vermeiden, muss die Bewegung sehr feinfühlig erfolgen.

Zum Stecken von Modulen führen Sie die Schritte in umgekehrter Reihenfolge von 5. bis 2. aus, bei spannungslosem oder AUS geschaltetem Mainframe.

2.20Liste der verfügbaren Module

2.21Ersatzteilliste

2.22Produktsupport

• IRS-Homepage: www.irs.systems
• E-Mail-Kontakt: info@irs.systems