Die »Prynamics«-Regler von Cosateq bieten jetzt eine noch größere Schnittstellenvielfalt
Reglersysteme nach Maß
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Aktive CAN-Bus-Karten
Neu von Cosateq sind auch die beiden aktiven CAN-Bus-Karten »CO-PCICAN/4« für PCI-Bus und »CO-cPCICAN/4« für CompactPCI. Sie entlasten den Host-PC von zahlreichen Kommunikationsaufgaben. In zeitkritischen Anwendungen wie etwa HiL-Prüfständen (Hardware-in-the-Loop) bleibt dem Host mehr Zeit für die Ausführung des Simulationsmodells. Im Loopback-Betrieb hat das Unternehmen 11,5 µs Rechenzeit pro empfangene Nachricht ermittelt.
Die CAN-Karten unterscheiden sich in einem wesentlichen Detail von klassischen aktiven Baugruppen: »Cosateq hat bei der Entwicklung der beiden Karten auf eine möglichst geringe Anzahl von Buszugriffen geachtet, die sich in der Hauptsache auf den Datentransfer beschränken«, erläutert Geschäftsführer Martin Siemens das Design-Konzept. »In klassischen aktiven CAN-Boards kommuniziert der PC über die Bus-Schnittstelle direkt mit einem Mikrocontroller auf der Karte. Der PC stellt beispielsweise eine Anfrage an den Mikrocontroller und wartet, bis dieser antwortet.« Untersuchungen an solchen Karten hätten gezeigt, dass selbst ein Design mit zwei 32-Bit-Mikrocontrollern auf der Karte oft nicht ausreiche, um in einem HiL-Prüfstand Daten aus vier Kanälen kontinuierlich an den Host-Bus zu übergeben.
»In Maschinenbau, Automobilindustrie sowie Luft- und Raumfahrt gehören Prüfstände auf HiL-Basis mittlerweile zum Stand der Technik«, verdeutlicht Siemens. »Bei einem HiL-Prüfstand wird eine reale Komponente, beispielsweise ein Steuergerät, in einer Regelschleife betrieben, während die Regelstrecke, beispielsweise ein Prozess in einer Fertigungsanlage, in Echtzeit vom Host simuliert wird. Klassische CAN-Bus-Karten sind hier oft der Flaschenhals.«
Das Design von Cosateq nutzt zur Kommunikation zwischen Mikrocontroller und Host-Bus-Interface ein Dual-Ported RAM (DP-RAM). Jeder der beiden 32-Bit-Mikrocontroller ist über ein DP-RAM an das Host-Bus-Interface angebunden. Weil sowohl der Host-Bus (PCI oder CompactPCI) als auch die beiden Mikrocontroller relativ unabhängig voneinander auf die DP-RAMs zugreifen können, muss der PC nicht auf die Mikrocontroller warten, sondern kann seine Daten direkt aus dem DP-RAM auslesen bzw. hineinschreiben. Das gesamte CAN-Bus-Protokoll-Handling wird vom Controller erledigt. Die CAN-Bus-Telegramme werden in Warteschlangen (Queues) zwischengespeichert.
Weil die maximale Geschwindigkeit des CAN-Busses nur 1 MBit/s beträgt, überlastet selbst eine hohe Anzahl von zu empfangenden oder zu sendenden CAN-Bus-Telegrammen einen normalen PC nicht. »Im PC könnte beispielsweise ein Matlab-Modell unter Scale-RT laufen«, führt Siemens aus. »Die empfangenen CAN-Telegramme werden dabei entsprechend ihrer Object-ID vom Matlab-Modell gefiltert. Wie kurz die Rechenzeit zum Abholen der empfangenen CAN-Daten ist, hat Cosateq in einer dokumentierten Versuchsanordnung herausgefunden: Im Loopback-Betrieb ermittelte das Matlab-Modell 11,5 µs Rechenzeit pro empfangene Nachricht.« Damit qualifiziere sich die Karte für viele zeitkritische Anwendungen.
Mit der Firmware legt der Anwender fest, ob die Karte im Polling- oder im Interrupt-Modus betrieben werden soll. »In Echtzeit-Umgebungen wie Scale-RT muss die Karte im Polling-Modus laufen«, legt Siemens dar. »Unter Windows oder Linux ist der Interrupt-Modus erforderlich, weil unter diesen Betriebssystemen keine deterministischen Reaktionszeiten sichergestellt sind. Der Windows- oder Linux-Betrieb bietet sich für Prüfstände und andere Anwendungen an, die an CAN angebunden werden, aber keine Echtzeitbedingungen erfüllen müssen.«
Die Karte bietet vier voneinander unabhängige CAN-Kanäle, wobei diese paarweise voneinander elektrisch isoliert sind. Alle Kanäle sind frei konfigurierbar. Cosateq stellt Treiber für Scale RT, Windows, Linux, LabVIEW und Agilent VEE zur Verfügung. CANopen wird durch das Open-Source-CANopen-Framework »CANfestival« unterstützt. Prinzipiell kann der Anwender die Karte an jede Umgebung anpassen, die Raw-CAN-Daten benötigt.
SPS/IPC/DRIVES 2011, Halle 3, Stand 161
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