Diplomarbeit
Entstehung
Inhalt
Abkürzungen
Einleitung
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Konzept
Umgebung
Hardware
Software
Funktionsweise
Zusammenfassung
Anhang
Umgebung

4 Hardware - bestehende Systemumgebung


4.1 Überblick

Die Firma Brankamp stellt Systeme zur Steuerung und Überwachung von metallverarbeitenden Prozessen her. Dabei liegt besonderes Augenmerk auf der Qualitätskontrolle (QC) der hergestellten Werkstücke. Zu diesem Zweck wurde ein PC-gesteuertes Qualitätssicherungs-System entwickelt, welches eine flexible, reproduzierbare, zentral gesteuerte Überprüfung und eine einfache und effiziente Dokumentation der Eigenschaften der hergestellten Werkstücke ermöglicht (wichtig für Zulieferer der Automobilindustrie).

Ein MS-DOS-kompatibler Rechner stellt dabei das zentrale Steuersystem dar, an dem alle weiteren Komponenten des QC-(Quality Control)-Systems über eine serielle RS232-Schnittstelle angeschlossen werden. Dabei handelt es sich um teilautonome Terminals mit der internen Bezeichnung Prozessa 2090, welche einen vom übergeordneten PC vorgeschriebenen Prüfplan, (der die Reihenfolge und Art der Qualitätspruefung beschreibt), über Bildschirmmasken dem Bediener mitteilen, die ermittelten Daten aufbereiten und an den PC senden. Für diese Terminals entwickelte die Firma eine eigene Prozessorkarte mit der firmeninternen Bezeichnung MPC104 nebst einem eigenen Betriebssystem.


4.2 Der Multiplexer 1080

Die Meßdaten werden mit digitalen Meßmitteln fremder Hersteller ermittelt und über einen Meßmittelmultiplexer an das Terminal übergeben. Diese Meßmittel (Messschieber, Innenmessgeräte, Messschrauben, Barcodeleser, Waagen, Oberflächenpruefgeräte, Härtemessgeräte etc.) senden die Meßdaten über serielle digitale Schnittstellen der unterschiedlichsten Arten an den Multiplexer. Dabei ist es die Aufgabe des Multiplexers, diese Daten zu lesen, in ein Standard-Format zu konvertieren und an das Terminal zu senden. Meist werden die Daten per Fussschalter, der an den Multiplexer angeschlossen werden kann, angefordert. Es wird dann ein entsprechender Befehl an das Meßmittel gesendet, welches dann sofort mit der Übergabe der Daten beginnt. Der Multiplexer kann nicht ohne das Terminal Prozessa 2090/2095 verwendet werden, da er einerseits seine Versorgungsspannung aus dem Netzteil des Terminals bezieht und andererseits nicht zur Aufbereitung der Meßmitteldaten (was innerhalb des Terminals geschieht) konzipiert wurde. Die Software für das Bearbeiten der vom PC gesendeten Pruefpläne und -vor allem- die Hardware des Multiplexers 1080 ist derart komplex, dass trotz Assemblerprogrammierung und Auslagerung des Bildschirms bei der sonst mit der Prozessa 2090 baugleichen Prozessa 2095 der Terminal- und Multiplexerteil nicht in einem Gerät zu realisieren waren.


4.2.1 Die Prozessorplatine im Multiplexer

Der Multiplexer mit der Typbezeichnung 1080 arbeitet mit einer ebenfalls von Brankamp selbst entwickelten Prozessorkarte mit der Bezeichnung "MPC 104" im Euro-Platinen-Format (100*160mm) auf der Basis eines 6802-Prozessors von Motorola. Über einen Portbaustein (Peripheral Interface Adapter PIA: MC6821 ebenfalls von Motorola) und drei Bustreiber (74HC245) wird ein Brankamp-eigener Systembus gesteuert. Weiterhin befindet sich auf der Prozessorplatine eine Echtzeituhr vom Typ MM58174 und ein universeller interruptfähiger Timer vom Typ Motorola MC6840 und diverse Hilfsbausteine.

Ein RAM-Speicher (Random Access Memory) der Grösse 8 kByte, in dem die ermittelten Meßdaten und andere veränderliche Variablen zwischengespeichert werden und drei EPROMS (Erasable and Programmable Read Only Memory), mit jeweils 8kByte Speicherkapazität, welche den Programmcode und Konstanten enthalten, bilden den Speicher des Prozessorsystems. Die den Multiplexer steuernde Softwarewird mit einem Cross-Assembler auf einem MS-DOS-kompatiblen Rechner erstellt und in die EPROMs programmiert.

Die folgende Grafik erläutert die Speicheraufteilung auf der MPC 104:

Speicheraufteilung


Abb. 8: Speicheraufteilung auf der MPC 104


4.2.2 Der MPC-Bus

Der MPC-Bus ist ein 64-poliger Prozessorbus, an den alle für den Betrieb von Peripherieschaltungen am 6802- Prozessor erforderlichen Leitungen herangeführt sind. Sämtliche Signale am MPC-Bus sind durch die Treiber auf der MPC 104 TTL-kompatibel.

MPC Bus Pinbelegunga-Seite:

die ManReset-Leitung, welche auf "Low" Pegel gelegt werden muss, um den Prozessor in die Reset-Routine zu zwingen, in der das gesamte System neu initialisiert wird

die Reset-Leitung, die bei einem Prozessor-Reset durch einen Low-Pegel die peripheren Bausteine zurücksetzt

der 1MHz-Prozessortakt F2

die Read / Write-Leitung, welche bei Schreibvorgängen des Prozessors auf "Low" liegt

8 Datenleitungen D0..D7

16 Adressleitungen A0..A15

das VMA-Signal, das durch einen High-Pegel die Gültigkeit der an A0..A15 anliegenden Adresse anzeigt

die IRQ-Leitung, welche den Prozessor bei einem Low-Pegel in die Interruptroutine springen lässt, sofern das entsprechende IRQ-Statusbit im Statusregister des Prozessors gesetzt ist

an Pin 31 liegt die 5V-Versorgungsspannung für die Logik-Bauteile

an Pin 32 liegt die Betriebserde GND

Abb.: 9: Der MPC-Bus    

Die Pins 31a und 31b sowie 32a und 32b sind schon auf der Busplatine miteinander verbunden, um einen größeren Querschnitt für die Leiterbahnen zur Stromversorgung zu erhalten, so dass die Unterscheidung zwischen AGND (analoge Masse) und DGND (digitale Masse) auf dem Bus nicht mehr gegeben ist.

Auf der b-Seite werden ansonsten nur noch die beiden Spannungen an Pin 1b (-15V) und 2b (+15V) auf dem Meßmittelinterface verwendet, die anderen Leitungen bleiben offen. Da die Versorgungsspannungen für den Multiplexer bisher von dem Terminal 2090 geliefert wurden und sich der Leistungsbedarf mit acht der neu entworfenen Interfaceplatinen erhöhen könnte, wird zur Stromversorgung des neuen Multiplexers ein bei Brankamp schon vorhandenes Netzteil eingesetzt.

Die Pins 3b und 4b sollen laut Angaben in den technischen Bulletins der Firma Brankamp die oben angegebenen Versorgungsspannungen führen, jedoch waren die Leitungen bei dem zur Verfügung gestellten Netzteil nicht spannungsführend, was sich jedoch nicht nachteilig auswirkte, da die Leitungen auf dem Meßmittelinterface ohnehin nicht benötigt werden.

Die nicht belegten Leitungen des Busses auf der b-Seite sollten nicht verwandt werden (obwohl sie auf der Busplatine durchaus durchverbunden sind) da sie mitunter spärlich dokumentierte Signale führen, welche von anderen MPC-Platinen für diverse Sonderzwecke benötigt werden.


4.2.3 Gehäuse-Vorgaben

Die gesamte Schaltung sollte nach Vorgabe der Firma Brankamp auf einer Platine im genormten Euro-Format (160*100mm ) aufgebaut werden. Der Anschluss an den MPC-Bus erfolgt über eine ebenfalls vorgegebene 64-polige Standard-Messerleiste. Ausserdem sollten die Meßmittel über einen 25-poligen Sub-D-Stecker angeschlossen werden, um einerseits eine ausreichende Pinanzahl zur Verfügung zu haben und andererseits der weiten industriellen Verbreitung dieses Steckertyps Rechnung zu tragen. Als weiteren Vorteil kann man die Signale der seriellen RS 232-Schnittstelle, welche sich ebenfalls auf der Interface-Platine befinden sollte, direkt auf die in der DIN 66020 festgelegten Pins des Steckers legen und kann so Standard-RS232-Kabel ohne größere Änderungen verwenden. An jede Platine sollte auf der vorderen Querseite eine Frontplatte befestigt werden können, auf der sich der erwähnte Meßmittel-Stecker, ein Taster zur Meßmittelmodul-Auswahl und eine LED zur Anzeige, dass die Interfaceplatine vom Prozessor selektiert wurde, befinden sollte.

Zusätzlich musste auf der Frontplatte noch ein Freiraum von etwa 3*3cm Grösse bleiben, auf dem man in einer kleinen PVC-Tasche eine Beschriftung anbringen kann, damit der Anwender weiss, für welche Art von Meßmittel die Interface-Platine konfiguriert wurde. Schliesslich musste das gesamte Gerät im Endausbau (Netzteil, 8 Interfacemodule, eine RS232-Karte zur 2090 etc.) mechanisch in die vorhandenen 19-Zoll-Gehäuse passen.

Da ich durch diverse Probleme aufgehalten wurde, konnte die endgültige Ausführung der Meßmittelmodule während der Diplomarbeit nicht mehr fertiggestellt werden, so dass die Frontplatte noch nicht vorhanden ist und der Modul-Auswahltaster noch in Form eines Mikroschalters die endgültige Ausführung simuliert.

© 2001 Marcel Sieling, http://www.powerslider.de
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