Hallo Leute, ich hoffe ich bin hier richtig. Folgendes Szenario: Eine elektrische Heizung wird über ein PWM-Signal gesteuert. Das PWM-Signal wird von einem Mikrocontroller erzeugt und dann über eine entsprechende Treiberstufe auf die Heizung gegeben. Die Temperatur der Heizung wird durch verschiedene Temperatursensoren überwacht, welche hier aber nicht von belang sein sollen. In der Nähe der Heizung, an einer Dichtung, wird die maximal zulässige Temperatur, bei welcher die Dichtung noch stabil ist, über einen Thermoschalter überwacht. Kommt die Heizung aufgrund eines Fehlers, welcher Art auch immer, außerhalb ihres zulässigen Bereichs, so dass der Thermoschalter auslöst, soll die Heizung abgeschaltet werden. Das Problem: Die Heizung heizt einen empfindlichen Keramikkörper auf ungefähr 700°C. Würde die Heizung plötzlich abgeschaltet werden, so würde es zu Rissen im Keramik kommen. Daher muss das PWM-Signal langsam heruntergeregelt werden. Aus sicherheitstechnischen Gründen darf diese Herunterregelung nicht durch den Mikrocontroller geschehen, sonder muss durch eine spezielle Schaltung vorgenommen werden. Die Frage: Ich bin auf der Suche nach ein paar Ansätzen, wie man eine solche Schaltung zum langsamen herunterregeln der Heizung realisieren könnte.
Kann dann nicht hart auf eine sichere Stufe umgeschaltet werden? Z.b. über ein Widerstand? Parallel dazu ein alarm? Es fehlen ein paar Infos, vor allem wie schnell reagiert das Heizelement? Wie schnell müsste runtergeregelt werden? Und wie viel Leistung (bei welcher Spannung) ist im Spiel?
Bei dem Heizelement handelt es sich um eine einfache Widerstandsheizung, sie reagiert also relativ schnell. Die Leistungsaufnahme beträgt etwa 50W bei 28V. Es sollte so schnell wie möglich heruntergeregelt werden, ohne das das Keramik schaden nimmt. Wie schnell das genau ist kann ich aktuell leider noch nicht sagen :-(
Hallo Jens, zunächst müsste man mal klären, woher die Anforderung: " Jens K. schrieb: > Aus sicherheitstechnischen Gründen darf diese Herunterregelung nicht > durch den Mikrocontroller geschehen, sonder muss durch eine spezielle > Schaltung vorgenommen werden. " kommt. Darf bzw. soll es nicht derselbe MCU sein (Multi-Core MCU berücksichtigt?)? Es gibt da ja z.B. auch "Lock-Step"-MCUs... Darf es denn ein zweiter "Watchdog-MCU" sein? Oder soll es diskret aufgebaut werden? Da fiele mir spontan ein Duty-Cycle-to-Voltage-Converter ein (LTC2645), um den letzten Duty-Cycle des MCUs zu erfassen und dann dahinter wiederum ein Voltage-to-Duty-Cylce-Converter (LTC6992) um daraus wieder eine PWM zu machen. Dazwischen das Signal noch ein bisschen dämpfen, damit es langsam abklingt. Müsste man sich noch Gedanken machen, wie man im Fehlerfall umschaltet... vielleicht eine Wired-OR-Verbindung...? Aber zuerst muss man sich über die Anforderungen klar sein und sie vollumfänglich verstehen (auch den Hintergrund). Grüße, Alex
Eine PWM kann man auch anlog erzeugen (Sollwert auf Komparator und Dreieckspannung oder Sägezahn auf 2. komparatoreingang. Den Sollwert könnte man ja langsam herunterfahren. Das Problem ist aber herauszufinden wie stark die aktuelle Heizung heizt. Meines Erachtens wäre eine komlette 2. Heizungsregelung, mit eigenem Sensor, die dann übernimmt und geordnet runterfährt das Beste.
Alex B. schrieb: > Duty-Cycle-to-Voltage-Converter ein (LTC2645) Man lernt hier doch immer wieder dazu :-)
Vielen Dank schon einmal für die Anregungen! Die Fehlerschaltung zum herunterregeln soll diskret aufgebaut werden, damit im Falle der Fehlfunktion des Mikrocontrollers die Heizung trotzdem geregelt heruntergefahren werden kann.
Die Idee von Alex gefällt mir recht gut. So würde die Regelung im Fehlerfall auch immer bei dem letzten PWM-Wert des Mikrocontrollers starten
Warum den Aufwand, das ist eine Sicherheitsmaßnahmen die im Normalfall nicht eintreten wird. "einfache Widerstandsheizung" klingt jetzt auch nicht so als würde da viel Geld draufgehen. Falls das Häufiger Auftritt solltest du lieber mehr Zeit in die hard/Software stecken als in die Notfallabschaltung.
Jens K. schrieb: > In der Nähe der Heizung, an > einer Dichtung, wird die maximal zulässige Temperatur, bei welcher die > Dichtung noch stabil ist, über einen Thermoschalter überwacht. > Kommt die Heizung aufgrund eines Fehlers, welcher Art auch immer, > außerhalb ihres zulässigen Bereichs, so dass der Thermoschalter auslöst, > soll die Heizung abgeschaltet werden. Jens K. schrieb: > Aus sicherheitstechnischen Gründen darf diese Herunterregelung nicht > durch den Mikrocontroller geschehen, sonder muss durch eine spezielle > Schaltung vorgenommen werden. Was spricht dagegen, einen zweiten Controller einszusetzen (der erste macht die Regelung) der diesen Pfad völlig getrennt macht. Damit hast Du ein zweikanaliges diversitäres System. Die beiden können sich auch noch über ihren Zsuatnd unterhalten (seriell z.B.) und gemeinsam Aktionen am Ausgang vereinbaren (Beide sehen die Temperatur zu hoch, also wird zweikanalig abgeschaltet), ... rgds
Sudo schrieb: > Warum den Aufwand, das ist eine Sicherheitsmaßnahmen die im Normalfall > nicht eintreten wird. Sudo schrieb: > Falls das Häufiger Auftritt solltest du lieber mehr Zeit in die > hard/Software stecken als in die Notfallabschaltung. Es gibt in der Industrie Anforderungen nach Mehrkanaligkeit die Du nicht mit einem Controller erledigen kannst (Maschinenrichtlinie, IEC13849, IEC 61508, ...). rgds
Man sollte nicht vergessen, dass eine komplexere Schaltung eine hoehere Ausfallwahrscheinlichkeit hat. Man koennt zB ein CPLD mit der PWM erzeugung beauftragen und dem auch gleich mitgeben, dass bei aussetzender Ansteuerung heuntergefahren wird. Ein Widerstand der heruntergefahren werden muss ist etwas seltsam. Was geschieht bei einem Stromausfall ? Pufferbatterie ? Wie prozessrelevant ist ein Ausfall des Widerstandes ? Allenfalls diesen Widerstand redundant ausfuehren ?
Oder D. schrieb: > CPLD mit der PWM > erzeugung beauftragen und dem auch gleich mitgeben, dass bei > aussetzender Ansteuerung heuntergefahren wird. Da ich denke dass das - wenn zweikanalig auführbar - mit dem Thema "industrial Safety" zu tun hat bei dem die 61508 ins Spiel kommt. Da denke ich auch dass das Thema CPLD und Sicherheitsbewertung nicht so ganz einfnach sein wird. Oder D. schrieb: > Ein Widerstand der heruntergefahren werden muss ist etwas seltsam. Was > geschieht bei einem Stromausfall ? Pufferbatterie ? Der Punkt ist allerdings sehr fein beobachtet :) rgds
Alex B. schrieb: > Voltage-to-Duty-Cylce-Converter (LTC6992) Jetzt gibts sogar schon den Tiefpass als IC duckundweg
Ist die Unversertheit des Keramikkörpers sicherheitsrelevant? Falls nicht ist das langsamme herunterfahren quatsch, bzw. lindert nur defizite die an anderer Stelle vorhanden sind. Bei korrekter Auslegung tritt die Abschaltung nur im Notfall auf den Plan. Solange der Regler funktioniert wird man immer eine Reserve von mehreren Grad haben. Vom letzten Duty-Cycle auszugehen halte ich auch für Unfung. Die Abschaltung kann nur vorkommen wenn der Regler versagt hatte, also potentiell ein zu hoher Duty-Cycle eingestellt ist. Bis dann in der Abkühlphase von 100% PWM auf z.B. sichere 50% PWM runtergefahren ist ist die Dichtung durch...
Michael K. schrieb: >> Voltage-to-Duty-Cylce-Converter (LTC6992) > > Jetzt gibts sogar schon den Tiefpass als IC Das war auch mein erster Gedanke :-) Stephan H. schrieb: > Vom letzten Duty-Cycle auszugehen halte ich auch für Unfung. Die > Abschaltung kann nur vorkommen wenn der Regler versagt hatte, also > potentiell ein zu hoher Duty-Cycle eingestellt ist. Sehe ich prinzipiell auch so. Daher auch mein erster Kommentar: Alex B. schrieb: > Aber zuerst muss man sich über die Anforderungen klar sein und sie > vollumfänglich verstehen (auch den Hintergrund). Viele Grüße, Alex
Angehängte Dateien:
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heater-1000C.jpg
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curve1.jpg
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Jens K. schrieb: > Das Problem: > Die Heizung heizt einen empfindlichen Keramikkörper auf ungefähr 700°C. > Würde die Heizung plötzlich abgeschaltet werden, so würde es zu Rissen > im Keramik kommen. Daher muss das PWM-Signal langsam heruntergeregelt > werden. > Aus sicherheitstechnischen Gründen darf diese Herunterregelung nicht > durch den Mikrocontroller geschehen, sonder muss durch eine spezielle > Schaltung vorgenommen werden. ich verstehe es nicht, ist denn "deine Heizung" nicht in einem Ofen? In einem Ofen sind doch die Zeitkonstanten so hoch das auch Auschalten keine Temperatursprünge macht, Ein Bild meiner Diplomarbeit PC gesteuerte Heizungsregelung 40kW +- 5K Temperaturkurven von 100°C/h bis 1000°C/h (als PID Regler geplant, ist aus Zeitgründen eine 2-Punktregelung geworden)
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Bearbeitet durch User
Michael K. schrieb: >> Voltage-to-Duty-Cylce-Converter (LTC6992) > > Jetzt gibts sogar schon den Tiefpass als IC *duckundweg* Ja, demnächst wird man spezielle Spannungs/Strom- und Strom/Spannungswandler für viel Geld kaufen können. Andere nehmen dafür Widerstände...
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