Ich habe eine SPS mit insgesamt 64 Optokopplereingängen.
Broadcom gibt bei der Betriebstemperatur von 40°C eine MTTF von 2286652
(h/fail) bzw. eine FIT von 437 (Fail/10^9h) an.
Wenn ein Eingang kaputt ist, steht das System.
Vereinfacht gehe ich mal davon aus, dass "nur" die Optos das Probem
sind, alle anderen Komponenten haben viel geringere FIT Raten (so 1-3)
Wie berechne ich mir die erwartete Fehlerrate des Gesamtsystems?
Wird hier einfach mit der Gesamtanzahl der Bauteile multipliziert?
Also 427 * 64 = FIT vom Gesamtsystem
bzw.
MTTF vom Gesamtsystem = 2286652 / 64 ?
Siemens-Norm SN 29500.
Irgendwo gibt es von einer israelischen Firma eine Kalkulationshilfe
u.a. auch dafür. Bitte selbst suchen, bin z.Z. intellektuell restlos
überfordert.
Thomas K. schrieb:> Google kaputt
Scheint so zu sein, denn es kann auch Fachliteratur dazu gefunden
werden. Es kann aber auch sein, dass die Grundlagen fehlen, damit etwas
anfangen zu können.
Es gibt dazu verschiedene Varianten und Strategien. Eine ganz einfache
wäre zum Beispiel:
Voraussetzungen:
Die Ausfälle MTBF & MTTF verlaufen von allen Bauteilen nach der
ausgeprägten Badewannenkurve mit hoher Steilheit zum Ende hin.
Ein Bauteil hat mit deutlichem Abstand eine geringere MTBF & MTTF
gegenüber allen anderen Bauteilen.
Je mehr andere Bauteile vorhanden sind, desto größer muss der Abstand
sein.
Berechnung:
Der Wert des Bauteils mit der geringsten MTBF & MTTF
Martin Bauer schrieb:> Ausfallwahrscheinlichkeit wie 1 Optokoppler alleine?
Nein das kannst Du dort nicht anwenden, weil die Bedingungen gerissen
werden:
Dieter schrieb:> Ein Bauteil hat mit deutlichem Abstand eine geringere MTBF & MTTF> gegenüber allen anderen Bauteilen.> Je mehr andere Bauteile vorhanden sind, desto größer muss der Abstand> sein.
Was man nicht hat, geht nie kaputt. Bei 64 Stück sind es leider ein paar
mehr. Abgesehen von der Theorie, kommt es in der Praxis natürlich auch
auf die konkrete Belastung der Bauelemente an. Was nützt die schönste
Berechnung wenn alles "auf Kante" genäht ist und außerdem wegen
mechanischer Resonanzen die Beine abbrechen oder gefakte Bauelemente
geliefert wurden?
Martin Bauer schrieb:> Wie berechne ich mir die erwartete Fehlerrate des Gesamtsystems?> Wird hier einfach mit der Gesamtanzahl der Bauteile multipliziert?
Wenn man davon ausgeht, daß die Fehler unabhängig voneinander sind: Ja.
Martin Bauer schrieb:> Wie berechne ich mir die erwartete Fehlerrate des Gesamtsystems?> Wird hier einfach mit der Gesamtanzahl der Bauteile multipliziert?
Was haben deine mangelnden Grundkenntnisse in Statistik jetzt genau mit
Fragen rund um Mikrocontroller und sonstige digitale Elektronik zu tun?
> Broadcom gibt bei der Betriebstemperatur von 40°C eine MTTF von 2286652> (h/fail) bzw. eine FIT von 437 (Fail/10^9h) an.> Wenn ein Eingang kaputt ist, steht das System.
Bei solchen Zahlen kommt es eher auf die Dimensionierung der Schaltung
und das Tastverhältnis beim Betrieb. Ein Jahr hat nur etwa 8766 Stunden,
d.h. spontane Ausfälle sind ausgesprochen selten. Für die langfristige
Betriebssicherheit solltest du dir auch die Degradation und die
Schaltungsauslegung ansehen, weil die LED altert.
Wahrscheinlichkeit,
Bauteil 1 kaputt: p1
Bauteil 2 kaputt: p2
beide kaputt: p1*p2
Bt1 oder Bt2 oder beide kaputt: p1 + p2 - p1*p2
und so weiter ... konsultiere evtl. das skriptum oder ein Statistik
Lehrbuch.
Was nützt die schöne Statistik der Anzahl, wenn keiner weiß wie die
Teile in der Praxis belastet werden? Eine Maschine kann praktisch auch
ein paar böse Spannungsspitzen haben, die in kurzer Zeit viele Wunder
vollbringen. Ohne gründliche Analyse bleibt alles Theorie.
Irgendwie erinnert mich die Diskussion an Studenten, die einen
Widerstand auf 12 Steller genau ausgerechnet haben und dann einen
20%-Kohlewiderstand eingelötet haben. Mit etwas Glück bricht dieser dann
noch auf dem Rütteltisch ab...
Das kannst Du grafisch lösen.
Du nimmst die Daten der Badewannenkurve:
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Ausfallverteilung
Auflösung x-Achse in 100h Schritten
Addierst diese Kurven (Wertetabelle in Excel) und plottest die
Gesamtkurve. Der Bereich, wo Lamda dann zwischen 0,5 bis 1 liegt (oder
die Fläche unter dem Graphen), ist dann Deine Ausfallwahrscheinlichkeit
Deiner Gesamtschaltung.
Und wenn Du das versuchst durchzuführen, wirst Du merken, dass Dir die
Angaben fehlen ab wann in Betriebsstunden der Knick von Zone II nach III
stattfindet, welche Steigung der Graph in Zone III hat, ggf wie tief das
Plateau der Zone II liegt. Wenn diese Angaben fehlen, liegst Du bereits
bei solchen Schaltung wie Deiner bereits schon locker um eine
Zehnerpotenz daneben.
Bevor ich mir zuviele Gedanken machte ueber die Lebensdauer von
Optokopplern, wuerde ich schauen, die mit moeglichst wenig Strom laufen
zu lassen. Im Wesentlichen geht es darum, dass die LED in der
Leuchtstaerke abnehmen. Je hoeher man bestromt, je schneller.
Gleichzeitig muss auf der anderen Seite eine 0 und eine 1 noch
zuverlaessig erkannt werden.
Abdul K. schrieb:> Invertierung der Logikpegel am Optokoppler
Kann nützlich sein (sofern die Sicherheit es zulässt). Reduzierung des
LED-Stroms ist sicher die beste Lösung für ein langes LED-Leben.
Allerdings muß die Auswertungs-Diode/Transistor noch nach Jahren
zuverlässig Licht bekommen.
Wenn man die LED darin ordentlich treibt, um die Bandbreiten
auszunutzen, also mit PreEmphasis und so und damit richtig fett
übersteuert, dann halten die nicht so lange, wie im Datenblatt genannt.
Sagen wir halbe MTBF.
Bei der sicherheitskritischen 2/3-tel Auslegung kriegt man 1,4 MTBF.
Stichwort: Atommigration und Felddiffusion
Purzel H. schrieb:> Bevor ich mir zuviele Gedanken machte ueber die Lebensdauer von> Optokopplern, wuerde ich schauen, die mit moeglichst wenig Strom laufen> zu lassen. Im Wesentlichen geht es darum, dass die LED in der> Leuchtstaerke abnehmen. Je hoeher man bestromt, je schneller.> Gleichzeitig muss auf der anderen Seite eine 0 und eine 1 noch> zuverlaessig erkannt werden.
Wenn die LED nachlassen, dann sinkt der CTR über die Zeit.
Wenn du genau den minimalstrom nimmst, bist du schneller unter der
Funktionsgrenze. Wenn du mehr Strom nimmst, altern sie schneller.
Wie immer muss ein guter Kompromiss her...
Sowieso ist der CTR ein Parameter, der wild streut, man wird einen recht
hohen LED-Strom nehmen müssen, oder man nimmt OKs mit engerem Binning
(und bekommt wegen der Bauteilkriese von Cheffe eins gebraten).
Man sieht schon, es ist komplexer als es aussieht ;-)
Meßprofi schrieb:> Wenn man die LED darin ordentlich treibt, um die Bandbreiten> auszunutzen, also mit PreEmphasis und so und damit richtig fett> übersteuert, dann halten die nicht so lange, wie im Datenblatt genannt.> Sagen wir halbe MTBF.
Mit mehr LED Strom bist du aber nicht schneller. Eher das Gegenteil ist
der Fall. Der Fototransistor (wenn es ein solcher OK ist) ist dann
weiter in Sättigung und braucht NOCH länger um sich zu erholen.
Wir reden sowieso von SPS-Eingängen, da spielen die Schaltzeiten der OKs
ohnehin kaum eine Rolle.
Wers schnell braucht, nimmt ADUM und Konsorten.
Brummkreisel schrieb:> Wenn die LED nachlassen, dann sinkt der CTR über die Zeit.>> Wenn du genau den minimalstrom nimmst, bist du schneller unter der> Funktionsgrenze. Wenn du mehr Strom nimmst, altern sie schneller.
Prinzipiell ja, aber bitte immer die GRÖßENORDNUGNEN im Auge behalten!
So wie es da das steht könnte man denken, daß Optokoppler alle Mist sind
und innerhalb weniger Jahre absolut unbrauchbar werden. Das ist sicher
NICHT der Fall!
Beitrag "Re: Lebensdauer Optokoppler"
Wenn wir dem Artikel im Link Glauben schenken, hält so ein Optokoppler
bei 5mA und 60°C Umgebungstemperatur EWIG! Selbst bei 80°C sind nach 25
BETRIEBSJAHREN gerade mal 5% CTR Abfall zu erwarten!
Schaut euch die Diagramme im Artikel an, ich kopier sie hier nicht rein,
dan jammert wieder einer wegen Copyright und so.
Brummkreisel schrieb:> Sowieso ist der CTR ein Parameter, der wild streut
Die Datenblattschreiber geben an, bei welchem LED-Strom sie die CTR
messen. Auch sind Diagramme abgebildet, wie sich die CTR bei anderen
LED-Strömen ändert. Wenn man dann noch einen Faktor 2 als Sicherheit
nimmt, ist das dicke ausreichend.
Den Maximalstrom sollte man auf keinen Fall nehmen, das streßt den OK
nur.
1..5mA sind in der Regel ausreichend.
Ich benutze den HCPL-181-00CE (CTR=200..400).
Falk B. schrieb:> Prinzipiell ja, aber bitte immer die GRÖßENORDNUGNEN im Auge behalten!> So wie es da das steht könnte man denken, daß Optokoppler alle Mist sind> und innerhalb weniger Jahre absolut unbrauchbar werden. Das ist sicher> NICHT der Fall!
Zum Glück habe ich nicht postuliert, Optokoppler wären unzuverlässig :-)
Wir verwenden diese in hohen Stückzahlen, und mir ist kein einziger
Schaden bekannt. Ich hatte in meiner Karriere noch nie auch nur ein
einziges Problem mit diesen Dingern, und ich bin schon eine Zeit dabei.
Wobei doch, einmal habe ich Optokoppler für eine UART benutzt.
War aber nicht der Fehler des Optokopplers, sondern ein (damals noch)
naiver Entwickler hat sich UART-Timings einfacher vorgestellt hat als
sie sind.
Brummkreisel schrieb:> und mir ist kein einziger Schaden bekannt.
Das kann ich nicht unterschreiben. Einige wenige sind schon ausgefallen.
Es ist aber auch ein Unterschied ob Du einen analogen oder einen
digitalen benutzt.
oszi40 schrieb:> Das kann ich nicht unterschreiben. Einige wenige sind schon ausgefallen.> Es ist aber auch ein Unterschied ob Du einen analogen oder einen> digitalen benutzt.
Ein Optokoppler ist immer ein analoges Bauteil. Was meinst du mit
digital? Einen mit Treiberstufe am Ausgang?
Benutzen wir nicht mehr, seit wir Microcontroller mit
Schmitt-Trigger-Eingängen haben.
Wir hatten hier tatsächlich noch nie Probleme, die bis zur Entwicklung
vorgedrungen sind. Und wir verbauen viele Optokoppler. Wegen Geräten im
Aussenbereich sind die eigentlich für jeden IO nötig.
Ich denke mal, Optokoppler sind das Hauptbauteil in Steuerungen aller
Art.
Das Ausfallrisiko ist deutlich höher, wenn man die empfindliche CPU
direkt nur über Widerstände mit der rauhen Außenwelt koppelt.
Brummkreisel schrieb:> Ein Optokoppler ist immer ein analoges Bauteil. Was meinst du mit> digital?
Deren bevorzugte Anwendung (ja, auch interne Beschaltung - nicht
immer ist da nur LED und Fotodiode/-transistor drinne).
Es gibt da doch verschiedenste zu kaufen. Steht dann auch in der
Beschreibung bzw. ganz oben im Datenblatt.
V_cc schrieb:> Es gibt da doch verschiedenste zu kaufen. Steht dann auch in der> Beschreibung bzw. ganz oben im Datenblatt.
Das ist mir bekannt. Das meinte ich ja mit "Treibern am Ausgang".
Die gibts integriert. Beispiel:
https://de.farnell.com/panasonic/aps1241s/optocoupler-digital-3-75kv-sop/dp/2809800
Warum ich Optokoppler immer als Analogbauteile sehe:
Zieht man nur einen Pullup, steigt die Ausgangsspannung "langsam" an,
über µs. Zu langsam für, sagen wir mal, 74er Logik, die ja eine min
Anstiegsgeschwindigkeit voraussetzt (500ns, wenn ich mich richtig
entsinne).
Wers nicht glaubt, lese es bitte nach. Eventuell hier:
https://www.ti.com/lit/an/scla011/scla011.pdf?ts=1648804808269&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.at%252F
Das Signal aus einem OK mit Transistora/Diodenausgang setzt also eine
Vorverarbeitung voraus, will man es in digitaler Logik nutzen. Im
Einfachsten Fall ein Schmitt-Trigger (nenne ich gerne 1-Bit-ADC ;-)).
Moderne µC-Serien benötigen das oft nicht mehr. STM32 zum Beispiel haben
Schmitt-Triger-Eingänge (überhaupt haben die IOs der STM32 nette
Eigenschaften, aber das ist offtopic).
Martin Bauer schrieb:> Wenn ein Eingang kaputt ist, steht das System.
Also ein Systemfehler. Software oder Hardware? Werden denn alle 64
Eingänge gebraucht?
Brummkreisel schrieb:> Ein Optokoppler ist immer ein analoges Bauteil. Was meinst du mit> digital? Einen mit Treiberstufe am Ausgang?> Benutzen wir nicht mehr, seit wir Microcontroller mit> Schmitt-Trigger-Eingängen haben.
Das ist NICHT das Gleiche! Ein schneller Koppler ala 6N137 mit aktivem
Empfänger und Ausgangstreiber ist deutlich besser als ein rein passiver
mit Arbeitswiderstand, auch wenn dahinter ein Schmitt-Trigger Eingang
kommt. Nicht nur bezüglich der Signalqualität, sondern auch bezüglich
der Empfindlichkeit und Geschwindigkeit.
Peter D. schrieb:> Ich denke mal, Optokoppler sind das Hauptbauteil in Steuerungen aller> Art.
Mit "Denken" hat dieser Vorgang bei dir nix zu tun. Das sind eher
Stammtischparolen. Nur weil EINIGE SPS-Steuerungen Optokoppler an
Eingängen nutzen, ist deine Aussage noch lange nicht wahr oder gar
sinnvoll.
Falk B. schrieb:> Mit "Denken" hat dieser Vorgang bei dir nix zu tun.
Dann eben mit Erfahrung. Optokoppler haben die Zuverlässigkeit und
Störsicherheit deutlich verbessert. In älteren Schaltungen ohne
Optokoppler gab es oft Probleme mit durchgebrannten ICs und
Transistoren.
Die Wege, die Störungen (Schaltspitzen, Überschläge, Kurzschlüsse usw.)
nehmen, lassen sich oft nicht nachvollziehen.
Daß auch andere Geräteentwickler Optokoppler gerne zum Schutz einsetzen,
liegt bestimmt nicht daran, daß sie zuviel Geld übrig haben.
Peter D. schrieb:> Falk B. schrieb:>> Mit "Denken" hat dieser Vorgang bei dir nix zu tun.>> Dann eben mit Erfahrung. Optokoppler haben die Zuverlässigkeit und> Störsicherheit deutlich verbessert. In älteren Schaltungen ohne> Optokoppler gab es oft Probleme mit durchgebrannten ICs und> Transistoren.> Die Wege, die Störungen (Schaltspitzen, Überschläge, Kurzschlüsse usw.)> nehmen, lassen sich oft nicht nachvollziehen.
Das kann schon sein, ist aber keine Begründung für deine Aussage
"Ich denke mal, Optokoppler sind das Hauptbauteil in Steuerungen aller
Art."
Du kennst gar nicht alle Steuerungen. Im wesentlichen nur deine eigenen
und vielleicht eine Handvoll, mit denen du zu tun hattest.
Falk B. schrieb:> Ein schneller Koppler ala 6N137 mit aktivem> Empfänger und Ausgangstreiber ist deutlich besser als ein rein passiver> mit Arbeitswiderstand
Das würde ich auch nicht in jedem Fall unterschreiben. Besser ist es für
den jeweiligen Einsatzfall das richtige Material zu benutzen. Vor Jahren
wurden auch analoge Werte übertragen. Da wirkt sich natürlich eine
Verschlechterung der LED besonders auf das Ergebnis aus.
Peter D. schrieb:> Optokoppler haben die Zuverlässigkeit und> Störsicherheit deutlich verbessert.
Das würde ich unterschreiben sofern die Signale sauber sind. Jedenfalls
ist ein Optokoppler zur Potenzialtrennung recht nützlich (gerade bei
Maschinen).
Ein einzelner defekter Optokoppler ist auch leichter ausgelötet als ein
Tausendfüßler.
Zuverlässigkeit ist eine statistische Größe.
Statistik ist, wenn die Kuh im Teich ersoffen ist, obwohl dieser im
Durchschnitt nur einen Meter tief war.
Nautilus schrieb:> Statistik ist, wenn die Kuh im Teich ersoffen ist, obwohl dieser im> Durchschnitt nur einen Meter tief war.
Ein gutes Beispiel für den TO Martin. Die "Gläsere Kuh" im Hygienemusem
hat schon 50 Jahre gelebt bevor sie restauriert wurde. Ob seine
Schaltung das schafft? http://www.ateliereigenart.de/glaesernekuh.htm
Also degradierte Optokoppler bis zur Nichtfunktion der Geräte hatte ich
schon öfter, beispielsweise in einem defekten HP39470A das mir mal
nachgelaufen ist. Dort ist der Prozessorteil vom A/D Wandler durch Ok
getrennt, das ist also im Prinzip eine optoisolierte SPI. Nach Wechsel
der OK funktionierte das Gerät wieder. Wahrscheinlich ist die
Geschwindigkeit der SPI wirklich auf Kante genäht.
In ähnlich aufgebauten amerikanischen Labormeßgeräten wurde das Problem
seitens der Hersteller für regelmäßiges Einkommen genutzt, die Fragliche
Einheit sollte nach USA versendet werden und kam repariert zurück, für
$6000. Nach einem Jahr das selbe Spiel weil B2B.
Ok, die Dinger werden nun nicht mehr über den Teich geschippert, ich bin
deutlich preiswerter..
Gruß,
Pille
Pille schrieb:> Also degradierte Optokoppler bis zur Nichtfunktion der Geräte hatte ich> schon öfter, beispielsweise in einem defekten HP39470A das mir mal> nachgelaufen ist. Dort ist der Prozessorteil vom A/D Wandler durch Ok> getrennt, das ist also im Prinzip eine optoisolierte SPI. Nach Wechsel> der OK funktionierte das Gerät wieder.
So viel zum Thema einer offensichtlich falschen Schaltungsauslegung.
Falk B. schrieb:> Das ist NICHT das Gleiche! Ein schneller Koppler ala 6N137 mit aktivem> Empfänger und Ausgangstreiber ist deutlich besser als ein rein passiver> mit Arbeitswiderstand, auch wenn dahinter ein Schmitt-Trigger Eingang> kommt.
Das habe ich auch nicht behauptet.
Ich habe lediglich darauf hingewiesen, dass bei einer Verbindung aus
langsam ansteigenden "digital" Signalen (wie aus einem Optokoppler ohne
push-pull-Stufe) und digitaler Logik eine Nachverarbeitung nötig sein
kann, und daher Optokoppler eher nicht als "digital" einzustufen sein.
Das ist im einfachsten Fall ein Schmitt-Trigger, der die langsame Flanke
behebt.
Bei "schnell" und "optokoppler" weiß jeder Elektroniker, dass man genau
hinschauen muss. Das hätte ich eigentlich als selbstverständlich
angesehen und daher nicht extra erwähnt.
Wolfgang schrieb:> Pille schrieb:>> Also degradierte Optokoppler bis zur Nichtfunktion der Geräte hatte ich>> schon öfter, beispielsweise in einem defekten HP39470A das mir mal>> nachgelaufen ist. Dort ist der Prozessorteil vom A/D Wandler durch Ok>> getrennt, das ist also im Prinzip eine optoisolierte SPI. Nach Wechsel>> der OK funktionierte das Gerät wieder.>> So viel zum Thema einer offensichtlich falschen Schaltungsauslegung.
Exakt das ist es. Oder halt Auslegung der Software in Hinsicht auf die
Übertragungsraten. Es ist aber natürlich auch eine Klasse Uhr die man
auf 3 Monate nach Ablauf der Garantiezeit einstellen kann.
Gruß,
Pille
Butterbrot schrieb:> Das hätte ich eigentlich als selbstverständlich angesehen
Über die Isolationsstrecke wird mit Lichtgeschwindigkeit übertragen.
Schneller gehts nimmer.
