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Thema: Fahrzeugmotoransteuerung durch VIPA (nur theoretisch)

  1. #1
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    Hallo.

    Ich bin Elektroniker Azubi und kam mit Kollegen beim Gesprächsthemawechsel von SPS Programmierung und KFZ Elektronik auf die absurde Idee, ob es technisch möglich wäre, das Fahrzeug-ECU durch eine SPS zu ersetzen.
    Nach längeren Diskutieren (Natürlich in den Pausenzeiten ) sind wir nun umso bemühter, eine möglichst realistische Antwort auf diese Frage zu erhalten.

    Da wir vorzugsweise mit VIPA arbeiten, würde ich gerne darauf die Theoren aufbauen.

    Außerdem möchte ich jetzt nur die Grundlegende Aufgabe des ECUs aufgreifen, nicht noch das steuern von irgendwelchen Sonderfunktionen, die heutzutage tausendfach in Neuwagen präsent sind.


    Die SPS müsste in ihrer Hauptaufgabe dann die Einspritzzeit regeln. Berechnen tut sie dies aus zwei Variablen. (Saugrohrdruck und Motordrehzahl)

    Zur Veranschaulichung Der Aufgabe hier ein Diagramm des Programms:




    Nun wird das Hauptproblem ersichtlich: Die SPS müsste Einspritzzeiten regeln, die sich im ms Berreich bewegen. Eigendlich sogar im μs Berreich, um möglichst genau zu arbeiten. Dies wäre die Zykluszeit, die man erreichen müsste.

    Ist dies aber überhaupt bei so einem Programm möglich? Arbeiten SPSen nicht im Best-Case schon gefährlich nahe an der oberen Grenze dieses Zeitfensters?

    Wir haben dabei fix ein Prinzip entwickelt, wie wir dies programmieren würden.
    Grob geschätzt kämen wir bei unserer Lösung auf ein Prorammumfang auf etwa 4500 bis 6500 Programmzeilen im AWL mit etwa 2000 Grundrechenaufgaben (+, -, *, /) mit 16 bit Variablen. (Hochgerechnete Daten)

    Dies sind gewaltige Zahlen, wenn man sich dies mal vor Augen führt.
    Kommt es uns nur so vor, oder ist dies wirklich so absolut unmöglich für eine SPS, diese Daten innerhalb von μs zu berechnen?


    Denn die Ironie der Sache ist: Das Diagramm was ich gezeigt habe, stammt ja "nur" von einem Auto aus den frühen 80er Jahren. Ist die ECU Technik von damals der heutigen Technik der Automatisierung so weitaus überlegen?

    Gruß
    Geändert von Rob Kobin (04.08.2010 um 17:41 Uhr)
    Zitieren Zitieren Fahrzeugmotoransteuerung durch VIPA (nur theoretisch)  

  2. #2
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    Mit einer "normalen" SPS wirst du aufgrund der Hardware schon kaum über Leerlaufdrehzahl kommen. Du hast Verzögerungen bei Eingängen, Rückwandbus und Ausgängen. Zyklus mal aussen vor gelassen.

    Gruß
    Dieter

  3. #3
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    Dann wär das ja schon im Vorfeld erledigt

    Was meinst du aber mit einer "normalen" SPS? Gibt es welche mit astronomischen Preisen, die das schaffen lönnten? Oder ist einfach eine Steuerung abseits der SPS-Technik gemeint?

  4. #4
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    Wie sieht das den bei Vipa mit den Schnellen Bus aus der links angebaut wird?

    Phönix haben doch jetzt auch so neue Eingangskarten für Profinet die
    Rasend schnell sein sollen.

    Wenn es SPS-Technik sein soll, geht es auch mit einen Box-PC von
    Siemens mit PC104 Karten.
    Die Zykluszeit bleibt bestimmt da unter eine 1ms und die Hardware
    ist auch entsprechend schnell, ist allerdings eine etwas andere Basis.
    - - -
    Wer als Werkzeug nur einen Hammer hat, sieht in jedem Problem einen Nagel.

  5. #5
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    Zitat Zitat von Rob Kobin Beitrag anzeigen
    Dann wär das ja schon im Vorfeld erledigt

    Was meinst du aber mit einer "normalen" SPS? Gibt es welche mit astronomischen Preisen, die das schaffen lönnten? Oder ist einfach eine Steuerung abseits der SPS-Technik gemeint?
    Teuer muss das gar nicht mal sein, im Gegenteil: Mit einen etwas besseren Mikrocontroller steckst du nahezu jede SPS in Sachen Geschwindigkeit die Tasche.
    Allerdings sind die halt nicht mit AWL und Step 7 programmierbar.

    Wenn es eine SPS sein soll, dann fällt mir spontan z.B. Keyence ein.
    So weit ich's noch richtig im Kopf hab, dann dauert die Aktualisierung des Prozessabbildes 0,5 us und 60K Programm 1ms.
    Es gibt sicher noch weit schneller Systeme, aber damit hab ich mich noch nie auseinandergesetzt.

    Gruß
    Dieter

  6. #6
    Rob Kobin ist offline Neuer Benutzer
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    Ja gut, das es mit "irgendwelcher Technik" schon zu realisieren wäre, war ja schon sicher. Uns interessierte ja auch erstmal nur der Fall SPS.

    Danke für die Antworten.

  7. #7
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    Zitat Zitat von Rob Kobin Beitrag anzeigen
    Ja gut, das es mit "irgendwelcher Technik" schon zu realisieren wäre, war ja schon sicher. Uns interessierte ja auch erstmal nur der Fall SPS.

    Danke für die Antworten.
    geht doch, kommt nur auf die richtige hardware an
    - - -
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  8. #8
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    Zitat Zitat von Rob Kobin Beitrag anzeigen
    Ja gut, das es mit "irgendwelcher Technik" schon zu realisieren wäre, war ja schon sicher. Uns interessierte ja auch erstmal nur der Fall SPS.
    Hallo,

    ich kenne die aktuellen Leistungsdaten von schneller SPS-Hareware
    zwar nicht genau, wird aber sicher eng :

    ... mit drei 32-Bit-Prozessoren schafft mehr als 200 Millionen Einzeloperationen pro Sekunde...
    Quelle

    Zwar eine M-Variante von BMW , aber schon über 3 Jahre alt.

    Weiter hat es in den Motorsteuergeräten spezielle Bauteile (z. B.
    DSPs), die entsprechende Aufgaben besonders effizient lösen.
    Beste Grüße Gerhard Bäurle
    _________________________________________________________________
    Hardware: the parts of a computer that can be kicked. – Jeff Pesis

  9. #9
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    Zitat Zitat von Rob Kobin Beitrag anzeigen
    Hallo.


    Nun wird das Hauptproblem ersichtlich: Die SPS müsste Einspritzzeiten regeln, die sich im ms Berreich bewegen. Eigendlich sogar im μs Berreich, um möglichst genau zu arbeiten. Dies wäre die Zykluszeit, die man erreichen müsste.

    Ist dies aber überhaupt bei so einem Programm möglich? Arbeiten SPSen nicht im Best-Case schon gefährlich nahe an der oberen Grenze dieses Zeitfensters?

    Wir haben dabei fix ein Prinzip entwickelt, wie wir dies programmieren würden.
    Grob geschätzt kämen wir bei unserer Lösung auf ein Prorammumfang auf etwa 4500 bis 6500 Programmzeilen im AWL mit etwa 2000 Grundrechenaufgaben (+, -, *, /) mit 16 bit Variablen. (Hochgerechnete Daten)

    Dies sind gewaltige Zahlen, wenn man sich dies mal vor Augen führt.
    Kommt es uns nur so vor, oder ist dies wirklich so absolut unmöglich für eine SPS, diese Daten innerhalb von μs zu berechnen?


    Denn die Ironie der Sache ist: Das Diagramm was ich gezeigt habe, stammt ja "nur" von einem Auto aus den frühen 80er Jahren. Ist die ECU Technik von damals der heutigen Technik der Automatisierung so weitaus überlegen?

    Gruß
    Mal unabhängig von einer VIPA CPU:

    Mit SLIO ETS Ausgängen kann jetzt jede SPS mit Profibusmaster auf +-1µs genau die Ausgänge relativ zu einem Drehzahl Signal setzen und Rücksetzen, auch mehrmals innerhalb eines SPS-Zyklus.

    Entscheidend ist nur, dass der Zeitpunkt, für die Einspritzung (oder die Multipoint Einspritzung...) mit ca. 2 Profibuszyklen im Voraus berechnet werden kann.
    Zeit für eine Umdrehung: 7,5ms bei 8000U/min. Bei ca. 1-2ms Profibuszyklus kann es vorkommen, dass die Berechnung der Einspritzung (mit Reservezeit) auch mal zwei Umdrehungen im Voraus berechnet werden müsste.
    Mit Profinet IRT oder Ethercat kann man ohne Probleme innerhalb einer Umdrehung die Ergebnisse an die Klemme schicken.

    Auflösung bei 1µs: 0,05 Winkelgrad

    Bei Beckhoff heißt das System XFC und wird etwas anders bedient.

  10. #10
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    Zitat Zitat von Longbow Beitrag anzeigen

    Mit SLIO ETS Ausgängen kann jetzt jede SPS mit Profibusmaster auf +-1µs genau die Ausgänge relativ zu einem Drehzahl Signal setzen und Rücksetzen, auch mehrmals innerhalb eines SPS-Zyklus.
    was ist den das?
    - - -
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