FER, 12.12 . 2013, Zagreb

1. KONČAR – Institut za elektrotehniku d.d.Zavod za energetsku elektroniku i upravljanjeUgradbeni računalni sustavi Tihomir Čihak dipl.ing., Josip Babić dipl. Ing., Maja Vlah dipl.ing., Andrija Eršek dipl.ing., Mladen Puškarić mag.ing. FER, 12.12. 2013, Zagreb

2. Pregled prezentacije • O Institutu i zavodu • Proizvodi • VISK • Programiranje VISK-a • Pauza • Procesori - uvod • Programiranje DSP-a • Razvoj proizvoda • Ubrzani razvoj proizvoda – demonstracija s upotrebom hardware-in-the-loop sustava

3. KONČAR – Institut za elektrotehniku d.d. • 1961.osnovan pod imenom Institut RADE KONČAR istraživanje i razvoj za KONČAR grupu • 1991. preustroj kao nezavisna tvrtka  dio KONČAR grupe • 2002.registriran u Upisniku znanstvenih organizacija • 2002.nastupa na otvorenom tržištu, nudi usluge istraživanja i razvoja, ispitivanja, vlastite proizvode (hardver i softver)

4. KONČAR – Institut za elektrotehniku d.d. • 7 zavoda, 170 zaposlenih, 11 doktora znanosti • područja: • Energetska elektronika i upravljanje, • Transformatori, • Rotacijski strojevi, • Sklopni aparati, • Obnovljivi izvori, • Nove tehnologije, • Mjerenja, dijagnostika, ispitivanja • 10 laboratorija, 5 akreditiranih • 13000 m2laboratorija i ureda, 76 m2/zaposleniku

5. Zavod za energetsku elektroniku i upravljanje • Osoblje: • Znanja/ekspertize: • Arhitekture procesora: 68xxx, ColdFire, 8051, TI C2000, ARM • PLS: CPLD, FPGA (Xilinx, Lattice) • Komunikacija: SPI, UART, RS485, Modbus, Ethernet, USB... • Field bus: CAN, Modbus, Profibus, IEC 61850, IEC 60870-5-10x • Bežična komunikacija: WiFi, Bluetooth, GPRS • Specijalni zahtjevi: -40°C to +85°C temp. područje, visoka vlaga, vibracije, EMC specijalizacija obrazovanje

6. PECS/ZEEU – Proizvodi i usluge • Sklopovlje (hardware) • Kompaktna elektronika • Namjenska, na zahtjev • Visoko optimirana • DIRT • Modularna platforma • Teški uvjeti rada • CISK • Distribuirana • Modularna • Kompaktna • VISK • Modularna • Robustna

7. VISK – što je to? • Anatomija VISK-a: • cVISK • ColdFire 80Mhz • 1MB SRAM, 512kB MRAM • 8MB FLASH, 32kB EEPROM • LCD, tipkovnica • priključci • Ethernet 2× • Releji 2×DPDT • Napajanje • RS232/485 • Utor za modul po izboru (DI/DO/AI) • sabirnica za proširenja • 4, 8 ili 12 utora • Interna komunikacija paralelna i CAN

8. VISK – moduli • Razvijeni: • PT100/RTD • Modul digitalnih ulaza • Modul analognih ulaza • Modul digitalnih izlaza • Modul analognih izlaza • Mjerenje napona termoparova/shuntova • U razvoju: • CAN modul • Kombinirani DI/DO/AI modul • Modul ‘tranzistorskih’ digitalnih izlaza (solid state releji) • Modul za monitoring provodnika transformatora / DSP modul • Modul za mjerenje vibracija • Sve ostalo što kupac poželi • Tipično vrijeme razvoja novih modula je od 3 do 5 mjeseci

9. VISK – što je to? • Još jednom kao blok shema:

10. VISK – rezultati • potpuno nova robusna platforma za industriju i željeznicu • U potpunosti in-house razvoj (mehanika, elektronika) • 11 tipova modula u godinu dana • Dva različita tipa kućišta (čelik, aluminij) • Tipski testovi (EMC, klima, vibro)

11. Programiranje • GRAP • okruženje za grafičko programiranje • ZZT • servisni i dijagnostički alat • RTOS • jezgra za rad u stvarnom vremenu

12. Hijerarhija programskih komponenata • programski elementi • atomske programske komponente • programski moduli • kompozitne programske komponente • aplikacijski program • integrirane programske komponente

13. Automatsko generiranje koda • blokovski • dijagram • izvorni • kod • objektni • kod • izvršni • kod 13

14. VISK – programiranje • Jedan jednostavan primjer – regulacija temperature • Može i jednostavnije!

15. VISK – programiranje • Regulacija temperature - realizacija

16. VISK – programiranje • Regulacija temperature - rezultat

17. Pauza! Pitanja?

18. Procesori/moderne upravljačke platforme • Što je srce svakog modernog pretvarača, industrijskog procesa, sustava za nadzor...?

19. μP, MCU, DSP, DSC • CPU • stolna računala i druge opće namjene • npr. Intel 8086 arhitektura • MCU • ugradbeni sustavi • pored CPU-a ima ROM i RAM memoriju te druge periferije • npr. Motorola 68k i Intel 8051 arhitekture • DSP • mikrokontroleri za digitalnu obradu signala • DSC • hibridi DSP-ova (podrška za digitalnu obradu signala) i MCU-ova (brzi odzivi na prekide i kontrolne periferije)

20. Sustavi za rad u stvarnom vremenu • ispravnost sustava ne ovisi samo o točnosti rezultata već i o vremenu kada su dostupni • slaba vremenska ograničenja • rezultati mogu biti uzeti u obzir i u slučaju kašnjenja • stroga vremenska ograničenja • funkcionalnost i/ili performanse su narušeni ukoliko dođe do prekoračenja roka • sigurnosno kritični sustavi • prekoračenje roka može uzrokovati katastrofalne posljedice (materijalni i ljudski gubici)

21. DSC platforma – modularna rješenja • moduli formata dvostruka Europa • 19’’ montažni okviri

22. DSC platforma – integralna rješenja • kompaktna upravljačka elektronika prilagođena specifičnoj primjeni

23. DSC platforma – pregled • održivost: unazadna kompatibilnost fizičkih sučelja modula

24. DSC platforma – pregled • Unazadna kompatibilnost – iz perspektive mobilnih telefona: Sredina devedesetih Danas

25. DSC platforma – programiranje

26. DSC platforma – programiranje • 16 analognih ulaza • 0-3 V, 12-bita • dvije neovisne sekvence • okidanje pretvorbe programski, signalom na pinu ili brojačem PWM jedinice

27. DSC platforma – programiranje • optimirana skalirana sumacija u 16-bitovnoj cjelobrojnoj aritmetici • skaliranje u aritmetici s pomičnim zarezom

28. DSC platforma – programiranje • proporcionalno integralni regulator • frekvencijska analiza

29. DSC platforma – programiranje • PWM jedinica: • brojač • generator događaja • usporedba • generator mrtvog vremena

30. Tipični razvoj proizvoda • Kako teče tipičan razvoj proizvoda? • Napomene: • RFQ = Request For Quote  upit za ponudu • NDA = Non-disclosure agreement  ugovor o povjerljivosti • Milestone = marker ili miljokaz  vremenski važna točka tijekom razvoja projekta; označava dovršetak (ili početak) određenog skupa poslova, zadataka, dokumentacije; tipična za gantograme • Gantt chart = gantogram  položeni stupčasti grafikon koji služi praćenju projekata kroz vrijeme • Type test  tipsko ispitivanje = ispitivanje na jednom primjerku serije (prototipu) za utvrđivanje sukladnosti s naznačenim podacima • Serial test  serijsko ispitivanje = ispitivanje na svakom primjerku serije

31. Tipični proces razvoja proizvoda • Korak 1: primitak i analiza upita (prvi kontakt) • Korak 2: NDA • Korak 3: inicijalni sastanakinicijalni tehnički zahtjevi

32. Tipični proces razvoja proizvoda • Korak 1: primitak i analiza upita (prvi kontakt) • Korak 2: NDA • Korak 3: inicijalni sastanakinicijalni tehnički zahtjevi • Korak 4: simulacije, analize normi, patenata, postojećih rješenja, cijene • Korak 5: preliminarna/informativna ponuda

33. Tipični proces razvoja proizvoda • Korak 1: primitak i analiza upita (prvi kontakt) • Korak 2: NDA • Korak 3: inicijalni sastanakinicijalni tehnički zahtjevi • Korak 4: simulacije, analize normi, patenata, postojećih rješenja, cijene • Korak 5: preliminarna/informativna ponuda • Korak 6: Sinteza idejnog rješenja (potpisanog s obje strane) • Korak 7:Definiranje razvojnih i ispitnih timova, milestoneova, tipa komunikacije • Korak 8: potpisivanje ugovora ili konačne ponude

34. Tipični proces razvoja proizvoda • Korak 1: primitak i analiza upita (prvi kontakt) • Korak 2: NDA • Korak 3: inicijalni sastanakinicijalni tehnički zahtjevi • Korak 4: simulacije, analize normi, patenata, postojećih rješenja, cijene • Korak 5: preliminarna/informativna ponuda • Korak 6: Sinteza idejnog rješenja (potpisanog s obje strane) • Korak 7:Definiranje razvojnih i ispitnih timova, milestoneova, tipa komunikacije • Korak 8: potpisivanje ugovora ili konačne ponude • Korak 9: razvojne faze • Korak 10: izrada prototipa, razvojna ispitivanja • Zapamtite za kasnije!

35. Tipični proces razvoja proizvoda • Korak 1: primitak i analiza upita (prvi kontakt) • Korak 2: NDA • Korak 3: inicijalni sastanakinicijalni tehnički zahtjevi • Korak 4: simulacije, analize normi, patenata, postojećih rješenja, cijene • Korak 5: preliminarna/informativna ponuda • Korak 6: Sinteza idejnog rješenja (potpisanog s obje strane) • Korak 7:Definiranje razvojnih i ispitnih timova, milestoneova, tipa komunikacije • Korak 8: potpisivanje ugovora ili konačne ponude • Korak 9: razvojne faze • Korak 10: izrada prototipa, razvojna ispitivanja • Korak 11: tipska ispitivanja i izvještaji • Korak 12: puštanje u pogon • Korak 13: serijska proizvodnja • Korak 14: održavanje, podrška korisnicima

36. Primjer razvoja proizvoda • Razvoj proizvoda – primjer fotonaponskog pretvarača:

37. Ubrzani razvoj proizvoda – zašto? • Razvoj = ispitivanje u laboratoriju?

38. Ubrzani razvoj proizvoda - rješenje • Kombinirati najbolje iz stvarnog i virtualnog svijeta: stvarni reg. sustav (real-time) i modelpretvarača i procesa (real-time)

39. Primjer 1 – DC/DC pretvarač • Silazni pretvarač prema slici: • L  iL  L = 0.1 mH • C  uC  C = 375 F • R  IDK  R = 1.5  • UB = 100 V, UD = 45V • GRAP aplikacija i demo: • Otvoreni i zatvoreni regulacijski krug • Kontinuirani i diskontinuirani režim rada

40. Primjer 1 – DC/DC pretvarač • Regulacija napona - realizacija

41. Primjer 1 – DC/DC pretvarač • Regulacija napona – rezultati • Odziv na skokovitu promjenu referentnog napona 45V  20V • Odziv na skokovitu promjenu referentnog napona 20V  45V

42. Primjer 2 – DC/AC pretvarač • Trofazni izmjenjivač prema slici: • Pretvarač za fotonaponsku elektranu • Vektorsko upravljanje • GRAP aplikacija i demo: • Skokovita promjene reference u D i Q osi • Asimetrija i harmonici u mreži • Don’t panic!

43. Primjer 2 – DC/AC pretvarač • Trofazni izmjenjivač – realizacija (detalji): • PLL • transformacije

44. Zaključak • Zaključci: • Programiranja modernih upravljačkih platformi je gotovo trivijalno (uz prave alate) • Energetska elektronika može biti jednostavna • Razvoj proizvoda nikad nije trivijalan • Uskoro: • Novi moduli • Nove projekti • Prilike za suradnju • Prilike za učenje

45. Hvala vam na slušanju! Pitanja? Kontakti: elektronika@koncar-institut.hr tcihak@koncar-institut.hr jbabic@koncar-institut.hr mvlah@koncar-institut.hr aersek@koncar-institut.hr mpuskaric@koncar-institut.hr