Vorstellung einer alten 48-Kanal Lichtsteuerung

Vorstellung einer alten 48-Kanal Lichtsteuerung

Hier stelle ich, als Fortsetzung von diesem Thread: Vorstellung einer alten Lichtsteuerung
das Nachfolgeprojekt vor. Der Bogen zur LED-Technik wird später gespannt, in einem neuen Thread.

Das hier gezeigte Projekt stammt ungefähr aus dem Jahr 1992.
Es ging darum, die Front eines Schaustellerbetriebs mit einer 48-Kanal Lichtsteuerung zu versehen.
Hier flossen meine Erfahrungen aus dem oben verlinkten Thread ein.
Bei diesem wurmte mich die primitive, unübersichtliche Programmierung und die Notwendigkeit mehrere EPROMS einzusetzen.
Nach selbigem Schema realisiert, hätte ich hier immerhin 6 EPROMs benötigt, die mit verschieden Inhalten, die zueinander vollkommen synchron sind, im Hexeditor hätten gefüllt werden müssen …

Die neue Schaltung war raffinierter. Sie kam mit einer eigenen Firmware daher, die in einem eigenen EPROM plus ein paar GALs steckte und die Geschehnisse auf der Steuerkarte managte.
Das eigentliche Lichtprogramm steckte in einem einzigen EPROM, dessen Daten durch die Firmware in einer speziellen Weise ausgelesen und auf die Ausgangstreiber verteilt wurden.
Und zwar so, dass die Daten im Hexeditor spaltenweise organisiert untereinander standen. Das war bereits ein riesiger Fortschritt!
Weiterhin wurde zu jedem Bitmuster ein 8-Bit Zeitwert gespeichert, mit der Auflösung 0,01s.
Damit nicht genug: Das Programm konnte die Firmware veranlassen, markierte Bereiche im Ablauf in einer Schleife zu wiederholen, mit beliebig vielen Durchläufen, wobei es sogar möglich war, jedem Durchlauf einen anderen Zeitwert zuzuweisen.
Das ist sinnvoll für Effekte, die langsam anlaufen, immer schneller und schneller werden und schließlich wieder verlangsamen.

Die Firmware nannte ich „STOS“, was für „Stefans Operating System“ stand und als Witz gedacht war, in Anlehnung an „TOS“, dem ATARI-Betriebssystem, von dem man munkelte, es stünde für „Tramiels Operating System“ womit sich der gute Herr Tramiel angeblich selbst ein Denkmal setzen wollte.
Die Steuerung bekam daher von mir, etwas augenzwinkernd, den Namen „STOSomatic1“ verpasst.

Den auf dem ATARI gezeichneten Schaltplan habe ich leider nicht mehr, aber den versteht ohnehin kein Mensch …
Selbst ich, der sich den Kram ausgeheckt hat, habe Haare raufend manche Nacht darüber verbracht, weil es so irrsinnig kompliziert war.
Die GALS, mit ihren nur 8 Ausgängen (wo ich oft 9 benötigt hätte, für ein Carry-Flag), zwangen mich nämlich zu regelrecht aberwitzigen schaltungstechnischen Klimmzügen.

Die ersten drei Bilder geben einen Eindruck von dem Prototypen der Steuerplatine:
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Wie man sieht, hatte der Prototyp noch vier Macken, die mit Drähten gefixt wurden.

Etwa zwei oder drei Jahre später wurmte mich die verworrene Komplexität der Schaltung und der extreme Bestückungsaufwand. Immerhin hatte die Platine, inklusive der durchgelöteten Vias, knapp 800 Lötstellen …
Daher entwickelte ich 1995 noch einen funktionell nur leicht abgespeckten Nachfolger (die Schleifenfunktion entfiel), der ohne Firmware-EPROM und Firmware-GALs auskam und erheblich leichter auf Kundenbedürfnisse zuzuschneiden war.
Die nächsten fünf Bilder zeigen den Schaltplan und die Platine der Nachfolgeversion der STOSomatic1: Die STOSomatic3 (die Version 2 hat es nie gegeben):

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Diese Steuerung war praktisch perfekt!
Einfach im Aufbau, leicht zu programmieren, mit reichlich Testpins versehen, sowie einem Lochfeld für Erweiterungen.
Dieses gute Stück kam in mehreren Projekten zum Einsatz und hat sich über Jahre bestens bewährt.

Das grundlegende Projekt war aber die Go-Kart Rennbahn.
Für diese brauchte ich noch einen Lastteil, um die rund 10 Meter lange Front anzusteuern.
Einspeisung: Drehstrom, 3x25A.

Das folgende Bild zeigt das Layout der Lastplatine:
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Diese Platine hatte die Abmessungen 30x40cm und begnügte sich mit nur einer Kupferlage und wenigen Drahtbrücken.
Zuhause mühsam selbst geätzt und gebohrt, was echt schwierig war, weil das Riesenteil nicht unter meinen Bohrständer passte, ich also teilweise freihändig bohren musste.
Zwecks Servicefreundlichkeit war sie unten auf zwei Scharnieren montiert und oben mit zwei verliersicheren Schrauben gehalten.
Löste man diese beiden Schrauben, so konnte man die große Platine, die senkrecht in einem Schaltschrank montiert war, herausklappen, so dass sie waagerecht herausragte und von zwei Bändern gehalten wurde.
Das war theoretisch eine sehr gute Idee, für den Fall dass man mal Bauteile auslöten musste.
In der Praxis war diese Servicefreundlichkeit aber nicht ausreichend. Dazu gleich mehr.

Jedenfalls gab es oben eine 64-polige Buchsenleiste, in welche die kleine Steuerplatine eingesteckt werden konnte.
Geführt und gehalten wurde sie dabei von einem Profilgehäuse, das stehend auf die große Leiterplatte (dem „Bigboard“) montiert war. Dieses sollte zudem eine gewisse Abschirmung bewirken.

Das folgende Bild zeigt den geöffneten Schaltschrank:
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Leider habe ich die Originalbilder nicht mehr, aus der Zeit, wo ich das alles baute.
Das obige Bild ist von 2008, nachdem das Gerät also schon gute 15 Jahre auf dem Buckel hatte und auch mal einen Wasserschaden erlitt, der pfuschtechnisch geflickschustert wurde. Diese ganzen fliegenden Drähte stammen nämlich nicht ursprünglich von mir.
Die Go-Kart-Rennbahn existiert leider nicht mehr, aber der Betreiber setzt das Gerät bis heute an einem anderen Karussell ein.
Hier noch ein Bild von dem Schaltschrank, auf dem Dach des Kassenwagens:
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Noch zur Funktion der großen „Bigboard“-Platine:
Aus dem einer Drehstromphase wird ein netzsynchrones Signal gewonnen, das auf den Nulldurchgang eingerastet ist. Daraus werden drei um 120 Grad phasenverschobene 100Hz-Signale generiert, die der STOSomatic zugeführt werden.
Diese steuert die SSRs auf dem „Bigboard“ dann zum jeweils korrekten Zeitpunkt, im Nulldurchgang der jeweiligen Phase an.
Hinter den 48 SSRs sitzt je eine Feinsicherung, weil mir bis dahin noch immer nicht zu Ohren gekommen war, dass das nicht gut ist …
Genau genommen wollte ich persönlich durchaus gerne Sicherungsautomaten einsetzen, aber die haben damals noch richtig Kohle gekostet (gute 40,- DM pro Stück) und hätten einen größeren Schaltschrank erfordert.
Das hätte insgesamt den Preis derart in die Höhe getrieben, dass der Auftraggeber nicht mitspielen wollte, so dass ich genötigt war, billige Feinsicherungen einzusetzen.
Der Nachteil ist halt der, dass die alle Nase lang gewechselt werden mussten, denn bei etlichen Hundert Lampen ist es an der Tagesordnung, dass es mal kurz kracht und ’ne Sicherung fliegt.
Irgendwann hat der Auftraggeber dann sogar meinen Berührschutz entfernt, den ich über den Sicherungen angebracht hatte: Auf jeder Seite gab es einen verschiebbaren Plexiglasstreifen, welcher die Sicherungen abdeckte. Der aber halt jedes Mal verschoben werden musste, wenn man eine Sicherung wechseln wollte.

Das letzte Bild zeigt ein Foto der damit angesteuerten Front des Karussells:
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Und hier gibt es zwei Videos:
Einmal von der alten Go-Kart-Rennbahn.

Und einmal vom Karussell.

Warum das Prinzip mit der herausklappbaren, auf Scharnieren montierten Großplatine doch nicht so gut war?
- Nun, bei der Go-Kart Rennbahn war der Schaltschrank in knapp vier Metern Höhe angebracht und nur auf einer Leiter stehend erreichbar.
Als ich nach dem Wasserschaden das Ding wieder in Gang setzen sollte, musste ich im Winter, draußen frierend auf der Leiter stehend, eine ganze Nacht durcharbeiten, um dem Pfusch zu beseitigen.
Wie das Wasser überhaupt in den IP65-Schaltschrank geraten konnte, war ein Rätsel, kam auch nie wieder vor. Jedenfalls konnte ich nicht einfach beide Platinen austauschen (nur die kleine, die war ja gesteckt), sondern musste an der großen Platine so halbwegs alles austauschen.
Daraus habe ich gelernt:
- Selbst der unrealistischste Fall WIRD eintreten!
- Ein jedes Modul muss steckbar sein, JEDER Fehler muss innerhalb von etwa zwei Minuten behebbar sein!

In den nächsten Tagen stelle ich ein etwas zeitgemäßeres Projekt vor und anschließend geht es (endlich) um die Entwicklung einer ganz neuen, modularen Universalsteuerung, bei der ich ganz stark die LED-Technik im Visier habe und die ich gerne mit Euch teilen möchte.
Dabei werde ich auf die alten Projekte zu sprechen kommen, weswegen ich diese alten Sachen überhupt vorstelle.

Schön, dass Dir die Bilder gefallen haben.

Dabei konnte man auf einigen kaum was erkennen, wegen der Verkleinerung auf 640 Pixel.
Wenigstens drei davon habe ich jetzt etwas vergrößert, so dass sich ein größeres Bild öffnet, wenn man drauf klickt.
Ging aber nicht bei allen, weil mir die Originale aus jener Zeit nur in relativ kleinem Format vorliegen.

Jedenfalls ist es interessant, dass es damals schon möglich war, solch eine Steuerung zu bauen, ohne einen Mikrocontroller einzusetzen und ohne wirklich programmieren zu können.

Die Hauptaufgabe der Ausleseelektronik für das EPROM bestand ja darin, dieses so auszulesen, dass man den EPROM-Inhalt im Hexeditor übersichtlich dargestellt editieren konnte.

Das mit EPROM ist heutzutage natürlich out, aber wenn man einen AVR nimmt und dort einen DATA-Bereich anlegt, sieht der auch nicht viel anders aus.

Diese große Lastteil-Platine "BigBoard" hatte ich damals übrigens aus Kostengründen aus einem Guss gefertigt.
War halt billiger, als die 48 Kanäle auf z.B. sechs Eurokarten zu verteilen, die dann wieder allesamt Messerleisten benötigen, sowie eine Backplane, die dann wiederum mit Buchenleisten bestückt ist.

Allerdings hat sich gezeigt, dass das doch eine Milchmädchenrechnung war.
Denn wann braucht schon mal jemand genau so eine Platine nochmal?

Wenn man häufiger mal Einzelstücke oder Kleinstserien fertigt, sind die Kosten für angefertigte Platinen unverhältnismäßig hoch, weswegen ich das große Ding ja auch selbst geätzt und gebohrt hatte, was aber enorm aufwändig war.

Hätte ich den Lastteil tatsächlich auf mehrere kleinere Platinen verteilt, dann hätte es sich gelohnt, diese gleich in höherer Zahl anfertigen zu lassen - zu einem vergleichsweise günstigen Preis.
Denn 8-Kanal-Lasttreiber kann man immer wieder mal gebrauchen, ganz im Gegensatz zu einem 48-Kanal-Treiber.
Zudem kann man kleinere Einheiten viel leichter steckbar auslegen, was der Servicefreundlichkeit zugute kommt.

Die Ausgangsleitungen hatte ich beim BigBoard ja dummerweise angelötet, weswegen man nicht auf die Schnelle mal eben die große Platine ausbauen konnte.
Es war zwar eine nette Idee, die herausklappbar auf Scharniere zu montieren, aber als der Wasserschaden auftrat, der fast alles gekillt hatte, half mir das auch nicht groß weiter.

Das Dumme war halt, dass ich da tagsüber nicht bei konnte, weil man die große Leiter, die man brauchte um den Schaltschrank zu erreichen, dazu direkt auf die Fahrbahn der Go-Kart Rennbahn stellen musste.
Aber tagsüber wurde da ja gefahren ...
Also musste ich den Schaden stundenlang in der Nacht beheben. Draußen, im Winter, auf der Leiter, in fast 4 Meter Höhe ...

Dabei habe ich mir hinter die Ohren geschrieben, dass jeder Fehler innerhalb von zwei Minuten behebbar sein muss!
Zwischen zwei Fahrten kurz die Leiter ran, Schaltschrank auf, Modul raus, neues Modul rein, runter von der Leiter und fertig!
Wenigstens bei der Steuerplatine war das gegeben, nicht aber beim Lastteil.

Ich stelle demnächst noch ein anderes Projekt vor, wo das mit dem Blitzservice gegeben ist.
Etwas Lehrgeld musste ich zwar auch da noch bezahlen, aber danach war nun echt klar, worauf es ankommt.

Ja turi, stimmt.

Ursprünglich hatte ich dem Kunden zur Auflage gemacht, den Schaltschrank unter der Dachplane zu montieren, so dass er erstens vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt ist (wobei das unwichtig ist, denn bei Sonnenschein sind die Lampen sowieso aus) und zweitens vor Regenwasser.

Der Schaltschrank ist zwar IP65, aber ich mag doppelte Sicherheit, also unter die Plane damit.
Das Kuriose: Er hat das sogar gemacht. Dennoch ist der Schaltschrank mal abgesoffen und wir haben uns am Kopf gekratzt, wie das möglich gewesen sein könnte.
Angeblich sind da mehrere Liter Wasser rausgelaufen, als sein Mitarbeiter den Schaltschrank öffnete.

Eine Idee war, dass das Wasser durch das Kabel an dem 48-poligen Hartingstecker in den Schrank gedrungen ist. Dessen anderes Ende lag nämlich höher; dort, wo es sich aufteilt und zu den Lampen geht.
Für sonderlich wahrscheinlich halte ich die Theorie zwar nicht, hatte aber auch nie eine bessere.

Jedenfalls ist dann noch etwas völlig Utopisches passiert: Der Kunststoffeinsatz von dem Hartingstecker ist niederohmig elektrisch leitfähig geworden!!!
Ich konnte es nicht fassen, aber ich schwöre dass es so war: Man nahm einen Durchgangsprüfer und berührte mit den Messspitzen zwei Stellen an dem Kunstsoff. Und [tuuuut] - Durchgang!
Wirklich, definitiv und ohne Zweifel! Ich hatte den Einsatz dann ausgebaut, alle Leitungen abgeklemmt und es an dem nackten Einsatz nochmal probiert und dem Kunden demonstriert: Voller Durchgang!

Muss man nicht verstehen, aber ich verstand daraufhin, dass man wirklich den undenkbarsten Fall einkalkulieren muss und das wirklich jedes Teil in kürzester Zeit austauschbar sein muss.

Das war wirklich unangenehm für mich, hatte ich zuvor doch damit geprahlt, wie servicefreundlich meine Konstruktion war.
Die kleine Platine war steckbar, die große konnte man per Scharnier herausklappen "falls man da mal was löten müsste".
Tja, und dann passiert sowas ...

Ich beschreibe das so ausführlich, damit alle wissen, warum mir bei dem schon angekündigten, neuen Projekt das Thema "leichte Austauschbarkeit aller Komponenten" so betont wichtig ist und überhaupt die grundlegende Eigenschaft des neuen Systems.
So Fälle wie diesen, wo man nur mittels Leiter an die Schaltung kommen konnte, wo man dann mit Lötkolben, Oszilloskop und anderem Equipment stundenlang auf der Leiter rumeiert, frierend oder schwitzend, in verdreckter Umgebung, hatte ich inzwischen nämlich oft genug.

Man kann sich nicht vor jeder Eventualität schützen, aber sehr vieles ist für mich inzwischen vorhersehbar.
Eine durchdachte Konstruktion kostet zwar in der Herstellung etwas mehr, eine eine auf ultimativ billig getrimmte, aber beim ersten Problem oder dem ersten Wunsch nach Erweiterung/Umbau wird sich das rechnen.

Ich hatte Kunden, die mir geschworen haben, dass sich an der Installation niemals etwas ändern würde. Keine zwei Jahre später, bekommen die dann von der Behörde eine Auflage, irgendwas umzugestalten und dann ist das Prob da.
Jetzt ist gerade die Phase, wo alle von Glühlampen auf LEDs umsteigen, was eine andere Ansteuerung notwendig macht.
Wenn man dann mit geringem Aufwand umbauen kann, dann hat man 'nen neuen Auftrag.
Ist der Aufwand aber so unverhälnismäßig groß, dass sich eher die Anschaffung eines Neugerätes lohnt, dann verliert man möglicherweise den Kunden an einen billigeren Anbieter.

Wer nur für den Eigenbedarf 'ne Matrix basteln will, wird das jetzt nicht als so wichtig betrachten. Dennoch: Nach einiger Zeit kann man seine Matrix nicht mehr sehen. Man schnallt irgendwann, dass man etliches hätte besser machen können. Dass es vielleicht doch zu stark flimmert, dass die Farbabstufungen bei 8 Bit doch nicht so prickelnd sind, dass ...
Dann ist es toll, wenn man mit geringem Aufwand alles umbauen oder erweitern kann. Gut, wenn alle Komponenten wiederverwendbar sind.

Set der Mikrocontroller-Ära "quält" uns die Zeitschrift Elektor mit immer "neuen" Mikrocontrollerschaltungen, die sowieso stets zu 80 oder 90% identisch sind.
Ein AVR soundso, eine Stabi-Schaltung, ein Display, eventuell noch eine Tastatur. Soweit immer gleich.
Und dann entweder ein Temperatursensor (dann ist das Ding ein Temperaturlogger) oder ein Feuchtigkeitssensor oder ein paar LED-Treiber ...
Und jedesmal 'ne neue Platine, obwohl im Kern alles weitgehend identisch ist.
Das kann man vereinfachen und universeller machen!
Aber die bisherigen Ansätze taugen meiner Meinung nach nicht.
Diese ganzen Adapter von PLCC auf DIL und so, lösen das grundlegende Prob nicht gründlich genug.

Auch die Ansätze von Roboternetz bringen es meiner Meinung nach nicht. Ein paar Standardisierungen, schön. Aber alles zu groß, zu unflexibel, zu wenig Leistung, gemessen am Aufwand. Und man wird mit einem Haufen Platinen allein gelassen, ohne dass ein Gehäusesystem im (nicht existierenden) Gesamtkonzept vorgesehen wäre.

Relativ gute Ansätze sind bei manchen SPS-Steuerungen zu erkennen.
Aber die sind immer klobig und der fetteste Nachteil: Es sind geschlossene Systeme.
Die Hersteller rücken ja ihre Schaltpläne und Layouts nicht raus. Es ist also schwer, eigene Erweiterungen zu konstruieren. Und wenn man es mal wesentlich kleiner und abgespeckter haben will, ist man sowieso gekniffen.

Ich habe daher den Ansatz, ein skalierbares Steuersystem zu bauen, dessen Umfang sich im Bereich einer Streichholzschachtel bis zum Großschaltschrank erstreckt. Wo man für wenige Euronen einsteigen und bei Bedarf Stück für Stück alles erweitern kann.
Wo ein Teil zum anderen passt, jedes Teil wiederverwendbar ist und sich ein roter Faden durch das Gesamtkonzept zieht.
Wo jeder seine selbstkonstruierten Erweiterungen hinzufügen kann.
Wo alle grundlegenden Platinen klein genug sind, dass man mit der kostenlosen Version von Eagle auskommt.

Ich schreibe das hier, in den Vorstellungen meiner alten Projekte, damit ich in der bald kommenden Vorstellung des neuen Projektes nicht mehr so lang und breit die Hintergründe erläutern muss. Damit schon abgehakt ist, was sich in der Praxis nicht so gut bewährt hat und welche Lehren daraus gezogen wurden, die in das neue System einfließen.

Kommende Woche geht's los!