Schaltsysteme, einfach bis komplex
– ist der Einsatz einer Signal Routing Software sinnvoll?

Schaltarchitekturen für Testsysteme sind dafür ausgelegt eine gemeinsame Nutzung von Mess- und Stimuli-Instrumenten, Spannungsversorgungen, Lasten und Simulationen zu ermöglichen. Mit zunehmender Variantenvielfalt der zu prüfenden Produkte oder bei gleichzeitigem Test mehrerer Prüflinge, steigen die Anforderungen an ein Schaltsystem. Je komplexer sich Schaltsysteme darstellen desto aufwendiger ist die Entwicklung einer sicheren Schaltsystemsoftware. Selbst bei einfachen Schaltaufgaben ist darauf achten, dass Kurzschlüsse oder Fehlschaltungen und somit mögliche Beschädigung des Prüflings oder des Testsystems vermieden werden. 

Die übliche Vorgehensweise ist die tabellarische Aufstellung der Testschritte mit ihren zugehörigen Parametern und den dazu passenden Schaltknoten. Eine genaue Kenntnis der Signalverteilung im System ist Voraussetzung welche Relais mit welcher Adresse zu welchem Zeitpunkt in welchem Test geschaltet werden müssen. Mit anderen Worten: der Anwender schaltet eine Anzahl Relais, um den oder die notwendigen Signalpfade für den Test zu realisieren.

Ein relativ einfaches Schaltsystem zeigt Abb. 1. Die Einzelrelaiskontakte sind in 3 getrennten Subsystemen verteilt und miteinander verdrahtet. Signalpfade in vielen Variationen sind durch entsprechende Kombinatorik möglich. Dabei müssen die Öffner K4 und K5 gesondert betrachtet werden. Im Ruhezustand, also bei deaktivierten Relaisspulen, sind diese Kontakte geschlossen. Es ist offensichtlich, dass durch eine falsche Kombinatorik ungewollte Kurzschlüsse zu anderen Knoten im System entstehen können. Hier erfordert es größte Sorgfalt bei der Programmierung bzw. bei der Auswahl der zu schaltenden Relais. Angenommen für 3 Testschritte sollen unabhängige Signalpfade sequentiell wie folgt geschaltet werden: 

Wie ist der Ablauf und was muss beachtet werden?

        1.  Pfad M-N   Startbedingung = RESET = alle Schließer geöffnet, alle Öffner geschlossen
                    a. Schließe K1 

        2.  Pfad M-O                            - K1 noch geschlossen
                    a. Öffne K4                   - Kurzschluss zu N muss vermieden werden  
                    b. Öffne K5                   -  Kurzschluss zu P muss vermieden werden
                    c. Schließe K3 
                    d. Schließe K2

        3.  Pfad M-P                             - K1, K2 und K3 sind geschlossen
                    a. Öffne K2                     
                    b. Schließe K5

        4.  RESET                                 - öffne alle Schließer – schließe alle Öffner

Der o.a. Ablauf funktioniert nur dann richtig und ohne Fehlschaltungen, wenn die Reihenfolge exakt eingehalten wird. Wird ein Testschritt direkt ausgeführt, ohne die Vergangenheit zu betrachten muss zuvor eine sichere Bedingung eingestellt werden, Beispiel:

            Pfad M to P 
                    a. RESET
                    b. Öffne K4             - Kurzschluss nach N muss vermieden werden                 
                    c. Öffne K5             - Kurzschluss nach P muss vermieden werden
                    Alle Anschlüsse sind jetzt „isoliert“ d.h. von einer möglichen Verbindung getrennt. 
                    d. Schließe K1
                    e. Schließe K3
                    f. Schließe K5

Dieses einfache Beispiel zeigt schon die grundsätzliche Komplexität bei der Programmierung eines Schaltsystems wobei die Kenntnis richtiger Relais-Adressierungen noch gar nicht mit einbezogen war. Ist ein Pfad geschaltet und wird ohne Sicherungsmaßnahmen ein weiterer dazu geschaltet werden, sind Kurzschlüsse unvermeidbar.

Wie verhält es sich beim Einsatz einer Signal Routing Software?

Im Folgenden wird der Pickering Interfaces’ Switch Path Manager (SPM) verwendet. Die Gründe für den Einsatz einer Signal Routing & Switching Software können auch auf andere derartige Software Pakete angewendet werden.

Der Switch Path Manager legt ein virtuelles Abbild der Schaltarchitektur als Projekt ab, das zur Laufzeit zum Schalten der Signalpfade verwendet wird. Es werden einmalig die eingesetzten Schaltmodule adressiert und die physi-kalischen Verbindungen zwischen den Modulen („Relais-Kontaktverdrahtung“) sowie die Endpunkte definiert. 

Als Endpunkte gelten hier die Knoten an der äußeren Schnittstelle des Systems, mit denen Mess- und Stimuligeräte sowie der Prüfling verbunden sind.  Der Anwender sieht damit nur eine „Black Box“ und muss sich um interne Relais, deren Adressierung und Verschaltung nicht kümmern.   

Mit dem Aufruf einer Punkt-zu-Punkt oder einer Punkt-zu-Multipunkt Verbindung wird ein möglicher Signalpfad errechnet und die dazu benötigten Relais angesteuert und somit der gewünschte Signalpfad zwischen den Endpunkten erstellt. Anstatt Relais zu wählen, um einen Signalpfad zu realisieren, wird der gewünschte Signalpfad zwischen Startpunkt und Endpunkt(e) gewählt, über einen CONNECT Befehl aufgerufen und die zuschaltenden Relais durch SPM ermittelt. Der Router wird immer Konflikte mit bereits existierenden Pfaden oder nicht isolierten Endpunkten vermeiden und einen alternativen Weg ermitteln oder im Fall einer erfolglosen Suche, den Vorgang mit einer entsprechenden Fehlermeldung abbrechen.

Der Ablauf der eingangs definierten Testschritte mit SPM

        1.  Pfad M-N 
            a. DISCONNECT ALL                                                                                                            
               öffnet alle Schließer – schließt alle Öffner
            b. CONNECT M, N            

        2.  Pfad M-O      
            a. DISCONNECT ALL
            b. CONNECT M, O

Würde kein DISCONNECT ALL zu Beginn durchgeführt, hätte bei einem CONNECT M, O aufgrund des Öffners zu N die sogenannte Endpunkt-Isolierung eingegriffen. Ein angeschlossenes Signal (an N und/oder P) wäre automatisch als nicht isoliert (nicht getrennt) erkannt, der Router blockiert und der Pfad nicht geschaltet worden.   

        3.  Pfad M-P          
            a. DISCONNECT ALL
            b. CONNECT M, P

Ist ein Pfad geschaltet kann ein weiterer Pfad nur dann geschaltet werden, wenn keine Konflikte zum bestehenden Pfad bestehen. Beispiel:

Möglich wäre

1. DISCONNECT ALL
2. CONNECT M, N
3. CONNECT O,P

1. DISCONNECT ALL
2. CONNECT M, N
3. CONNECT O, N     - Hier würde der Befehl nicht ausgeführt und eine Fehlermeldung ausgegeben.

Zur Vollständigkeit nachfolgend auch eine Punkt-zu-Multipunkt-Verbindung

1. DISCONNECT ALL
2. CONNECT M, N+P   - Hier wird nun gewollt M mit N und P verbunden
3. DISCONNECT M, N  - Hier wird von M der zuvor geschaltete Anschluss N getrennt, Verbindung M-P bleibt erhalten.
4. 
   

Ein Fehlerrisiko bei der Prüfprogrammerstellung ist selbst bei kleinen Schaltarchitekturen gegeben. Es ist daher empfehlenswert, eine Signal Routing Software, in Betracht zu ziehen, deren Anschaffung sich durch kürzere Programmerstellungszeit und minimalem Risiko bezüglich Schaltfehler sehr schnell amortisiert.