Am Paul Scherrer Institut werden Elektronen durch starke Magnete in einer ringförmigen oder linearen Bahn beschleunigt und gehalten. Mit dem dabei abgestrahlten Licht «durchleuchten» Forschende unterschiedlichste Materialien, um deren detaillierten Aufbau oder die magnetischen Eigenschaften zu bestimmen. Im Jahr 2016 wird am PSI die nächste Grossanlage in Betrieb gehen: der Röntgen-laser SwissFEL. Ein solches Grossprojekt benötigt Unmengen an Elektronik, unter anderem auch 19"-Baugruppenträger, welche die Elektronik für die Ansteuerung von Magneten enthalten. Diese Geräte wurden innerhalb eines WTO-Verfahrens ausgeschrieben.
Das Pflichtenheft beinhaltete neben unzähligen technischen Anforderungen auch viele Punkte in Sachen Zuverlässigkeit, Service- und Unterhaltsfreundlichkeit. Standardgeräte, welche die rein technische Funktion erfüllen, sind auf dem Markt erhältlich. Aber diese Geräte weisen oft Zusatzfunktionen auf, die in diesem spezifischen Projekt eigentlich nicht benötigt werden und das Gerät unnötig verteuern.
Steuerungselektronik auf separatem Controller
Die Zielvorgabe lautete, eine zuverlässige, robuste, service- und anwenderfreundliche sowie kostenoptimierte Baugruppe zu entwickeln – eine Herausforderung für die Ingenieure, denn sie mussten die Funktionalität der Standardbaugruppe auf die zwingenden Anforderungen reduzieren und die erforderlichen Ergänzungen implementieren.
Entstanden ist eine Baugruppe basierend auf einer Standard-VME64x-Backplane. Die Stromzuführung erfolgt über ein L-förmiges zweites Backplane. Dieses enthält die Anschlüsse für zwei Hot-Swap-CPCI-Stromversorgungen, den Blind-Mate-Steckverbinder für den Lüftereinschub sowie den Anschluss für den steckbaren Controller.
Das L-Backplane ist mit Ausnahme des Strommessungs-Shunt, der Temperatursensoren sowie der I2C-Schnittstelle rein passiv. Die komplette Steuerungselektronik ist auf einer zusätzlichen Leiterplatte, dem Controller untergebracht. Dieser übernimmt alle Überwachungsfunktionen und die temperaturabhängige Lüftersteuerung. Sie erfasst die Betriebsdaten (Temperatur, Betriebszustand der Lüfter und Stromversorgungen, Stundenzähler, Spannung, Strom) und gibt diese Daten via Ethernet-Schnittstelle an das Leitsystem weiter. Über Ethernet können Einstellungen an den Lüftern, Stromversorgungen und am Crate vorgenommen werden. Zudem bietet die Schnittstelle auch die Möglichkeit, die VME64x-spezifischen Funktionen zu überwachen und zu steuern.
Einstellungen und Updates via Ethernet
Neue Applikations-Firmware kann ebenfalls über die Ethernet-Schnittstelle heruntergeladen werden. Sie liegt als Binärdatei vor und enthält nebst der zu programmierenden Daten die Firmware-Codelänge und die CRC-Checksumme über den gesamten Code. Beim Download wird die Firmware-Codelänge wie auch die CRC-Checksumme durch den Bootloader im Controller der Baugruppe ermittelt und mit den Vorgaben verifiziert und nur bei positivem Ergebnis freigegeben.
Service am laufenden System
Vorgegeben war die Bauweise in 19" und maximal 5 HE. Beim Gerät sollte die Kühlung wahlweise von links nach rechts oder von vorne nach rechts möglich sein. Durch die Wahl des entsprechenden Lüfter- und Filtereinschubs kann die Baugruppe auf «von vorne nach rechts»- oder «von links nach rechts»-Belüftung konfiguriert werden.
Das Crate, Systemgehäuse, ist so konzipiert, dass alle Servicearbeiten am laufenden System ausgeführt werden können. Mittels Schnellverschlüssen lässt sich der Filtereinschub herausnehmen und reinigen oder auch der Lüftereinschub ersetzen. Auch die Hot-Swap CPCI-Stromversorgungen sind mit Hilfe der Schnellverschlüsse rasch austauschbar.
Die Anforderungen dieses Projekts waren praktisch optimal in Bezug auf die Möglichkeiten und Fähigkeiten der Trenew Electronic AG. Deren Kernkompetenzen liegen in den Bereichen Stromversorgungen, Backplanes, Mechanik- und Elektronik-Engineering, Software-Entwicklung und Computing, weshalb fast alle Bereiche in diesem PSI-Projekt involviert waren. Für Trenew Electronic ist es ein grosser Erfolg und eine wichtige Bestätigung dafür, dass sich ein innovatives, mittelständisches Unternehmen in der Schweiz auch gegenüber internationalen Mitbewerbern im europäischen Marktumfeld erfolgreich behaupten kann.
Infoservice
Trenew Electronic AG
Joweid Zentrum 1, 8630 Rüti
Tel. 055 250 66 00, Fax 055 250 66 66
info@trenew.ch, www.trenew.ch
