Entwicklung eines Gerätes zur Fernwartung von Systemen unter Verwendung eines Mikrocontrollers, Modemchipsatzes und Multitasking-Betriebssytemes

Inhaltsangabe:Einleitung: Ein großes Anwendungsgebiet der Elektrotechnik ist das rechnergestützte Messen, Steuern und Regeln sowie die Überwachung, Wartung und Diagnose in den verschiedensten Einsatzgebieten. In vielen dieser Bereiche läßt sich ein zu steuernder Prozeß nicht vollständig automatisieren. Er bedarf also des Eingreifens durch den Menschen. Ein Beispiel hierfür ist der Betrieb von Windkraftanlagen, deren Funktion von einer zentralen Stelle aus überwacht wird. Diese Anwendung fällt in den Bereich von Remote-Control, welche die komplette Kontrolle eines Systems ferngesteuert ermöglicht. Als Kommunikationskanal hierfür stehen verschiedene Medien wie z.B. Funkübertragung oder Datennetze zur Verfügung. Ein Anwendungsfall von Remote-Control wird in dieser Diplomarbeit behandelt: Die Fernwartung von Systemen über die Telefonleitung. Die Firma Linotype-Hell, in der die Diplomarbeit durchgeführt wurde, entwickelt und produziert Geräte zur Druckvorlagenherstellung. Ihre Produktpalette umfaßt eine Vielzahl von Scannern, Bildverarbeitungsrechnern und Imagesettern zur Belichtung von Folien zur Druckwalzenherstellung. Diese technisch sehr komplexen Geräte werden weltweit vertrieben. Als Dienstleistung unterhält die Firma Linotype-Hell ein weltweites Servicenetz. Für die Wartung steht dem Service bei den meisten Geräten eine Diagnoseschnittstelle zur Verfügung, an die vor Ort ein Debug-Terminal angeschlossen wird. Die Idee für diese Diplomarbeit war es, einen direkten Zugriff auf diese Schnittstelle von einem der Werke in Kiel oder Eschborn bzw. einer Service-Niederlassung aus zu ermöglichen. Damit wäre eine Service-Unterstützung durch Fernwartung möglich. Für eine solche Fernwartung ist eine Verbindung zwischen Diagnoseschnittstelle und einem Service- Rechner erforderlich. Als Kommunikationskanal bietet sich das i.d.R. leicht zugängliche und weltweit vorhandene Telefonnetz an. Zusätzlich ist eine Ankopplung der Diagnoseschnittstelle an die Telefonleitung notwendig. Dieses ließe sich durch ein Gerät umsetzen, das folgende Möglichkeiten bietet: - Kommunikation über Modem und serielle Schnittstelle. - Steuerung des Verbindungsaufbaus über das Modem. - automatische Konfiguration der Kommunikation inklusive Fehlerkorrektur. Für die Realisierung eines solchen Gerätes bietet sich als Hauptkomponente ein integrierter Modemchipsatz an. Dieser Chipsatz ist an einen Mikrokontroller gekoppelt, der den Verbindungsaufbau und die Kommunikation steuert. Ein Multitasking-Betriebssystem bietet sich als Kern der Software an, da parallel eine Kommunikation nach zwei Seiten und zusätzlich eine Ablaufsteuerung des Gerätes erfolgen muß. In der Anwendung kann der Kunde bei einer Betriebsstörung eine Verbindung zur nächsten Service-Niederlassung der Firma Linotype-Hell aufnehmen. Von dort wird eine Ferndiagnose vorgenommen. Kann der Fehler nicht direkt korrigiert werden, wird entsprechend ausgerüstetes Servicepersonal entsandt. Sofern die Diagnose-anforderungen die Möglichkeiten vor Ort überschreiten, kann das Servicepersonal das Gerät verwenden, um ein Werk der Firma Linotype-Hell direkt anzuwählen. Die Entwicklungsabteilungen könnten so die Serviceeinsätze effektiv unterstützen. Diese Möglichkeiten bestehen weltweit und können in einigen Fällen die teure Entsendung von Servicepersonal überflüssig machen. Zusätzlich läßt sich die Ausfallzeit des betreffenden Gerätes verkürzen. In der vorliegenden Arbeit wird im Rahmen einer Projektierung zunächst ein Realisierungskonzept erarbeitet, für dessen Umsetzung eine Projektplanung erstellt wird. Die Realisierung beginnt mit der Entwicklung der Hardware, auf die die Entwicklung der Software aufsetzt. Das Gerät wird anhand der Anforderungsanalyse getestet. Abschließend werden Möglichkeiten zur Weiterentwicklung des Gerätes diskutiert. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1.EINLEITUNG1 2.PROJEKTIERUNG3 2.1Anforderungsanalyse3 2.1.1Bedingungen zur Realisierung von Remote-Control4 2.1.2Geraet zur Fernwartung des Herkules-Rekorders4 2.1.3Weitere Einsatzgebiete von Remote-Control in der Firma Linotype-Hell6 2.2Auswahl des Realisierungskonzeptes7 2.3Projektplanung9 2.3.1Zerlegung in Teilaufgaben9 2.3.2Ressourcenplanung10 3.REALISIERUNG DER HARDWARE13 3.1Hardwarekonzept13 3.2Die Mikrokontroller-Einheit14 3.2.1Auswahl des Mikrokontrollers14 3.2.2Der Mikrokontroller MC6830616 3.2.3Integration von Mikrokontroller und Peripherie18 3.3Das Modem21 3.3.1Auswahl des Modemchipsatzes21 3.3.2Der Modemchipsatz RC144ACLW24 3.3.3Realisierung eines Modems mit dem Chipsatz RC144ACLW28 3.3.4Das Line-Interface31 3.4Integration von Mikrokontroller-Einheit und Modem34 3.4.1Der Power-On-Reset des Modems35 3.4.2Die Power-On-Initialisierung des Modem-Interrupts36 3.4.3Die Schreibsignalverkuerzung36 3.5Mechanische Ausfuehrung des Geraetes40 4.REALISIERUNG DER SOFTWARE41 4.1Das Softwarekonzept41 4.2Die Modemfirmware44 4.3Die Treiberschicht46 4.3.1Das Hardware-Interface46 4.3.2Die System-Kontrolle49 4.3.3Die zeichenorientierten E/A-Treiber50 4.3.4Die Gerätetreiber52 4.4Das Betriebssystem71 4.4.1Das Multitasking-Betriebssystem pSOS+72 4.4.2Der Debugger pROBE+75 4.5Die Applikationsschicht77 4.5.1Die Kommunikationsdienste77 4.5.2Die Geraeteparameter81 4.5.3Die Anwendung89 5.TEST93 6.DISKUSSION96 6.1Realisierung des Geraetes96 6.2Weiterentwicklung96 6.3Einsatz des Gerätes in der Fernwartung von anderen Systemen97 6.4Der Einsatz von Remote-Control in der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik98 7.ZUSAMMENFASSUNG99 8.LITERATURVERZEICHNIS101 ANHANG103 Abbildungsverzeichnis103 Tabellenverzeichnis105 Abkuerzungen107 Liste der verwendeten Programme108 Anlagen109 Danksagung110