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Testeinrichtung für Steuergeräte von Pflanzenleuchten : Ausgabe 05/2018, 15.03.2018

Leuchtendes Grün

Der Anbau von Gemüse hat sich inzwischen zu einem Hightechgeschäft entwickelt. Es wird dabei nichts dem Zufall überlassen. Nicht planbare Einflüsse, wie Wetterkapriolen, dürfen keine Rolle mehr spielen. Das alles passiert unter der Vorgabe von hohen Erträgen in bester Qualität bei möglichst geringen Kosten.

Bilder: MCD Elektronik GmbH, Shutterstock/MCD

Sehr viele Gemüsesorten, wie Tomaten, werden nahezu ausschliesslich unter Glas oder in Folientunneln angebaut. Nicht nur die Zufuhr von Wasser und Nährstoffen wird genau gesteuert, auch beim Licht hat die Technik die Oberhand. In grossen Gewächshäusern brennen bis zu 10 000 Metall- und Natriumdampflampen und verlängern, selbst wenn die Sonne schon untergegangen ist, den Tag. Mit 2500 Brennstunden pro Jahr sorgen sie für optimale Lichtverhältnisse für die Pflanzen.

Diese Entladungslampen weisen hohe Anteile im blauen und roten Spektralbereich auf, das ergibt eine möglichst intensive, photosynthetisch aktive Strahlung. Der Blauanteil verhindert wucherndes Längenwachstum und der Rotanteil unterstützt die Reifephase. Die Lichtausbeute dieser Lampen ist hoch bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch. Das wirkt sich positiv auf die Produktivität aus wie auch die langen Wartungsintervalle bei einer mittleren Lebensdauer von ca. 10 000 h.

Intelligente Stromversorgung

Die Lampen werden mit elektrischen Leistungen zwischen 250 und 600 W angeboten. Metall- und Natriumdampflampen benötigen einen Zündimpuls von ca. 3,2 kV. Ein deutscher Hersteller dieser Speziallampen entwickelt und produziert in Zusammenarbeit mit einem Zulieferer die Netzgeräte für seine Planzenleuchten. Das Netzteil stellt nicht nur die Betriebs- und Zündspannungen bereit, sondern ist zugleich ein intelligentes Steuer-gerät, das die Lampe auf der Basis verschiedener Einflussgrössen, wie z. B. der aktuellen Sonneneinstrahlung, so steuert, dass ein Optimum von Strahlleistung und Energieverbrauch erreicht wird.

Für den Test dieser Steuergeräte suchte der Lampenhersteller einen Partner, der für die Produktion ein vollautomatisches Testsystem entwickelt. Für den Mess- und Prüftechnikspezialist MCD Elektronik, ein Unternehmen das vornehmlich Automotive-Projekte durchführt, war es eine interessante Herausforderung mit ungewöhnlichen Randbedingungen. Der Prüfling wird direkt an der Teststation programmiert und im Anschluss überprüft. Je nach Stromversorgungsmodell gelangen unterschiedliche Testmodi zur Anwendung. Dazu gehören Auswertungen, wie Strom- und Spannungsmessungen, aber auch das Auslesen und Auswerten von EEPROM-Daten. Zudem wird ein Zündtest durchgeführt, bei dem die Zündspannung und ihre Frequenz gemessen und ausgewertet werden.

Das Beste für effektive Tests

Alle Komponenten sind in einem kompakten Test-Rack untergebracht. Die Adaption für den Prüfling ist separat und beinhaltet vor allem das Nadelbett zur Kontaktierung der Steuerungsplatine. Eine Besonderheit ist die Hochspannungsprüfung mit 3 kV. Dafür mussten im Adapter Sicherheitsvorrichtungen eingebaut werden mit den nötigen Sicherheitsabständen zu Signalleitungen. Auf einem Industrierechner sind die MCD-Softwareprodukte Prüfsoftware TestManager CE‚ Toolmonitor PicoScope und die Steuerprogramme für die Prüfplatzelektronik installiert. Über RS232-Schnittstellen kommuniziert die Steuerung mit den Komponenten des Prüfstands. Eine DC-Stromversorgung versorgt die Adaption mit Betriebsspannung. Der Prüfling wird über eine AC-Quelle versorgt. Mit dem integrierten PicoScope lassen sich Signalwechsel, die an den CPU-LEDs auftreten, abtasten und mit dem dafür spezialisierten MCD-Toolmonitor auswerten. Ein Pulsgenerator von Rigol erzeugt die Kurvenform zur Erzeugung des Zündimpulses. Über ein Multimeter mit Multi-plexer von Keysight werden die vom Prüfling generierten Ausgangssignale erfasst und an den TestManager übergeben. In der Adaption befindet sich neben einer Steuerungsbaugruppe der Differenztastkopf des PicoScopes und das Programmiergerät MK2 von Atmel. Damit wird in den ersten Schritten des Prüfablaufs ein programmierbarer Logikbaustein mit der Testsoftware programmiert. Sodann werden mit Hilfe des Keysight Multimeters Spannungs- und Strommessungen durchgeführt.

Alles kommt auf den Prüfstand

Das Netzgerät erzeugt primär die Versorgungsspannungen für die Hochdrucklampe, es führt aber mit seinem Prozessor auch anspruchsvolle Steuerungsaufgaben durch. Dazu gehören die Sicherheitsfunktionen einschliesslich eines Funkkommunikationssystems mit über 70 Protokollen. Für sehr grosse Gewächshäuser mit vielen Leuchten können mehrere Steuergeräte miteinander vernetzt werden, um eine homogene Ausleuchtung zu gewährleisten. Bei der Ansteuerung der Lampen wird über Sensoren auch die Umgebungshelligkeit gemessen. Beim Test wird dazu ein Profil auf dem Steuergerät abgefahren, mit dem der Tagesablauf der Sonne in einem Gewächshaus simuliert wird. Die Arbeitsstunden der Lampen und unterschiedliche Fehlermeldungen werden gespeichert. Man kann durch einen Fernzugriff die Zustände der Lampen und des Steuergerätes kontrollieren und den Unterhalt der Beleuchtung ökonomisch steuern.

Der Testablauf ist komplett automatisiert. Nachdem der Bediener den Prüfling in den Adapter eingelegt hat, wird der Barcode des Prüflings gescannt. Anhand der Typbezeichnung erfolgt das Aufspielen der Testsoftware und die Testabfolge beginnt. Auf dem Steuergerät befinden sich mehrere Trafos. Mit einem davon wird die Zündspannung von ca. 3,2 kV erzeugt, um die Lampe zu starten. Der Zündfunke mit einer Frequenz von 200 kHz dauert ca. 100 ms. Nach dem Zündtest wird die Anzahl der Zündungen ausgelesen. Spannung und Frequenz misst ein Oszilloskop von Pico Technology. Das Gerät tastet auch Signalwechsel, die an den CPU-LEDs auftreten, ab. Eine Variante der MCD-eigenen Software Toolmonitor steuert das Oszilloskop unter der einheitlichen Bedienoberfläche des Prüfplatzes. Der gesamte Testvorgang dauert ca. 1 min. Der Werker bekommt allerdings erst die Freigabe zum Entnehmen des Prüflings aus der Adaption, wenn dieser entladen ist. 

Infoservice

MCD Elektronik GmbH
Hoheneichstrasse 52, DE-75217 Birkenfeld
Tel. 0049 7231 78 4050, Fax 0049 7231 78 405 10
info@mcd-elektronik.de, www.mcd-elektronik.de




Das Blockdiagramm der Testeinrichtung


Der Anbau von Gemüse wird sehr präzise gesteuert. Die Teststation von MCD Elektronik sorgt für reibungslose Funktion

Prüf- und Funktionsumfang

  • Strom- und Spannungsmessungen
  • Funktions- und Bauteilprüfung
  • Programmierung der Prüflinge mit Hilfe eines MK2-Geräts von Atmel
  • Nutzung, Einstellung und Auswertung von unterschiedlichen Testmodi
  • Auslesen, Analysieren und Archivieren von EEPROM-Daten
  • 3-kV-Zündtestmessung und anschliessende Frequenzauswertung

Fakten zum Gemüsebau

Der Gemüsebau ist mit einem Produktionswert von fast 1,82 Mrd. Euro die wirtschaftlich wichtigste Sparte im deutschen Gartenbau. Auf einer Grundfläche (ohne Mehrfachnutzung) von knapp 105 000 ha produzierten 2012 etwa 7220 Betriebe Gemüse. Die Produktion findet sowohl in hochspezialisierten Gemüsebaubetrieben als auch in landwirtschaftlichen Betrieben statt. (Quelle: ZBG Branchenbericht 2014)