Elektronica is meer dan bouwblokken aan elkaar knopen

De krapte op de arbeidsmarkt voor r&d-technici in de machinebouw doet ook pijn als het om elektronica gaat. Maar waarom eigenlijk? Machinebouwers maken voor hun machinebesturingen toch gebruik van platformen en standaard bouwblokken? Deze worden door specialisten ontwikkeld en commercieel aangeboden. In combinatie met opensourcesoftware en een handige mechatronisch integrator levert dat een werkende machine. Elektronica is daarmee een integratiediscipline geworden.

Ik merk dat deze benadering in praktijk tot problemen leidt. Een voorbeeld: elk bouwblok in een machinebesturing heeft voedingsspanning nodig, aan te sluiten via een plus- en minklem. Als we werken met standaard bouwblokken dan knopen we zonder diep na te denken alle plussen en alle minnen aan elkaar. We verbinden deze twee netwerken met de centrale voedingsmodule in het systeem. En klaar zijn we.

Het hangt nu van ons toevallig knoopwerk af hoe de stroom van de centrale voedingsmodule naar de afzonderlijke bouwblokken gaat lopen. Dat is te vergelijken met een mechanicus die een machineframe ontwerpt, maar geen berekeningen maakt of het frame de krachten van de diverse modules kan opvangen.

In ons voedingscircuit kan het nu gebeuren dat er te veel stroom door een specifiek stuk bedrading loopt. Dan krijgen we ongewenste spanningsval in de bekabeling. Die spanningsval is ongewenst, omdat een individueel bouwblok dan mogelijk te weinig voeding krijgt. Bovendien is de minleiding vaak de referentie voor de uitgangssignalen van analoge sensors. Dus gaan we ook nog meetfouten maken.

Maar het kan nog erger. Door bovenstaande werkwijze kunnen ook parallelle stroompaden ontstaan. Bij elektronici bekend als aardlussen. Het wordt dan nog onvoorspelbaarder hoe de voedingsstromen precies gaan lopen. Bovendien gedraagt een aardlus zich als een spoel. Weliswaar met slechts één winding, maar dat kan voldoende zijn om stoorsignalen op te pikken.

Deze stoorsignalen kunnen afkomstig zijn van componenten in onze eigen machine. In ons ontwerp zijn waarschijnlijk elektromotoren opgenomen. Deze kunnen een magnetisch strooiveld uitstralen. Dat strooiveld kan in onze aardlus een wisselstroom opwekken. Onze motor zal veelal op wisselende toerentallen draaien. Dat heeft tot gevolg dat de wisselstroom in de aardlus voortdurend van eigenschappen verandert.

Om het weer in de taal van de mechanicus te zeggen: we hebben nu behalve een statisch probleem (de spanningsval) ook een dynamisch probleem. Statische problemen laten zich meestal goed oplossen door gericht te zoeken en stap voor stap oorzaken uit te sluiten. Dynamische problemen zijn veel lastiger. Zeker in onze situatie waar we geen tekening van ons voedingscircuit hebben gemaakt. Nu gedraagt het systeem zich voor ons als een zwarte doos. Dan kun je allerlei rare verschijnselen krijgen. Bijvoorbeeld steeds meer sensoren die uitvallen naarmate de motor harder gaat draaien.

Genoeg problemen, maar wat doen we eraan? Ondanks het gebrek aan elektronici moeten we toch een elektronicus in ons projectteam krijgen. Uit de eigen organisatie, of van een externe partij.

Maar laten we zuinig omgaan met diens tijd. Dus ga als niet-elektronicus vooral door met het maken van het functioneel ontwerp van de machinebesturing op basis van standaard bouwblokken. De leverancier van de bouwblokken heeft vaak applicatie specialisten in huis die kunnen adviseren. Dat scheelt de eigen elektronicus weer tijd.

Maak vervolgens een bedradingstekening. Daarin is de fysieke route af te lezen die de stroom door de voedingsleidingen moet gaan afleggen. Nu wordt het tijd om de elektronicus erbij te halen en het ontwerp kritisch door te spreken. In deze fase is het ook nodig om alvast te gaan werken aan de toekomstige CE-markering van de machine. Vraag de elektronicus dus meteen om de opzet te maken voor het elektronisch gedeelte van het constructiedossier. En houd dat dossier bij gedurende het project. Het werkt als checklist voor welke vragen de elektronicus moet worden ingeschakeld. En het verkleint de kans op ontwerpaanpassingen laat in het project.