Probleme mit Störsicherheit in einer 230V Schaltung

  • Hallo liebe Forengemeinde!
    Nach langem Lesen im Stillen möchte ich meine Mitgliedschaft mit einer Frage beginnen :) :

    Ich habe ein Gerät gebaut, welches unter anderem 230V/16A mit einem Raspberry A+ schaltet ( keine Sorge wegen Gefahren, bin ausgebildeter Elektrotechniker und Elektroinstallateur :D ). Ein S0 Stromzähler(optisch getrennt), 4 Eingabetaster, ein 1-wire Temperatursensor und ein Solid State Relais (zero crossing wegen Störsenkung +optische trennung) ist auch eingebaut. Zusätzlich beinhaltet es auch ein Standard Display 16x2 Zeichen. Alles ist unvermeidbar in einem Gehäuse 200x100x100mm untergebracht.

    Problem:
    Schalte ich 230V, kann es passieren, dass das Display nur noch wirre Zeichen anzeigt und nicht mehr in den Normalbetrieb zurückfindet. Manchmal geschieht es wenn eine hohe Last dran hängt, manchmal aber auch sogar Lastfrei. Hier hilft eine neue Initialisierung des Displays und alles läuft wieder wie gewohnt.

    Was ich bisher probiert habe:
    Eingänge mit Tiefpässen versehen ( 10k und 100n Kerko), Datenleitungen zum display mit 5K Widerständen gegen GND belastet, um Impedanzen zu senken( Auch mit einem 3,3/5V)Pegelwandler versucht), Spannungsversorgungen vor dem Raspberry und Display mit elko + Kerko nochmals gepuffert, Pull up- Strom bei dem 1-wire bus auf 10mA gesetzt, Masse der Niederspannungsseite geerdet. Jedes Modul aus dem Netzteil mit separater Masse und + versorgt (auch 3,3V extern vom raspberry erzeugt). Alles ohne sichtbaren Erfolg. Dementsprechend verunstaltet sieht die Schaltung jetzt aus. Also alles nochmal neu!

    Was ich jetzt besser machen möchte:
    -Ich nehme an, dass das 5V display vom pollin einfach eine minderwertige qualität haben könnte und sich die Störungen direkt im RAM des Displays niedersetzen? Ich möchte ein 3,3V Display eines anderen Herstellers verwenden.
    -Im Geräteaufbau die 230V noch weiter von der Kleinspannung räumlich trennen

    Meine zusätzlichen allgemeinen Fragen:
    -Was macht man korrekterweise mit nicht benutzten GPIOs? Ich kenn es von CMOS ICs, dass man die eigentlich nicht offen lassen darf, wenn man auf Nummer Sicher gehen will. Oder sind die im Raspberry standardmäßig Ausgänge, wenn man sie Softwaretechnisch nicht berücksichtigt?
    -Können Störungen (kapazitiv/induktiv/magnetisch) auch über einen Ausgang das Raspberry stören? Falls ja: Was kann man standardmäßig dagegen tun?
    -Ist bei Eingängen das Pull-up Verfahren oder das Pull-down Verfahren Störsicherer? Ich habe gehört das Pull-Up verfahren sei besser. Gefühlsmäßig würde ich meinen, es sei besser Störungen mit dem Widerstand gegen Masse abzuführen (welche vielleicht sogar geerdet ist(oder ist das erden kontraproduktiv?))


    Hat jemand sonst noch ideen oder braucht weitere Daten? Dann immer gerne. Vielen Dank schon mal! :danke_ATDE:

  • Probleme mit Störsicherheit in einer 230V Schaltung? Schau mal ob du hier fündig wirst!

  • Hallo und vielen Dank für Deine Meldung und Anteilnahme.
    Ich verwende zur Versorgung des Raspberrys ein 5V Hutschienen-Schaltnetzteil mit 2A. In meiner Verzweiflung :denker: habe ich dieses auch schon provisorisch von der Schaltung getrennt und die Versorgung mit einem Labornetzteil getestet( so ein über Tastatur programmierbares 0-50V und 0-5A) . Leider ebenfalls mit gleichem Fehlerbild. Ich habe für die Versorgung des Displays auch eine Extra Leitung vom Netzteil verwendet und direkt vor dem Display ein 220uF Elko und dazu nochmal parallel 200nF Kerko getestet. Viel mehr fällt mir nicht ein um Fehler hier auszuschließen :huh:
    Automatisch zusammengefügt:
    Ach ja! Das Raspberry und das Python Programm laufen trotz Displaystörungen ganz normal weiter... ich habe testweise das Display sekündlich neu initialisieren lassen und dann setzen sich die Störungen von alleine immer wieder zurück... Ist halt auch keine Lösung :/

    Einmal editiert, zuletzt von Karpatenharry (13. Januar 2017 um 23:57)

  • Wie sieht die Ansteuerung der 230V Seite aus?
    Relais oder SSR (Solid-State-Relais) ?

    Kann es sein, dass die Relais - Ansteuerung auf den RP/Display rückkopplet?
    Hat das Relais eine Freilaufdiode?
    Ist die Ansteuerung des Relais per Treiber-Transistor realisiert?

    Fragen über Fragen... eine aktuelle Schaltungsübersicht (notfalls eine Handskizze machen und abfotografieren.. ) wäre hilfreich :)

  • [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]> Was ich bisher probiert habe:[/font]
    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]Das toent schon mal gut.[/font]

    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]Direkt ins RAM wird's kaum gehen (Ausschliessen kann man es aber nicht grundsaetzlich)[/font]

    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]Das Netzteil zu pruefen und mit Zusatz-Kondensatoren zu entstoeren war sehr sinnvoll, viele[/font]
    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]Stoerungen kommen darueber. (Vielleicht auch mal mit einer Drossel / Ferritkern probieren?)[/font]

    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]Das naechste grosse Thema sind dann die Signalleitungen. One-Wire abhaengen und[/font]
    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]schauen ob's noch passiert.[/font]

    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]Dann die anderen Eingaenge ueber einen Optokoppler GANZ NAHE am Pi abtrennen.[/font]

    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]Dass es direkt in die offenen Eingaenge strahlt ist zwar vorstellbar, aber die anderen[/font]
    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]Einfluesse sollten um Faktoren groesser sein.[/font]

    [font="Source Sans Pro, Tahoma, Helvetica Neue, Arial, sans-serif"]Nachtrag: Was ist mit dem Gehaeuse? Metallgehaeuse? Geerdet?[/font]

    Einmal editiert, zuletzt von Tell (14. Januar 2017 um 00:11)

  • Hallo Karpatenharry,

    Du hast ja schon einiges in Sachen Peripherie ausprobiert und der Displayfehler bleibt bestehen. Wie sieht es denn aus, wenn:
    a.) Du nur das Display am Pi betreibst? Läuft es dann stabil?
    oder
    b.) Du nach der Initialisierung des Displays dessen IO-Leitungen vom Pi trennst - nur die Stromversorgung bleibt dran (ggf. mußt Du hier testweise mit externen Pullups arbeiten - ich kenne das Display nicht). Kannst Du dann schalten und das Display bleibt "eingefroren" aber zeigz keine wilden Zeichen?

    a.) dient dem Ausschluß Deiner Peripherie als Ursache.
    b.) dient dem Ausschluß der Einkopplung von Störungen (oder unerwarteten IO-Klimpereien von Seiten des Raspi) über die IO-Leitungen des Displays.

    Noch etwas - wie sieht das Fehlerbild des Display aus, wenn es absichtlich in Unterspannung getrieben wird - ähnlich Deinem beobachtetem Fehlerbild?

    Gruß

    schnasseldag

  • Moin Karpatenharry ,
    erstmal: Herzlich Willkommen im Forum!

    Ich hatte das Problem auch mal, selbst statische Entladungen, aus der Ferne. Pullover ausziehen in der Nähe reichte und es war nichts mehr auf dem Display zu erkennen.
    Ich habe dann einen Klapp-Ferritkern (Telefontechnik) um die Displayzuleitungen befestigt. Nun sind die Störungen weg.

    Gruss Bernd

    Ich habe KEINE Ahnung und davon GANZ VIEL!!
    Bei einer Lösung freue ich mich über ein ":thumbup:"
    Vielleicht trifft man sich in der RPi-Plauderecke.
    Linux ist zum Lernen da, je mehr man lernt um so besser versteht man es.

  • Vielen Dank Leute :) ! Freut mich sehr, dass Ihr dabei seid.

    Zentris

    Ja ich weiß ein Plan wäre nicht schlecht :s aber ich hab in meiner Verzweiflung viel geändert und probiert und es ist von der ursprünglichen (einfachen) Schaltung nicht mehr viel übrig :s Aber ich kann ja einen Plan von der neuen Version erstellen wie ich sie plane! Das könnte aber dauern :X werde ich aber machen müssen wenn ich die neue Version baue.
    Es ist ein SSR-Relais von Finder verbraut mit DC Eingang und dieses SSR ist überbrückbar durch ein mechanisches 5V Relais (Damit sich das SSR abkühlen kann wenn längere Zeit nicht ausgeschaltet werden muss) Das SSR arbeitet wie eine Schwingungspaketsteuerung (und schaltet nur im Nullpunkt) und schaltet ähnlich einer PWM sekündlich mit variablem Tastverhältnis an und aus. Der Ausgang aus dem Raspberry für jedes Relais ist wie folgt beschalten:
    Nach dem GPIO folgt ein 480 Ohm Widerstand (wenn ich mich richtig erinnere 480) auf Basis eines 2N3904 NPN Transistors. Emitter auf Masse. Der Transisor schaltet über collektor Minus des 5V Relais auf Masse. Das gleiche Verfahren nahm ich auch für die Displaybeleuchtung. Open collektor könnte man sagen. Die Spule des mechanischen Relais ist mit einer Freilaufdiode versehen und das SSR nicht (dachte das ist nicht nötig)

    Die Displaystörungen entstehen aber leider auch ohne das ein mechanisches Relais anzieht oder das Solid State Relais durchschaltet. Im Gehäuse sind Einbausteckdosen und ich beobachtete sogar einmal , dass das Display gestört wurde, nur weil ich einen verbraucher eingesteckt habe, aber kein Stromfluss durch diesen entstanden ist, da alle Relais offen waren. Es reicht anscheinend nur das Anstecken eines Verbrauchers und somit die Phase durch den Verbraucher bis vor das Relais zu leiten, um eine Störung auszulösen. Glaube das wäre dann wohl Störübertragung durch eine Kapazität... :neutral: die Sache macht mich echt ratlos... was ich da schon Zeit verloren habe :wallbash:

    Tell

    Es freut mich, dass du vieler meiner Ideen teilst. Die Spannungsversorgung des Displays zusätzlich mit einer drossel/Ferrit versehen... :s puuuh wie hoch soll die Induktivität sein meinst?... Da habe ich keine Erfahrung... das müsst ich sonst zu simulieren versuchen... Die Sache ist die.. ich hatte den gleichen Verdacht, dass es die Spannungsversorgung sein kann... dann habe ich mich mit meinem Speicheroszi genauer auseinandergesetzt und auf ein AC Ereignis getriggert... Ich habe dazu eine 2,5KW Last hart, also steilflankig eingeschaltet ( 10x oder öfters einfach ein- und ausgeschaltet und den höchsten Impuls notiert) und das Oszilloskop hat mir einen Nadelimpuls von max 50mV gespeichert... jetzt kann es natürlich sein, dass das Oszi zu träge ist und lügt... aber 50mV (sogar ohne Kondensatorbeschaltung) empfand ich nicht als besonders viel :( Mit Kondensatorbeschaltung waren es ebenfalls 50mV. Das beste :D die Messleitung nicht angeschlossen auf die Schaltung gelegt ebenfalls um die 50mV... Dann habe ich diese Idee derweil verworfen weil es nicht mehr sein kann als 50mV... aber wie gesagt.. kann auch sein, dass das oszilloskop zu träge ist...

    ohne 1-wire und sogar ohne die Ableitungen zu den Relais entstanden die Störungen im Display ebenfalls... gefühlsmäßig eventuell etwas weniger aber hmmm nicht viel weniger :denker: Es hängt halt auch immer davon ab zu welcher Zeit der Sinuskurve die Last zu testzwecken hart eingeschaltet wird... wobei das SSR im normalen Betrieb ja nur im Nullpunkt schaltet ( was auch gelegentliche störungen verursacht)

    Das mit den Optokopllern wäre eine idee... da habe ich auch schon überlegt... zumindest für die 4 Taster... beispielsweise... Oder ich mache einen Aufbau nur mit display und Raspberry, schreibe ein Testprogramm für das Display, bau eine ordentliche Störschaltung zum testen und baue danach stück für stück dazu bis das Gerät komplett ist. Ich möchte mit den Optokopllern für ein- und ausgänge auch nicht über das Ziel hinaus schießen weil ich das jetzt wohl öfters bauen muss...

    Ja genau ich meinte in die offenen Pins des Raspberry, dass vielleicht da etwas reinkommt... Diese offenen Pins führen ja auch direkt in den Chip.. und wer weiß was da alles reinkommt... da dachte ich mir es gibt irgendwelche empfehlungen :) was man mit nicht nicht belegten GPIOs machen soll (auch herstellerseitig) aber das würde ich ja mit diesem art Grundaufbau auch sehen wenn die Störung noch immer da ist

    @ schnasseldag

    zu a): genau das könnte ich probieren um weiter zu kommen
    b): noch besser ! habe ich auch noch nicht probiert! Das ist ein Standard display mit diesem HD44780 ähnlichen controller

    Auch die Idee mit der Unterspannung... das habe ich auch noch nicht getestet... Vielleicht hätte ich mich hier wirklich zuerst anmelden müssen bevor ich die ganze Schaltung auseinanderreiße :wallbash:

    Das werde ich dann als nächstes probieren und mich melden! Vielen Dank :danke_ATDE:
    Automatisch zusammengefügt:

    Bernd

    Das wäre auch mal eine Idee wenn es bei dir funktioniert hat :) Hast du denn alle Leitungen durch den Ferrit geführt? Also Stromversorgung + Daten + Beleuchtung? Für mich nicht vorstellbar wie durch den Pullover da Störungen reinkommen können und sich das Display so sensibel verhalten kann... und das macht die Fehlersuche schwer... Elektrotechnik kann schon sau schwer sein :neutral:

    Danke auch dir!

    Einmal editiert, zuletzt von Karpatenharry (14. Januar 2017 um 01:41)

  • Ich hatte das Problem auch schonmal irgendwo hier beschrieben. Bei mir kommts immer, wenn ich die Lötstation neben dem Display einschalte. Wie du schon gesagt hast, ist neu initialisieren der einzige Weg. Ich bin mir mittlerweile recht sicher, dass es an den Kabeln zum Display liegt. Hab da mal n paar Experimente gemacht und den Pi einfach mal Flanken auf GPIOs mit offenen Kabeln auslesen lassen, wenn nebendran grad die Lötstation losgelegt hat. Ganz witzige Ergebnisse ^^
    Ich glaube, Induktivität ist da das Stichwort.

    Wie du schon gesagt hast, ist das einzige was bleibt eine neue Initialisierung des Displays...

    Zur Lösung des Problems... hmm, du bist ja der Elektriker ;) vielleicht kürzere oder besser geschirmte Leitungen?

  • vom und zum PI gehende Versorgungsleitungen +5V +3,3V filtern L + C

    L muss natürlich niederohmig sein und möglichst groß,
    C Al-Elko 100µF - 1000µF mit parallelem KerKo 100nF - 470nF

    Ports niederohmig ausführen keine 100k oder 10 pull-up/down verwenden, immer für 1-3mA Ströme sorgen mit R von 3,3k bis 1k

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • Hallo,

    in der digitalen Welt gibt es theoretisch keine Störungen. Probleme kommen eigentlich immer dann wenn Eingangspegel durch kapazitive oder induktive Störungen in den verbotenen Bereich gezogen werden oder die Betriebsspannung unter einen bestimten Wert zusammenbricht. Die 5 V Stromversorgung über ein Labornetzteil garantiert eigentlich stabile Vorraussetzungen, das ich das für unwarscheinlich halte. Das Problem scheint mir die Anschaltung des 5 Volt displays an dei 3,3 v Ausgänge des Pi zu sein. Datenleitungen zum Display mit 5K Widerständen gegen GNDzu belasten senkt den möglichen Hi -Pegel und verschlechtert die Situation eher als es besser wird.

    Ich verwende den Pi zu einer Maschinensteuerung, bei der Drehstrommotoren geschaltet wereden, ohne Probleme mit Störungen.
    Ich vermeide solche Störungen, durch eine Pegelanpassung mit dem 74HCT541 an 5 V. Der Eigangspegel passt perfekt zu dem Ausgangsspannungsbereich der GPIO´s . Der Ausgang des 74HCT541, der mit 5 V betrieben wird passt perfekt zu den Eingängen der Logik des Displays. Wenn die Leitungen zwischen GPIO und 74HCT541 noch kurz sind und der 74HCT541 seinen 100nF Kondensator erhält, sollte das Problem beseitigt sein.

    Aber bitte kein HC- Type sondern HCT - Type !


  • in der digitalen Welt gibt es theoretisch keine Störungen.

    und deswegen sehe ich heute mehr bunte Klötzchen als früher Schneegriesel?

    Ich kann die Mär von schöner neuer Digitalwelt nicht mehr hören!
    Analog konnte jedes Gerät fast jedes Medium abspielen, jeder Verstärker jedes Tonbandgerät und fast jeden Plattenspieler,

    heute ist es fraglich ob eine Digitalleitung überhaupt alles überträgt und dann ist es noch fraglich ob die Geräte das verstehen.

    Digital ist anders aber die Probleme sind nicht weniger geworden!

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    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

    Einmal editiert, zuletzt von jar (14. Januar 2017 um 14:37)

  • Je nachdem, was du steuerst, bzw. wie fein du das Tastverhältnis regeln musst würde ich, wenn möglich Wechselströme immer im Nulldurchgang schalten. So kannst du Störungen durch die 230V-Seite verhindern. Dafür muss der Raspi natürlich den Nulldurchgang kennen. Zumindest für Atmels gibt es dafür Lösungen im Netz wie Sand im mehr.

  • ELV wirft bei seinem Funkmodul für die Homematic Steuerung (CCU2 Ersatz) einen fetten Ferritkern in die Packung für die Zuleitung zum Pi.
    Wird wohl nicht ohne Grund sein.

    Dann 220V mit Niederspannungszeugs in einem Gehäuse ist schon recht anfällig. Man bedenke, die 220V Leitungen sind nicht geschirmt aber das weist Du ja auch so.

    5V Zuleitung vom Pi ver"ferrit"en und die 220V Seite (wenn möglich) von der 5V Seite (Pi) abschirmen.

    ;) Gruß Outi :D
    Pis: 2x Pi B (Rente) / 1x Pi B+ (Rente) / 1x Pi 2 B (Rente) / 2x Pi 3 B (RaspberryMatic / Repetier Server) / 2x Pi Zero 1.2 (B. Lite) / 2x Pi Zero 1.3 (B. Lite) / 2x Pi Zero W 1.1 (B. Lite) / 1x Pi Zero 2 (mal so, mal so) / 1x Pi 3 B+ (Tests) / 1x Pi 4 B 4GB (BW Lite (Webserver)) / Pi 400 (BW) / 1x Pi 5 (BW) / 2x Pi Pico / 2x Pi Pico W
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