Zündmodul - Phase I

Das Zündmodul ist aus einer einzelnen Platine aufgebaut, die in eine mit Kabelklemmen versehene Aluminiumschiene gelötet wird.

Ausbauvarianten

Die Zündmodule haben in der Basisausstattung 20 Ausgänge für Anzünder oder andere Verbraucher (siehe technische Daten), besitzen keine eigene Stromversorgung und auch kein Display. Sie werden über eine kabelgebundene Schnittstelle angesprochen und auch mit Strom versorgt. Die Energie wird modulintern sowohl für Zündungen als auch für den Betrieb des Moduls zwischengepuffert, um kurzzeitige Störungen überbrücken zu können.

Folgende Erweiterungen sind verfügbar:

Eigene Stromversorgung

Jedes Modul kann mit einem eigenen 24V-Blei-Gel-Akku ausgestattet werden. Dieser versorgt das Modul unabhängig von einer externen Stromquelle und kann auch weitere verbundene Module mitvorsorgen. Die empfohlene Anzahl Akkus beträgt einer pro vier Module – jeweils ein Modul mit Akku, drei ohne. Die Kabellänge zwischen diesen Modulen sollte möglichst minimal sein, bei größeren Entfernungen empfiehlt sich der Einsatz eines oder mehrerer zusätzlicher Akkupacks um die Kabelwiderstände zu minimieren. Pro Kabelverbindung können mehrere Akkumodule benutzt werden, es sollte jedoch darauf geachtet werden, dass alle Akkumodule einen ähnlichen Ladestand aufweisen, da die sonst beim Verbinden auftretenden Ausgleichströme die Lebensdauer der Stecker herabsetzen können.

Eingebauter Funk-Transceiver

Beliebig viele Module die per Kabel verbunden sind können einen eigenen Funk-Tranceiver besitzen. Dadurch entfällt das Kabel zum Commander, sofern auch ein Akku vorhanden ist (üblicherweise ist ein Modul welches mit Funk ausgerüstet ist, auch mit einem Akku ausgestattet). Wenn mehrere Funkmodule untereinander verkabelt werden, wird insgesamt nur ein einziges Funkmodul zur Funkverbindung benutzt, um Sende- und Empfangsstörungen zu vermeiden. Genau so verhält es sich, wenn ein Funkmodul per Kabel am Commander angeschlossen wird. Auch dort wird das Funkmodul für die Dauer der Verbindung nicht benutzt. Jeweils am Anfang einer Kette von Modulen, die nicht per Kabel am Sender angeschlossen sind, muss sich ein mit Funk ausgerüstetes Modul befinden – falls sich am Anfang der Kette ein Modul ohne Funkausrüstung befindet, werden andere in der Kette vorhandenen Funkmodule deaktiviert.

Display

Ein Display kann in jedes beliebige Modul eingesetzt werden. Es zeigt diverse Betriebszustände (wie z.B. die Modulnummer, -ID, Batteriespannung usw) an und erleichtert damit den Betrieb zumindest der Funkmodule; ein Display ist daher nur sinnvoll, wenn auch eine eigene Stromversorgung (Akku) vorhanden ist, da der Displayinhalt ohne Stromversorgung verloren geht. Datei:ModulDisplay.jpg

Modulfunktionen

Sämtliche Module sind mit einem modernen Mikrocontroller ausgerüstet und können ihre eigene Funktionsfähigkeit selbstständig überwachen. Sie sind in der Lage, die Widerstände angeschlossener Zündkreise zu messen und die Messwerte sowohl am eventuell vorhandenen Display anzuzeigen als auch zum Sender zu übertragen.

Sleep-Modus

Alle Module unterstützen den sogenannten „Sleep-Mode“ (Schlafmodus). In diesem wird der Stromverbrauch so weit gesenkt, dass ein Modul mit Akku eine längere Zeit empfangsbereit verbleiben kann. Schlafende Module lassen sich innerhalb von 15 Sekunden per Funk wecken und sind dann wieder voll einsatzbereit. (ACHTUNG: Jedes weitere angesteckte Modul, welches aus dem gleichen Akku gespeist wird, verringert natürlich die Sleep-Zeit!).

Zündmodi

Jedes Modul kann sowohl automatische, semi-automatische (Stepper) als auch manuelle Zündungen behandeln. In der automatischen Variante ist jedem Ausgang die Zündzeit bekannt, zu der er auslösen soll, vom Sender wird nur noch regelmäßig die aktuelle Showzeit übertragen. Dieses Verfahren reduziert die Auswirkung von Funkstörungen erheblich. In der manuellen Variante werden vom Sender Zündbefehle für bestimmte Sequenzen im Moment der Zündung ausgesendet. Jedem Ausgang kann eine beliebige Sequenz zugeordnet werden, so dass Zündungen auf mehreren Modulen absolut gleichzeitig erfolgen können. Darüber hinaus kann jedem Ausgang eine einstellbare Verzögerungszeit zugewiesen werden. In diesem Fall wird der Ausgang beim Empfang einer entsprechenden Zündnachricht nicht sofort ausgelöst, sondern erst nach der eingestellten Wartezeit. Das ermöglicht sehr flexible Stepperläufe auch über mehrere Module hinweg in perfekter Synchronität (es werden nicht mehr wahrnehmbare Genauigkeiten im Bereich von Millisekunden erreicht!).

Beispiel:

Kanäle 1, 2, 3 und 4 auf Modul 1 sind auf Sequenz 7 programmiert. Kanal 1 hat keine Verzögerung eingestellt, die Kanäle 2,3 und 4 sind mit einer Verzögerung von 250ms, 500ms und 900ms eingerichtet. Kanäle 3, 4 und 6 auf Modul 2 sind ebenfalls auf Sequenz 7 programmiert. Kanal 6 hat keine Verzögerung eingestellt, die Kanäle 3 und 4 zünden beide jeweils genau nach 2 Sekunden.

Wenn vom Sender ein Zündbefehl für Sequenz 7 ausgeschickt wird, empfangen beide Module diesen gleichzeitig – die dann startende Sequenz läuft also absolut gleichzeitig ab. Folgende Zündreihenfolge wird damit erreicht:

Sofort:	Modul 1, Kanal 1 und Modul 2, Kanal 6.
nach 250ms:	Modul 1, Kanal 2
nach 500ms:	Modul 1, Kanal 3
nach 900ms:	Modul 1, Kanal 4
nach zwei Sekunden:	Modul 2, Kanäle 3 und 4

Diese umfangreichen Funktionen werden bei Verwendung einer Programmiersoftware oder der Benutzung des Show-Editors im Commander vor dem Anwender versteckt, die einzelnen Einstellungen sind aber für jedes Modul auch manuell konfigurierbar.

Stepper-Modus

Jedes Modul ist hardwareseitig für den Einsatz als selbstständiges Steppermodul vorbereitet. Die Programmierung erfolgt dabei über ein entsprechendes externes Gerät (z.B. PC-Adapter oder Handsender). Die Auslösung erfolgt dann über einen universellen Spannungseingang, der mit einer Spannung zwischen 5 und 45 Volt ausgelöst werden kann und sich somit auch für den Anschluss an andere Zündanlagen eignet. Sobald das Modul in diesem Betriebsmodus scharf ist, kann die Zündung der Sequenzen über die externe Spannungsquelle erfolgen. Dabei wird bei jedem Spannungsimpuls eine Sequenz hoch gezählt. Es lassen sich also mit einem einzigen Kabel auch mehrere Steppsequenzen hintereinander auslösen – mit aller im vorherigen Abschnitt beschriebenen Flexibilität.

(Achtung: Der Steppereingang ist mit einer Zeitsicherung ausgestattet – nur wenn ein Eingangsimpuls eine Länge von 50 Millisekunden überschreitet, wird eine Zündung ausgelöst. Bitte informieren Sie sich vor Gebrauch, ob die von ihnen benutzte Zündanlage diese Zünddauer überschreitet).

Modul-Sicherheit

Die Sicherheit der Module wird sowohl durch die verwendete Hardware als auch durch die Software der Module und ein spezielles Funkprotokoll gewährleistet.

Hardware

Alle Module verfügen über ein zweistufiges Sicherheitskonzept, dass Defekte in der Elektronik erkennen und darauf aufmerksam machen kann. In jedem Modul gibt es eine „Haupt-Zündleitung“, die alle Kanäle intern mit dem benötigten Zündstrom versorgt. Diese Leitung wird nur im scharf geschalteten Zustand oder beim Messen mit Strom versorgt und wird permanent überwacht. Eine zu hohe Spannung führt sofort zur Abschaltung des Moduls. Zudem ist jeder Ausgang einzeln auf diese zentrale Versorgungsleitung schaltbar und auch hier kann ein geschalteter Ausgang eindeutig erkannt werden – unabhängig davon ob ein Zünder angeschlossen ist oder nicht. Es ist also für beide zu Verfügung stehenden Sicherheitsschranken möglich, einen Defekt festzustellen. Diese modulinternen Selbsttests werden sowohl beim Einschalten als auch im Standby-Modus (nicht scharf geschaltet) regelmäßig durchgeführt. Je nach Schwere eines festgestellten Defekts wird der Defekt vom Modul auf dem Display (bzw bei Aufruf auch am Sender angezeigt oder das Modul wird sofort abgeschaltet.

Kommunikation

Jedes Modul wird mit der für die Zündung seiner Kanäle notwendigen Information programmiert; es weiß z.B. in einer musiksynchronen Show, wann welcher Kanal gezündet werden muss. Es wird dafür also kein gesonderter Zündbefehl übertragen, der eventuell gestört werden könnte. Stattdessen werden die Module nach dem Beginn der Show ständig über die aktuelle Showzeit informiert, so dass sie die Zündentscheidungen selbstständig durchführen können.

Dieses Verfahren birgt natürlich das Risiko, dass eine einmal begonnene Show bei einer massiven Funkstörung nicht mehr angehalten werden kann. Aus diesem Grund führt jedes Modul eine Art Stoppuhr. Wenn über einen bestimmten (einstellbaren) Zeitraum keine Informationen vom $(Name) mehr empfangen wurden, wird die Zündung automatisch ausgesetzt. Nach einer weiteren Zeitspanne schalten die Module automatisch in den nicht-scharfen Modus zurück, so dass beide eingebauten Sicherheitsbarrieren wieder greifen und keine Zündung mehr ausgelöst werden kann.

Dieses Verfahren findet seine Grenzen, wenn Zündungen per Knopfdruck ausgelöst werden sollen. Hier ist eine Vorhersage – und damit eine vorherige Programmierung – natürlich ausgeschlossen. Um trotzdem eine höchstmögliche Auslösesicherheit zu erreichen, wird ein Zündbefehl hierbei mehrfach übertragen, so dass eine sichere Auslösung möglich ist. Bei einer programmierten Steppsequenz (manuelle Zündung mit Auslöseverzögerung) wird nur der Startbefehl für die Sequenz übertragen; die Sequenz läuft danach synchron auf allen Modulen ohne weitere Zündbefehle ab. Auch hier stoppt eine Sequenz, wenn der Sender nicht regelmäßig eine „ich bin noch da“-Nachricht sendet nach einstellbarer Zeit von alleine.

Des Weiteren gibt es zwei unterschiedliche Kommunikationsmodi, die von jedem Modul unterstützt werden:

• Hochsicherheitsmodus

Im Hochsicherheitsmodus werden sämtliche Funkbefehle mit einem ausgeklügelten Verfahren, welches auch in der verschlüsselten Kommunikation mit z.B. Banken im Internet benutzt wird, abgesichert. Befehle sind zwar für einen potentiellen Angreifer weiterhin lesbar, können aber selbst mit dem schnellsten verfügbaren Supercomputer nicht gefälscht werden.

Ebenso ist es unmöglich (was bei jeder anderen Anlage heutzutage funktioniert), die Zündbefehle bei einer Show mitzuschneiden und bei der nächsten Gelegenheit 1:1 wieder auszusenden. Die Module erkennen diese Befehle als „alt“ und führen sie nicht aus.

Der sichere Modus schützt also gegen unabsichtliche UND absichtliche Manipulation der Zündanlage. Selbst wenn ein böswilliger Mensch also versucht, eine aufgebaute Show absichtlich auszulösen, ist das mit diesem Verfahren ausgeschlossen. Im schlimmsten anzunehmenden Fall werden damit Leben gerettet.

• Sicherer Modus

Im sicheren Modus werden die Befehle ohne kryptographische Absicherung mit einem Standard-Prüfsummenverfahren (CRC) abgesichert. Dies ist die althergebrachte, sehr verlässliche Methode wie Kommunikation gegen unbeabsichtigte Übertragungsfehler geschützt wird. Diese Methode erzeugt eine sehr hohe Sicherheit gegen zufällige Übertragungsfehler – ist jedoch keine Hilfe gegen jemand, der absichtlich und mit der richtigen technischen Ausrüstung eine Show manipulieren möchte.

Der hochsichere Modus wird zur Zeit nur mit dem Commander unterstützt, alle anderen Geräte benutzen den Sicherheitsmodus.

Modul-Einstellungen

• ID

Jedes Gerät hat eine weltweit eindeutige Kennnummer, die ID. Über diese ist eine eindeutige Adressierung und Identifikation möglich.

• Modulnummer

Die Modulnummer wird benutzt, um Zündadressen eindeutig anzugeben. Sie wird bei der Programmierung der Show festgelegt, ohne genau zu wissen, welches Modul die Funktion der Zündung hinterher übernimmt. Die Zuordnung ID ↔ Modulnummer wird beim Aufbau der Show vorgenommen. Sie spielt nur für die richtige Programmierung der Showdaten in die Module eine Rolle.

• Systemcode

Der Systemcode ist eine zu einem Sender gehörige Zahl, die einen Geräteverbund eindeutig kennzeichnet. Wenn eine Show aufgebaut wird, werden die verwendeten Module auf den Systemcode des Senders programmiert, so dass eine gemeinsame Adressierung möglich ist („Rundruf“ oder Broadcast) und Befehle die an mehrere Module gerichtet sind (z.B. die Aussendung der Showzeit) von allen gleichzeitig empfangen werden und nur ein einziges Mal ausgesendet werden müssen.

• Modus

Module können, sofern eine Energieversorgung vorhanden ist, als reine Steppermodule verwendet werden. Dafür muss der Modus aus Sicherheitsgründen von „normales Zündmodul“ auf „Steppermodul“ umgestellt werden. Das Modul lässt sich dann ohne speziellen Befehl durch Betätigen des Magnetkontaktes (verzögert) scharf schalten.

• Modulpasswort

Jedes Modul ist mit einem Masterpasswort gesichert. Hierüber kann – unabhängig vom Sicherheitsmodus – ein Modul gegen Manipulation wichtiger Daten abgesichert werden. Dies kommt insbesondere zum Tragen, wenn Module an Fremde verliehen werden. Dieses Passwort darf niemals herausgegeben werden.

• Eigentümerinformation

Jedes Modul ist in der Lage, Text-Informationen über seinen Eigentümer zu speichern. So lässt sich z.B. der Name und die Adresse hinterlegen.

Diese Information ist durch das Modulpasswort geschützt; sie kann auf normalem Wege nicht ohne die Kenntnis des Modulpasswortes geändert werden.

• Systemschlüssel

Der Systemschlüssel wird benutzt, um die hochsichere Kommunikation mit einem Commander zu sichern. Er sollte für alle Geräte eines Eigentümers identisch sein, so dass eine ungehinderte Kommunikation möglich ist.

Der Systemschlüssel ist das „Heiligtum“ einer hochsicheren Verbindung – wenn er Fremden bekannt wird, ist die Sicherheit des Verfahrens gebrochen. Aus diesem Grund kann der Systemschlüssel nicht ausgelesen werden. Ebenfalls kann dieser Wert nur über eine reine Kabelverbindung gesetzt werden, eine Übertragung per Funk im Klartext würde ein Abhören ermöglichen und damit das gesamte Sicherheitskonzept unterwandern.

Um den Verleih von Modulen möglich zu machen, kann der Eigentümer den Systemschlüssel löschen – ein gelöschter Systemschlüssel kann mit einem eigenen Wert programmiert werden. Dies wird als „anlernen“ an eine fremde Anlage bezeichnet.

• Sequenznummer

Ebenfalls für den hochsicheren Modus wird die Sequenznummer benutzt. Sie gewährleistet, dass ein alter Funkbefehl auch als alt erkannt wird und verhindert damit das wiedereinspielen von alten Funknachrichten.

Die Sequenznummer muss nicht von Hand verändert werden; sie kann aber falls notwendig zurückgesetzt werden.

ACHTUNG: Das Zurücksetzen der Sequenznummer stellt ein Sicherheitsrisiko dar. Setzen Sie die Sequenznummer nur zurück, wenn sie sich über alle Konsequenzen informiert haben und dies die einzige Möglichkeit ist!

• Timecode-Timeout

Der Timecode-Timeout (TC-Timeout) legt fest, wie lange ein Modul im Scharf-Modus weiter Kanäle auslösen darf, ohne dass ein „Alles OK“-Befehl vom Sender empfangen wird.

Dieser Wert sollte nicht zu hoch eingestellt werden. Es muss beachtet werden, dass empfangsgestörte Module im Zweifelsfall nicht abschaltet werden können und die eingestellte Zeit abgewartet werden muss, bevor sämtliche Zündungen unterbrochen werden!

• Hochsicherheitsmodus

Jedes Modul unterstützt sowohl den sicheren als auch den hochsicheren Modus. Wenn der hochsichere Modus verwendet wird, müssen Befehle des sicheren Modus deaktiviert werden um einem Angriff über die „normalen“ Befehle vorzubeugen. Dafür speichert jedes Modul den Betriebsmodus; wenn der hochsichere Modus einmal aktiviert ist können Geräte die nur im sicheren Modus arbeiten wichtige Modul-funktionen nicht mehr auslösen. Auch zum Abschalten des hochsicheren Modus ist ein Sender erforderlich, der diesen Modus unterstützt. Alternativ kann der hochsichere Modus im Notfall auch mit dem Modulpasswort deaktiviert werden.

Programmierung der Ausgänge

Jeder Zündausgang kann mit unterschiedlichen Daten vorprogrammiert werden. Dazu gehören die Sequenznummer bei der dieser Kanal ausgelöst werden soll und eine dazugehörige Verzögerung, der Zeitpunkt innerhalb einer automatischen Show zu dem der Kanal ausgelöst werden soll und die Einschaltdauer des Kanals. Die Daten im Einzelnen:

• Sequenznummer und Delay (Verzögerung)

Die Sequenznummer ist eine Zahl zwischen 1 und 4095 die bestimmt, auf welche manuelle Sequenznummer ein Kanal reagiert. Sobald ein Zündbefehl für die programmierte Nummer empfangen wird, beginnt die programmierte Verzögerung zu laufen. Nach Ablauf dieser Verzögerung wird der Ausgang gezündet. Falls keine Verzögerung programmiert ist (Delay = 0), wird der Ausgang sofort gezündet. Die Verzögerung kann zwischen „sofort“ und 65 Sekunden in 1ms-Schritten eingestellt werden.

Für jeden Kanal kann außerdem eine Shownummer für die manuelle Zündung vergeben werden, diese kann zwischen 0 und 15 gewählt werden.

• Automatische Zündzeit

Die automatische Zündzeit gibt an, wann innerhalb einer automatischen Show der Ausgang (ohne Rücksicht auf die programmierte manuelle Verzögerung) der Ausgang gezündet wird. Die maximale Zeit liegt bei 74 Stunden; wenn die Zeit auf „0“ gesetzt wird, findet keine automatische Zündung statt.

Auch bei der automatischen Zündzeit kann eine Shownummer festgelegt werden – nur in dieser Show findet eine Zündung zur angegebenen Zeit statt.

• Zünddauer

Legt fest, wie lange der Ausgang bei einer Zündung eingeschaltet bleibt. Werte zwischen 1ms und 65 Sekunden sind möglich.

• Sicherheitsgruppe

Legt fest, welcher Sicherheitsgruppe der Ausgang zugeordnet ist. Wenn die Sicherheitsgruppe während der Show deaktiviert wird, wird eine anstehende Zündung nicht durchgeführt.

Eine manuelle Konfiguration dieser Daten ist bei Benutzung des Commanders nicht notwendig. Sie wird vom Commander nach Eingabe der gewünschten Show automatisch übernommen. Bei Benutzung des Handsenders müssen diese Daten entweder mit Hilfe eines Computers programmiert werden oder manuell für jeden Kanal festgelegt werden.

Technische Daten

Die hier aufgelisteten technischen Daten können je nach Ausstattung und Betriebsmodus der Module variieren. Die technischen Daten des Gesamtsystems finden Sie unter Technische Daten.

Zündausgänge
Anzahl der Zündkanäle	20
Zündspannung	24V
Max. Zündstrom	7A
Max. Anzünder pro Ausgang (in Reihe)	15 A- und 15 U-Anzünder
Max. Anzünder pro Ausgang (parallel)	8 A- und 4 U-Anzünder
Max. Anzünder pro Ausgang (gemischt)	120 A- und 60 U-Anzünder
Anschluss von Magnetventilen	Ja
Zünddauer pro Ausgang	10ms - 65 Sekunden oder unbegrenzt
Zündgenauigkeit	1 ms
Zündverzögerung (manuelle Zündung)	30 ms
Kurzschlussfest	Ja
Stepper-Funktion
Stepper-Funktion	Ja, für alle Ausgänge separat programmierbar
Maximale Länge	59 Minuten
Zündgenauigkeit	1 ms
Räumlich getrennte Stepper (Stepper über mehrere Module hinweg)	Ja, Genauigkeit 1 ms
Standalone-Stepperbetrieb (Auslösung über Trigger-Eingang)	Ja, optional
Stromversorgung
Akku	24V, 2200mAh
Externe Stromversorung möglich	Ja, über anderes Modul oder Akkupack (24V)
Betriebszeiten (einzelnes Modul)
Scharf geschaltet	24 Stunden
Standby	4-5 Tage
Sleep-Modus (per Funk weckbar)	ca. 14 Tage
Messfunktionen
Widerstandsmessung	0-40 Ohm, Genauigkeit 0,5 Ohm
Messung der Akkuspannung	0-30 Volt, Genauigkeit 0,5 Volt
Reichweitenmessung (Funk)	Ja
Funk
Funkmodus	bidirektional
Frequenzbereich	868 MHz
Reichweite/ Sendeenergie (normal)	400m / 50mW
Reichweite/ Sendeenergie (power)	2000m / 500mW
Fernprogrammierbar	Ja
Fernmessung (Akku, Durchgang, Reichweite)	Ja
Fernabschaltung/-wecken	Ja
Display
Displaytyp	LC-Display (zweizeilig, 16 Zeichen)
Sicherheitsfunktionen
Eindeutige Geräte-ID	Ja
Sichere Funkkommunikation	Ja
Hochsichere Funkkommunikation	Ja
Sicher gegen mutwillige Angriffe	Ja
Sicher gegen Aufzeichnen und Abspielen	Ja
Permanente Überwachung des Gerätezustandes	Ja
Anzahl der unabhängigen Sicherheitstests	7
Anzahl der Schutzbarrieren	2
Weiteres
Bedienungssprache	Universell / Englisch (Displayanzeigen)