Allgemeines/Grundlagen

Rotative Messtechnik – Feldbus Bussysteme:

Der Einsatz von vernetzten Sensor-Aktor Bussystemen bietet wesentliche Vorteile: • Reduzierter Verkabelungsaufwand: Alle Teilnehmer sind durch ein durchgeschleiftes Kabel miteinander verbunden • Weitreichende Ferndiagnose- und Programmiermöglichkeiten der Geräte

CANopen

Nachfolgend sind die derzeit bei Kübler erhältlichen Systeme dargestellt:

CAN:

• CAN genügt den Echtzeitforderungen der Automobilindustrie (ABS, Airbag, Motormanagement) • Multi-Master Systeme • Keine Adressierung der Stationen, sondern der Inhalt der Nachricht (Drehzahl, Absolutwert..) wird netzweit durch einen Identifier gekennzeichnet.

• Akzeptanzprüfung, ob Message interessant • Übernehmen oder Ignorieren -> netzweites Broadcasting • hohe Verteilung im Netz • Monitoring (hohe Fehlersicherheit ) • Busspezifikation nach CAN High-Speed ISO/DIN 11898 für Übertragungsraten bis zu 1 MBaud

Ausführliche Beschreibung des CAN-Bus

Der Kübler CANopen Drehgeber ist ein absoluter Multiturn-Drehgeber, der über die Schnittstelle CAN-Bus seine aktuelle Position an andere Busteilnehmer sendet. Das ursprünglich für die Anwendungen in der Automobilindustrie entwickelte serielle Controller Area Network) Bussystem CAN (C setzt sich auch in der Automatisierungstechnik immer mehr durch. Es ist multimasterfähig, d.h. mehrere CAN-Teilnehmer können gleichzeitig die aktuelle Position anfordern. Dabei setzt sich die Nachricht mit der höheren Priorität ohne Zeitverlust durch. Der Datentransfer wird durch die Priorität der Nachricht geregelt. Es gibt bei CAN

keine Teilnehmeradressen sondern Nachrichten-Identifier. Die Nachricht die gesendet wird, kann von allen Teilnehmern gleichzeitig empfangen werden (Broadcast). Durch eine Nachrichtenfilterung übernimmt der Teilnehmer nur die für ihn bestimmten Nachrichten. Kriterium für diese Entscheidung ist der Identifier, der mit jeder Nachricht übertragen wird. Die Busankopplung ist international genormt. Der verwendete CAN-Controller CAN ist sowohl als Basic- als auch Full-C tauglich und unterstützt die CAN-Spezifikation 2.0 Part B (Standard-Protokoll mit 11-Bit-Identifier sowie Extended Protokoll mit 29-Bit Identifier).

Das CANopen-Profil

CANopen ermöglicht: • Autokonfiguration des Netzwerkes • komfortablen Zugriff auf alle Geräteparameter • Gerätesynchronisation • zyklischen und ereignisgesteuerten Prozessdatenverkehr • gleichzeitiges Einlesen und Ausgeben von Daten. CANopen nutzt vier Kommunikationsobjekte (COB)mit unterschiedlichen Eigenschaften. • Prozess-Daten-Objekte (PDO) für Echtzeitdaten • Service-Daten-Objekte (SDO) für Parameter- und Programmübertragung

• Netzwerk-Management (NMT, Liefeguarding) • Vordefinierte Objekte (für Zeitstempel, Notfall-Nachricht). Alle Geräteparameter sind in einem Objektverzeichnis abgelegt. Dieses Objekt-Verzeichnis enthält die Beschreibung, Datentyp und Struktur der Parameter sowie die Adresse (Index).

• CAN openEncoder Profil DS 406 V3.1 • CAN openLift Profile DS417 V1.1

Weitere Informationen erhalten Sie unter www.can-cia.org

CANopen

Implementierte Profile

Das Objektverzeichnis ist in 3 Teile gegliedert: – Kommunikationsprofil – Geräteprofil – herstellerspezifischer Teil.

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Rotative Messtechnik – Feldbus DeviceNet: • Master/Slave und Peer - to PeerFähigkeiten • Transport von control-orientierten Informationen wie z. B. Prozessdaten • Transport von Parametrierdaten • Unterstützung bis 64 Knoten

• Schutz bei Verdrahtungsfehlern • Erkennung auf gleiche Knotenadressierung (Duplicate MAC-ID detection) • Busspezifikation nach CAN High-Speed ISO/DIN 11898 für Übertragungsraten von 125 kbit, 250 kbit oder 500 kbit.

• Gleichzeitige Unterstützung netzversorgter und selbstversorgter Geräte

Ausführliche Beschreibung des DeviceNet

Der Kübler DeviceNet Drehgeber ist ein absoluter Multiturn-Drehgeber, der über die Schnittstelle DeviceNet seine aktuelle Position an andere Busteilnehmer sendet. Das ursprünglich für die Anwendungen in der Automobilindustrie entwickelte serielle Controller Area Network) Bussystem CAN (C setzt sich auch in der Automatisierungstechnik immer mehr durch. Es ist multimasterfähig, d.h. mehrere DeviceNet-Teilnehmer können gleichzeitig die aktuelle Position anfordern. Der Datentransfer wird durch die Priorität der Nachricht geregelt. Es gibt bei DeviceNet keine Teilnehmeradressen sondern Nachrichten-Identifier. Die Nachricht die

gesendet wird, kann von allen Teilnehmern gleichzeitig empfangen werden (Broadcast). Durch eine Nachrichtenfilterung übernimmt der Teilnehmer nur die für ihn bestimmten Nachrichten. Kriterium für diese Entscheidung ist der Identifier, der mit jeder Nachricht übertragen wird. Die Busankopplung ist international genormt. Der verwendete CAN-Controller CAN ist sowohl als Basic- als auch Full-C tauglich und unterstützt die CAN-Spezifikation 2.0 Part B (Standard-Protokoll mit 11-Bit-Identifier sowie Extended Protokoll mit 29-Bit Identifier).

Einsatzgebiet

Der Kübler CANopen Drehgeber wird in Systemen eingesetzt, in denen die Position eines Antriebs bzw. eines Maschinenteils erfasst und an eine Steuerung weiter

gemeldet werden muss. Der Drehgeber führt dann als Busteilnehmer diese Aufgabe selbständig durch.

Das DeviceNet Profil:

Kommunikationssystem: Control Architectures: Speed Example: Kabellänge und Busgeschwindigkeit:

Producer/Consumer Strobe I/O, Change of State I/O, or Cyclic Interval I/O < 1 ms for eight closed controllers Baudrate Entfernung 125 Kbps 500 m 250 Kbps 250 m 500 Kbps 100 m

Bus Topologie: Versorgung: Anzahl der Knoten :

Linear (trunkline/dropline); Versorgung und Signal sind auf derselben Leitung 24 V DC, ausgelegt bis 8 A max. 64

Standard Used: Media Access Method

CAN (ISO 11898) Multi-cast messaging

Governing body:

Open DeviceNet Vendor Association (ODVA)

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Rotative Messtechnik – Feldbus Das Geber-Profil Device Profile for Encoders DSE 354-01

Klassen:

Dieses Profil beschreibt eine herstellerunabhängige und verbindliche Festlegung der Schnittstelle für Drehgeber. Im Profil ist definiert, welche DeviceNet-Funktionen verwendet werden und wie sie anzuwenden sind. Dieser Standard ermöglicht ein herstellerunabhängiges Bussystem. Das Geräteprofil ist in mehrere ObjektKlassen gegliedert.

Object Class Identify Message Router DeviceNet Connection Assembly Parameter Position Sensor

Implementation required required required required required optional required

Datenübertragung:

Instance 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Knotennummer des Drehgebers

Die Knotennummer der Drehgeber wird hardwaremäßig über 6 DIP-Schalter auf der Busanschaltplatine eingestellt. Einzustellen sind: Knoten: 0 ... 63 Baudrate: 125, 250, 500 kbits.

Instance 1 1 1 at least 1 - Explicit, I/O at least 1 1 (5) 1

Name Code Sequence Scaling Function Control Position Format Measuring units per Revolution Total Measuring Range Position Measuring Steps Preset Value Position Value Operating Status Single Turn Resolution Number of distinguishable revolutions Alarm Flag Generated Alarms Supported Alarms Warning Flag Generated Warnings Supported Warnings Serial Number

Access r/w r/w ro r/w r/w ro r/w ro ro ro r/w ro ro ro ro ro ro ro

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Rotative Messtechnik – Feldbus Profibus-DP

• Kopplung mit anderen Netzen durch Gateways

• Master und Slave mit unterschiedlichen Identnummern

• Master-Slave oder Master-Master-Verfahren

• Dynamisches Aktivieren und Deaktivieren von Slaves

• Zyklischer Nutzdatentransfer mit relativ hohem Datenanteil

• sehr komplexe Feldbussysteme

Grundlagen Profibus-DP

Die Profibus-DP Grundfunktionen sind hier auszugsweise beschrieben. Weiterführende Informationen finden Sie in der Norm zum Profibus-DP DIN 19245-3 bzw. EN 50170.

Einführung

Der Kübler Profibus Drehgeber ist ein absoluter Multiturn-Drehgeber. In der hier beschriebenen Version sendet er über das Übertragungsmedium Profibus-DP seine aktuelle Position an einen anderen Busteilnehmer. Der Kübler Profibus Drehgeber unterstützt alle im Encoder-Profil aufgeführten Funktionen der Klassen 1 und 2. Profibus ist ein offener Feldbusstandard für vielfältige Anwendungen in der Fertigungs-, Prozess- und Gebäudeautomation. Die Herstellerunabhängigkeit und Offenheit ist in der EN 50 170 festgeschrieben.

besondere Schnittstellenanpassung. Profibus-DP ist eine auf Geschwindigkeit und niedrige Anschlusskosten optimierte Variante für den schnellen Datenaustausch in der Feldebene. Dabei kommunizieren die zentralen Steuergeräte, z.B. SPS/PC über eine serielle Verbindung mit dezentralen Folgegeräten wie z.B. Antriebe oder Drehgeber. Der Datenaustausch mit diesen dezentralen Teilnehmern erfolgt vorwiegend zyklisch. Die dafür notwendigen ProfibusDP Grundfunktionen sind in der EN 50170 festgelegt.

Profibus ermöglicht die Kommunikation von Geräten verschiedener Hersteller ohne Anwendungsbereich

In Systemen, in denen die Position eines Antriebes bzw. eines anderen Maschinenteils erfasst und an eine Steuerung gemeldet werden muss, kann diese Aufgabe von einem Kübler Profibus Drehgeber

übernommen werden. Es lassen sich damit z.B. Positionieraufgaben lösen, in denen die Rückmeldung über die aktuellen Antriebspositionen von einem Kübler Profibus Drehgeber über Profibus-DP an die Positioniereinheit gemeldet werden.

Profibus DP Grundfunktionen

Die zentrale Steuerung (Master) liest zyklisch die Eingangs-Informationen von dem Slave und schreibt die Ausgangs-Informationen zyklisch an die Slaves. Dabei muss die Buszykluszeit kürzer sein als die Programmzykluszeit der zentralen SPS, die in vielen Anwendungen 10 ms beträgt.

Neben der zyklischen Nutzdatenübertragung stehen bei Profibus-DP auch leistungsfähige Funktionen für Diagnose und Inbetriebnahme zur Verfügung. Der Datenverkehr wird durch Überwachungsfunktionen auf Master- und Slave-Seite überwacht.

Übertragungstechnik: – RS 485 verdrillte Zweidrahtleitung – Baudraten von 9,6 kBit/s ... 12 MBit/s

Kommunikation: – Punkt-zu-Punkt (Nutzdatenverkehr) oder Multicast (Steuerkommandos) – Zyklischer Master-Slave Nutzdatenverkehr und azyklischer Master-MasterDatenverkehr

Buszugriff: – Token-Passing-Verfahren zwischen den Mastern und Master-Slave-Verfahren für Slave – Mono-Master oder Multi-Master Systeme möglich – Max. 126 Master- und Slave Geräte

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Betriebszustände: – Operate, Clear und Stop Synchronisation: – Steuerkommandos ermöglichen die Synchronisation der Ein- und Ausgänge – Sync-Mode: Ausgänge werden synchronisiert

Allgemeines/Grundlagen

Rotative Messtechnik – Feldbus Profibus DP Grundfunktionen (Fortsetzung):

Funktionalität: – Zyklischer Nutzdatentransfer zwischen DP-Master und DP-Slaves – Dynamisches Aktivieren oder deaktivieren einzelner DP-Slaves – Prüfen der Konfiguration der DP-Slave. Leistungsfähige Diagnosefunktion, drei abgestufte Diagnose-Meldungsebenen – Synchronisation der Ein- und/oder Ausgänge – Adressvergabe für die DP-Slaves über den Bus – Maximal 246 Byte Eingangs- oder Ausgangs-Daten je DP-Slave möglich

Profibus DP Diagnosefunktion

Die umfangreichen Diagnosefunktionen von Profibus-DP ermöglichen die schnelle Fehlerlokalisierung. Die Diagnosemeldungen werden über den Bus übertragen und beim Master zusammengefasst.

Systemverhalten

Um eine weitgehende Geräteaustauschbarkeit zu erreichen, wurde bei Profibus-DP das Systemverhalten standardisiert. Es wird im Wesentlichen durch den Betriebszustand des DPM1 bestimmt. Dieser kann entweder lokal oder über den Bus vom Projektierungsgerät gesteuert werden. Es werden folgende drei Hauptzustände unterschieden: Stop: Es findet kein Datenverkehr zwischen dem DPM1 und DP-Slaves statt. Clear: Der DPM1 liest die Eingangsinformationen der DP-Slaves und hält die Ausgänge der DP-Slaves im sicheren Zustand. Operate: Der DPM1 befindet sich in der Datentransferphase. In einem zyklischen Datenverkehr werden die Eingänge von den DP-Slaves gelesen und die Ausgangsinformationen an

Zyklischer Datenvekehr zwischen DPM1 und Slave

Der Datenverkehr zwischen DPM1 und den ihm zugeordneten DP-Slaves wird in einer festgelegten, immer wieder wiederkehrenden Reihenfolge automatisch durch den DPM1 abgewickelt. Bei der Projektierung des Bussystems legt der Anwender die Zugehörigkeit eines DP-Slaves fest. Weiterhin wird definiert, welche DP-Slaves in den Nutzdatenverkehr aufgenommen und welche ausgeschlossen werden sollen. Der Datenverkehr zwischen dem DPM1 und den DP-Slaves gliedert sich in die Parametrierungs-, Konfigurations- und Datentransfer-Phase. Bevor ein DP-Slave in die Datentransferphase aufgenommen wird,

Schutzfunktionen: – Alle Nachrichten werden mit Hamming Distanz HD = 4 übertragen. – Ansprechüberwachung bei den DP-Slaves – Zugriffsschutz für Eingänge/Ausgänge der DP-Slaves – Überwachung des Nutzdatenverkehrs mit einstellbarem Timer bei Master. Gerätetypen: – DP-Master Klasse 1 (DPM 2) z.B. Programmier/Projektierungsgeräte – DP-Master Klasse 1 (DPM1), z.B. zentrale Automatisierungsgeräte wie SPS, PC – DP-Slave z.B. Geräte mit binären oder analogen Eingängen/Ausgängen, Antriebe, Ventile

die DP-Slaves übertragen. Der DPM1 sendet seinen lokalen Status in einem konfigurierbaren Zeitintervall mit einem Multicast-Kommando zyklisch an alle ihm zugeordneten DP-Slaves. Die Systemreaktion nach dem Auftreten eines Fehlers in der Datentransferphase des DPM1, wie z.B. Ausfall eines DP-Slaves wird durch den Betriebsparameter bestimmt. Wurde dieser Parameter auf True gesetzt, dann schaltet der DPM1 die Ausgänge aller zugehörigen DP-Slaves in den sicheren Zustand, sobald ein DP-Slave nicht mehr bereit ist für die Nutzdatenübertragung. Danach wechselt der DPM1 in den ClearZustand. Ist dieser Parameter False, dann verbleibt der DPM1 auch im Fehlerfall im OperateZustand, und der Anwender kann die Systemreaktion selbst bestimmen. prüft der DPM1 in der Parametrierungs- und Konfigurations-Phase, ob die projektierte Sollkonfiguration mit der tatsächlichen Gerätekonfiguration übereinstimmt. Bei dieser Überprüfung müssen der Gerätetyp, die Format- und Längeninformationen sowie die Anzahl der Ein- und Ausgänge übereinstimmen. Der Benutzer erhält dadurch einen zuverlässigen Schutz gegen Parametrierungsfehler. Zusätzlich zum Nutzdatentransfer, der vom DPM1 automatisch durchgeführt wird, besteht die Möglichkeit, neue Parametrierungsdaten auf Anforderung des Benutzers an die DP-Slaves zu senden. www.kuebler.com

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