antriebstechnik 11/2023

SPECIAL: SPS

SPECIAL: SPS 2023 GEBERELEKTRONIK ENTWICKELN SICHER VOM SENSOR BIS ZUR STEUERUNG Dank On-Chip-Redundanz liefern die Twin-Scan-Sensoren der iC-RZ Serie von iC-Haus zwei unabhängige 15-Bit-Positionsworte. Die Bausteine sind als Compliant Item bis SIL 3 bzw. PL e zertifiziert. Zusammen mit dem für Safety- Anwendungen geeigneten Interpolator iC-MR3 kann die Auflösung auf bis zu 24 Bit erhöht werden. Das Duo bildet die Basis für die Entwicklung hochauflösender Safety-Encoder der nächsten Generation. BiSS Safety sorgt hierbei für eine einfache Integration und zuverlässige Kommunikation. Sichere Motorfeedbacksysteme setzen auf redundante Winkel- oder Geschwindigkeitsinformationen, die von mehreren Sensorelementen gleichzeitig erfasst, simultan an eine Steuerung übertragen und dort auf Plausibilität geprüft werden. Schlägt die Prüfung fehl, geht das Gesamtsystem in einen sicheren Zustand über und verhindert so Schaden an Mensch und Maschine. Mit den optischen Twin-Scan-Sensoren der iC-RZ Serie bietet iC-Haus eine Single-Chip-Lösung an, die speziell für Safety-Encoder entwickelt wurde und vom TÜV Rheinland als Compliant Item für sicherheitskritische Anwendungen bis SIL 3 / PL e zertifiziert ist. Durch die bereits zertifizierte Kernkomponente wird der Aufwand für die Entwicklung einer sicheren Geberelektronik deutlich reduziert. Der Halbleiterhersteller unterstützt Entwickler zusätzlich mit einem umfangreichen „Safety Implementation Manual“. Dieses enthält für ein erfolgreiches Design-In wesentliche Informationen zur Systemintegration sowie Sicherheitsbetrachtungen und Berechnungen von Fehler- und Ausfallraten. Silvan Ettle,Vertrieb und Applikation für Encodersysteme, Marcel Reuter, Vertrieb und Applikation für BiSS-Komponenten und -Systeme, iC-Haus GmbH, Bodenheim am Rhein SICHERER BETRIEB, HOHE SIGNALQUALITÄT Die Sensoren der iC-RZ Serie arbeiten mit einer dem Baustein gegenüberliegenden Sende-LED. Diese durchstrahlt eine mit der Motorwelle verbundene Codescheibe und bildet einen Pseudo-Random-Code sowie zusätzliche Linienmuster auf den Photo dioden ab. Die Lichtleistung wird durch die im Chip integrierte LED-Steuerung dynamisch nachgeführt. Eine umfangreiche On-Chip-Diagnose überwacht wichtige Systemparameter wie Signalpegel oder Verstärkungsfaktoren und sorgt für einen sicheren Betrieb. Aufgrund der hohen Teilungsperioden von bis zu 2.048 Strichen auf einem Scheibendurchmesser von 26,5 mm kommt ausschließlich blaues Licht zum Einsatz. Die kurze Wellenlänge im Bereich von 460 nm eignet sich besonders für scharfe Abbildungen mit hoher Ortsauflösung, wovon die Signalqualität profitiert. Die beiden Sensorkanäle ermitteln aus der optischen Information jeweils ein unabhängiges 15-Bit-Positionswort, das seriell übertragen werden kann. Für Hohlwellengeber bietet iC-Haus auch eine auf eine Codescheibe mit einem Durchmesser von 42,5 mm optimierte Sensorausführung an. BIS ZU 24 BIT Durch Kombination der Sensoren der iC-RZ Serie mit dem Companion Chip iC-MR3 entsteht ein hochauflösendes Gebersystem 52 antriebstechnik 2023/11 www.antriebstechnik.de

SPECIAL: SPS 2023 Photodiodes 2048 CPR Photodiodes 10-bit PRC 1024 CPR iC-RZ Series Photodiodes 10-bit PRC 1024 CPR 10-bit PRC + 5-bit Interpolator 15 10-bit PRC + 15 5-bit Interpolator BiSS Interface BiSS Interface SIN/COS MA1 SLO1 Control Channel Safety Channel SDI2 SCI2 SDO2 iC-MR3 SLI ADI BiSS SLO MAI 01 iC-RZ mit Companion Chip iC-MR3, der nachgeschaltete Inter polationsbaustein erhöht die Winkelauflösung des zur Motorregelung verwendeten Control-Kanals auf bis zu 24 Bit BiSS Master für besonders anspruchsvolle und präzise Regelungsaufgaben. Dazu wird der sichere Sin/Cos-Pfad der iC-RZ Serie auf den nachgeschalteten Interpolator iC-MR3 geführt. Nach der Initialisierung mit der vom iC-RZ Control-Kanal seriell übertragenen Absolutposition werden die Analogsignale interpoliert und die „Sample-and-Hold“-Wandlerstufe des iC-MR3 löst die Winkelinformation mit bis zu 24 Bit auf. Der für sicherheitskritische Anwendungen geeignete Interpolationsbaustein fügt sich nahtlos in die Safety-Architektur ein und bietet dem Anwender zusätzliche Features wie Signalkonditionierung oder 1 Vss differentielle Sin/Cos-Ausgangstreiber. Für die sichere serielle Datenübertragung werden iC-MR3 und der iC-RZ Safety-Kanal einfach als BiSS-Kette verschaltet und können so auf bewährte Übertragungstechnik und einen zertifizierten „Black Channel“ zurückgreifen. OPEN-SOURCE-SCHNITTSTELLE Bereits seit 20 Jahren implementieren Hersteller von Sensor- und Aktorsystemen die serielle Open-Source-Schnittstelle BiSS, um MA SL eine schnelle, isochrone und gesicherte Datenübertragung zu realisieren. Über 630 Lizenznehmer weltweit profitieren heute von der kostenfreien Nutzung der IPs und einer etablierten Schnittstelle. Verwendet wird sie besonders in Motor-Feedback-Anwendungen zur Übertragung von Positionswerten. Durch leistungsfähige Features und die zunehmende Popularität erweitert sich auch der Anwenderkreis, sodass vermehrt auch Daten wie Drehzahl und Drehmoment mit BiSS übertragen werden. Mit BiSS (Bidirectional/Serial/Synchronous) wurde die einfache Struktur der Synchron-Seriellen Schnittstelle (kurz SSI) mit einem Taktsignal (MA) und einem Datenausgangssignal (SL) für die Punkt-zu-Punkt-Verbindung übernommen und um innovative Funktionen erweitert. Hierzu zählen unter anderem die Leitungslaufzeitkompensation, Berücksichtigung einer Sensorverarbeitungszeit, die Verkettung mehrerer Sensoren in einer Daisy Chain sowie die bidirektionale Registerkommunikation. Letztere bietet eine große Flexibilität und wird beispielsweise zur Konfiguration und Kalibrierung des Sensors, zum Auslesen eines elektronischen Datenblatts oder auch zur Übertragung sich langsam ändernder Sensordaten verwendet, wie z. B. der Temperatur. BiSS sieht hierfür in jedem Frame jeweils ein Control Data Bit CDM vor, das vom Master über das Taktsignal an den Sensor übertragen wird, und ein Control Data Bit CDS, das vom Sensor über die Datenleitung an den Master übertragen wird. Ein vollständiger Registerzugriff setzt sich dann aus den CDM und CDS Bit von 32 Frames zusammen. Durch dieses Konzept wird die Übertragung der Positionsdaten an den Motorregler nicht durch die Registerkommunikation unterbrochen. EINFACH ERWEITERBAR Mit BiSS lassen sich beliebige Sensordaten übertragen. Typischerweise können bis zu acht Datenkanäle mit jeweils bis zu 64 Datenbits (D) eingerichtet werden. Als Schutzmechanismus wird pro Datenkanal ein CRC (C) mit maximal 16 Bit berechnet und den Daten angefügt. Um mehrere Sensoren innerhalb eines Gerätes in einer Daisy Chain zu verketten, verfügt ein Standard- BiSS-Sensor über ein zusätzliches Dateneingangssignal (SLI). Die Daten der Sensoren werden als Datenkanal dann durch die Kette geschoben und kommen masterseitig als gebündelter Datenstream an. Diese einfache Erweiterung um zusätzliche Senso- Passt perfekt. Einfaches Design-In & optimale Performance Drehgeber EN580E für die Fabrikautomation Ob präzise Positionierung in Winkelsekunden oder dynamische Drehzahlregelung in Mikrosekunden: Der EN580E passt immer. Mit einer Vielzahl von Bauformen, Schnittstellen und Anschlussmöglichkeiten ist er einfach zu integrieren. Der bewegliche M12-Stecker sorgt für zusätzliche Flexibilität. Darüber hinaus verfügt der EN580E eine zertifi zierte BiSS C-Schnittstelle. Standardvarianten sind innerhalb von 48h lieferbar. Besuchen Sie uns auf der SPS in Nürnberg 14.– 16.11.23 • Halle 4A, Stand 345 & 351 Direkt kostenloses Ticket sichern! Erfahren Sie mehr: www.baumer.com/essential-line