Weg- und Winkelmessung im CANopen-Bus

Der ursprünglich für die Kfz-Technik entwickelte CAN-Bus hat inzwischen durch Erweiterung zum CANopen auch im industriellen Bereich Eingang gefunden. Er verdankt dies einigen besonderen Eigenschaften, wozu unter anderem die gute Fehlererkennung bei der Datenerfassung und -übertragung gehört. Ferner ist die Möglichkeit gegeben, Teilnehmer ohne Unterbrechung des Busbetriebes zu wechseln (hot-swapping and hot-plugging). Vier verschiedene Betriebsarten (modes) können über den Bus dem Meßwertaufnehmer eingegeben werden. Dieser sendet dann zum Beispiel seinen Positionswert auf Anfrage (polling mode) oder zyklisch (cyclic mode).

05. Juli 2004

Die Hersteller der in der Peripherie installierten Sensorik werden daher immer wieder mit der Forderung konfrontiert, ihre Meßwertaufnehmer mit geeigneten Schnittstellen zur Einbindung in den Feldbus zu versehen. Im Folgenden wird eine Palette von Aufnehmern beschrieben, die zum Erfassen und Messen geometrischer und mechanischer Größen wie Hübe, Verschiebungen, Drehbewegungen, Längen und Winkeln ausgelegt sind und deren Ausgangsschnittstellen mit CAN-Controler bestückt sind. Die Meßwertdaten stehen damit unmittelbar als digitale Signale über den CANopen-Bus zur Verfügung.

Kleiner Chip in induktiven Wegaufnehmern

Wesentlicher Gesichtspunkt bei der Implementierung der CANopen-Schnittstelle in kleine Gehäuse ist die geringe Baugröße der CAN-Controlers von nur 18 x 7 mm und die Abwesenheit aufwendiger Beschaltung. Diese Merkmale machten es möglich, die CANopen-Schnittstelle auch in induktive Wegaufnehmer zu integrieren. Zum ersten Mal gibt es somit solche Aufnehmer mit digitalem Ausgangssignal und mit einer Auflösung von 12 Bit. In einem Gehäuserohr von nur 25 mm Außendurchmesser ist neben den zwei als Halbrücken ausgelegten Spulen, die gesamte Elektronik - bestehend aus Oszillator, Demodulator, Mikroprozessor und CAN-Controler - untergebracht. Lieferbar sind diese Wegaufnehmer für Meßhübe bis 200 Millimeter in verschiedenen mechanischen Versionen, so auch als Taster mit Rückholfeder oder mit Kugelgelenken zur vertikalen Befestigung. Das Gehäuse des berührungslosen und verschleißfreien Sensorsystems ist vollständig vergossen. Feuchte, Stöße und Erschütterungen haben keinen Einfluß auf die Zuverlässigkeit der Messungen.

Für Meßhübe von 25 mm bis 5000 mm sind magnetostriktive Wegaufnehmer ausgelegt. Die Version mit runder Meßstange und Magnetring eignet sich zum Einbau in Hydraulik- und Pneumatikzylinder. Sie ist druckfest bis 350 bar. Bei der Ausführung im Profilgehäuse läuft der Permanentmagnet in einem seitlichen Schlitten, der über eine Kugelstange mit dem Meßobjekt zu verbinden ist. Die Auflösung dieser Aufnehmer beträgt 2µm. Arbeitsbereich, Preset-Werte und vier Grenzwerte können über den CANopen-Bus programmiert werden. Zwei Positionen innerhalb des Meßhubes sind gleichzeitig meßbar. Geringe Verstellkräfte, hohe Schutzarten und Verschleißfreiheit ermöglichen den Einsatz auch unter rauen Bedingungen des Schwermaschinenbaus. Ob zur Positionserfassung innerhalb des Vollkreises oder zur Wegmessung in Verbindung mit mechanischen Umsetzern wie Seilzügen, Zahnriemen oder Zahnstangen, Winkelcodierer gibt es in verschiedenen Größen, Bauformen und mit elektro-optischen oder elektro-magnetischen Sensorsystemen. Zu den besonders kleinen aber auch sehr robusten Ausführungen gehören die Modelle der R- und T-Serie mit 36 respektive 50 Millimetern Gehäusedurchmesser. Die Sensorschaltung auf der Basis von Hall-Elementen wird durch einen externen Permanentmagneten, der mit dem Meßobjekt verbunden ist, aktiviert. Die Folgeschaltung mit dem CANopen-Controler an der Schnittstelle nach außen ist in einer wasserdichten Gehäusekammer untergebracht und kann zusätzlich noch durch Verguß gegen Stoß und Erschütterungen gesichert werden.

Winkelcodierer mit elektro-magnetischen oder elektro-optischen Sensorsystemen

Elektro-optische Winkelcodierer in Singleturn- und Multiturn-Versionen haben besonders hohe Auflösungen bis 16 Bit/360°. Dies entspricht 65.536 Schritten je Umdrehung beziehungsweise 19,78 Winkelsekunden. Zusätzlich liefern solche Codierer noch ein 16 Bit Geschwindigkeitssignal. Angeschlossen werden die Geräte über Steckverbindungen oder rückseitige Hauben, die einen Dipschalter zur Einstellung der Baudraten und zur Wahl der Knotenadresse innerhalb des CANopen-Netzes enthalten.

Um die Datenübertragung gegen elektrische oder magnetische Störfelder oder Impulse sowie gegen Übersprechen von Leitung zu Leitung zu schützen, ist eine neue Version von Multiturn Codierer mit Han-Brid-Steckern zum Anschluß von Lichtwellenleitern lieferbar. Über Optokoppler erfolgt damit gleichzeitig eine galvanische Trennung zwischen dem Winkelcodierer als Datensender und dem CANopen-Netz als Datenempfänger.

Erschienen in Ausgabe: 03/2004