| Aktuelle CANopen-Sensoren |
 |
 Die CANopen-Sensoren für Druck, Temperatur und KlimaCAN-Bus-Systeme finden gegenwärtig nicht nur im Automobilbau, sondern zunehmend auch in vielen Bereichen der Automatisierungstechnik Anwendung. Das ist auf die Vorteile dieses Bus-Systems gegenüber der "klassischen" SPS-Lösung zurückzuführen, von denen hier nur die Wichtigsten genannt werden sollen: · geringer Verdrahtungsaufwand (Linienverdrahtung bei Sensoren und Aktoren anstelle der kostenintensiven Sternverdrahtung) · hohe Störsicherheit durch standardisierte CAN-Controller und Hardware-Busprotokoll · durch Integration von Intelligenz in Sensoren und Aktoren wird der übergeordnete Master entlastet · Entfernungen bis in den Kilometerbereich sind möglich · die Systeme sind multimasterfähig. Eine wichtige Rolle spielt dabei CANopen als Kommunikationsprotokoll für den CAN-Bus, weil dessen Anwendung eine weitgehende Kompatibilität von CAN-Bus-Geräten verschiedener Hersteller gewährleistet. Anders ausgedrückt: CANopen-Geräte unterschiedlicher Herkunft lassen sich problemlos in einem Netz miteinander kombinieren, so dass die Anwender nach funktionellen und kommerziellen Aspekten auf dem Markt frei wählen können. Das CANopen - Kommunikationsprotokoll wurde im Rahmen eines Esprit-Projekts im Jahre 1995 entwickelt und wird seitdem vom eingetragenen Verein "CAN in Automation" (CiA) gepflegt und weiterentwickelt. CAN in der Sensortechnik Die oben genannten Vorteile des CAN-Busses werden auch in der Sensortechnik wirksam, wenn in Anlagen, Fahrzeugen oder Räumen an mehr als an einer Stelle eine physikalische Größe, wie Druck, Temperatur oder Feuchte gemessen und die Meßdaten mit hoher Sicherheit an eine übergeordnete Einheit übertragen werden sollen. Die ZILA Elektronik GmbH bietet folgende CANopen-Sensoren an: DS-CAN-01 Dieser Drucksensor im Edelstahlgehäuse besitzt eine Sensorzelle auf Basis einer Edelstahlmembrane (ohne Zwischenmedium) mit piezoresistiver Brückenschaltung auf Polysilizium. Lieferbar sind sowohl Absolut- als auch Relativdrucksensoren im Bereich von 2 bar bis 4000 bar. Die Meßauflösung beträgt 10 Bit, der Gesamtfehler des Sensors ist kleiner 1,5% FS in einem Temperaturbereich von –10°C...80°C. Der Sensor gestattet eine minimale Meßzykluszeit von 5 ms. DTS-CAN-01 Die ZILA Elektronik GmbH bietet jetzt auch einen kombinierten Sensor im Edelstahlgehäuse an, welcher neben der Druckmeßzelle zusätzlich einen Temperaturfühler enthält. Dies bringt kommerzielle und anwendungstechnische Vorteile bei allen Anwendungen, wo nicht nur der Druck in einem Medium, sondern auch die Medientemperatur interessiert. Die Parameter der Druckmessung entsprechen denen des DS-CAN-01. Die Temperaturmessung erfolgt über einen Thermister, der sich in einer Edelstahlhülse außerhalb des Gehäuses im engen Kontakt mit dem Medium befindet. Dies garantiert kürzeste Ansprechzeiten. Der Meßbereich ist –10...80 °C, die Meßgenauigkeit +/- 0,8 K. TSR-CAN-01 Dieser CANopen-Temperatursensor ist konzipiert für die Messung in Rohrleitungen. Der Sensor besitzt ein Edelstahlgehäuse und gestattet die Temperaturmessung in beliebigen edelstahlkompatiblen Medien im Bereich von –40°C...80°C bei einem Druck von maximal 600 bar (auf Anfrage 2000 bar). Als Sensorelement findet ein Halbleiterfühler Anwendung. Die Meßauflösung beträgt 10 Bit, die maximale Meßwertabweichung beträgt über den gesamten Bereich ±1,5 K. Die Meßzykluszeit beträgt minimal 5 ms. TSL-CAN01 Dieser Lufttemperaturfühler kann für Innen- und Außenanwendungen bei einem Temperaturbereich von –40°C...80°C eingesetzt werden. Ansonsten entspricht er in seinen technischen Daten dem TSR-CAN-01. KS-CAN02 Der KS-CAN02 ist ein Klimasensor im Metallgehäuse, der als Innen- und Außenfühler eingesetzt werden kann. Temperatur- und Feuchtemessung sind im Bereich von -20...+80 °C, bzw. 0...100 % rel. Feuchte möglich. Die Toleranz der Feuchtemessung beträgt ±3,5 % (20...80 % r.F.). Optional sind höhere Genauigkeiten möglich. Für die Temperaturmessung wird eine Genauigkeit von ± 0,5 K @ 25 °C garantiert. Der Sensor arbeitet mit einem Messraster von 800 ms. Die physikalischen Größen Temperatur und relative Luftfeuchte werden mit einem digitalen Kombinationssensor gemessen. Die Feuchtemessung erfolgt kapazitiv (betauungsfest), die Temperaturmessung per Halbleiter. Bereits im Sensor erfolgt die 12 Bit-A/D-Wandlung, die Kennlinienkorrektur der Rohmesswerte und die Skalierung. Hervorzuheben ist der erweiterte Betriebsspannungsbereich von 9 - 50 V DC, der ihn auch für Anwendungen in LKWs, Baumaschinen, Reisebussen und Schienenfahrzeugen prädestiniert. Alle hier vorgestellten Sensoren sind EMV und ESD geprüft nach EN 50082-1 und EN 50082-2 und wurden konform zum CANopen-Protokoll nach CiA DS-404 entwickelt. Baudrate (10 kBaud bis 500 kBaud) und Node-ID können mittels Layer Setting Service modifiziert werden. Das CAN-Bus-Interface (Physical Layer) ist nach ISO 11898 spezifiziert (High-Speed-Bus). Die Hardware der ZILA-CANopen-Sensoren Kernstück ist ein 8 Bit-Microcontroller der 8051-Familie mit integriertem Flash-Programmspeicher, EEPROM zur nichtflüchtigen Parameterspeicherung, 10Bit-AD-Wandler und CAN-Controller. Das Sensorelement ist bei den Druck- und Temperatursensoren mit dem AD-Wandler verbunden. Beim digitalen Klimasensor den KS-CAN-02 wird der Datenaustausch mit dem Microcontroller über einen internen seriellen Bus bewerkstelligt. Durch das Fehlen mechanischer Abgleichelemente wie Potentiometer o.ä. und durch Speicherung der Kalibrierdaten im EEPROM wird eine hohe Langzeitstabilität und Messgenauigkeit erreicht. Die Verbindung zum CAN-Bus wird ohne galvanische Trennung mit einem CAN-Transceiver nach ISO11898 realisiert. Weiterhin befinden sich auf der Leiterplatte die Stromversorgungs-Bauelemente, die EMV-Schutzmaßnahmen und ein Reset-Chip für den Microcontroller. Die Belegung des 5-poligen Binder-Steckers (male) ist konform zur CiA-Empfehlung DR-303-1. Dabei erfüllt Stift 1 eine Spezialfunktion: Im Normalbetrieb wird dieser nicht beschaltet. Wird er jedoch auf Ground gezogen, so kann mittels eines Programmiergerätes über den CAN-Bus die komplette Betriebssoftware im Flash-Speicher ausgetauscht werden. Das hat den Vorteil, dass Updates oder kundenspezifische Modifikationen jederzeit möglich sind. CANopen - Software In den ZILA-CANopen-Sensoren wurden alle notwendigen Software-Routinen laut CiA-Empfehlungen „Draft Standard 301 Version 4.01“ und „Draft Standard 404 Version 1.0“ implementiert. Es existiert also eine allgemeine SDO-Struktur nach CiA-DS-301 und die für Meßgeräte spezifische SDO-Struktur nach CiA-DS-404. Zur Übertragung der Meßwerte werden eine, bzw. beim KS-CAN-02 zwei Sende-PDOs (mit festem Mapping) verwendet. Die Anforderung der PDOs erfolgt über eine Synchronisations- Message. Es kann jedoch auch ein automatisches Senden in einem frei wählbarem Zeitraster (5 ms...65 s) eingestellt werden. Node-Guarding und Emergency Messages sind ebenfalls implementiert. Bei folgenden internen Fehlern wird eine Emergency Message gesendet: · Generic Error (Hardware-Fehler) · EEPROM-Error (Speicher-Fehler) · Communication Error (CAN-Fehler) · Alarm Error: Der oder die Meßwerte haben ein voreingestelltes Fenster verlassen Die ZILA-CANopen-Sensoren verfügen auch über LSS-Slave-Funktionen. Der Layer Setting Service (LSS) dient dazu, bei einem CANopen-Gerät über das CAN-Netz unter anderem den Modul-ID und die Bit-Timing-Parameter (Baudrate) zu ändern. Gegenüber der bekannten Lösung, diese Parameter über DIL-Schalter an den Knoten direkt einzustellen, bietet LSS den Vorteil, daß die CANopen-Knoten keine Schalter benötigen und damit sehr klein aufgebaut werden können. Außerdem ist damit auch die Montage an unzugänglichen Stellen möglich. Zusammenfassung Aufgrund der oben genannten Vorteile werden CAN-Netze mit CANopen-fähigen Sensoren zunehmend Marktanteile in der Automatisierungstechnik gewinnen. Die Firma ZILA Elektronik GmbH trägt dieser Entwicklung Rechnung, indem sie neben dem CAN-Klimasensor auch CAN-Temperatursensoren und Drucksensoren mit CAN-Interface anbietet. Dipl.-Ing. Ralf Gryl |