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Anforderungen an das magnetostriktive Wegmesssystem und an die Schnittstelle:
- Schnittstelle mit einer sicheren Übertragung und hoher Aktualisierungsrate der Positionsdaten
- Identifikation des Wegmesssystems
1. Merkmale:
Die Novotechnik-Schnittstelle DyMoS für magnetostriktive Wegaufnehmer ist eine unidirektionale Schnittstelle, welche die Datensicherheit der Bus-Kommunikation mit der hohen Übertragungsrate der SSI- Schnittstelle verbindet. Die Geschwindigkeit der Aufbereitung der Positionswerte des magnetostriktiven Wegmesssystems ist der Übertragungsrate der Schnittstelle angepasst, so dass eine update Rate der Ausgabewerte bis 16 kHz erreicht wird.
Das Datenframe besteht aus 2 x 20 Datenbits. Die Formatierung des Datenframes ist im Wegmesssystem festgelegt und kann sowohl aus 2 Positionswerte oder aus einem Positionswert und dem Geschwindigkeitswert zusammen gesetzt sein.
Ein weiterer Vorteil der Novotechnik-Schnittstelle ist die zeitliche Zuordnung der übertragenen Positionswerte zu dem internen Ablauf der Messung und der Datenaufbereitung bei einem kontinuierlichen Takt der Datenabfrage. Eine fehlerfreie Berechnung der Geschwindigkeit und der Beschleunigung ist somit gewährleistet. Die Treiber entsprechen der RS 422/485 Schnittstelle. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist 25 kBit/s bis 1 (2) MBit/s.
Die Rückverfolgbarkeit und Dokumentation der Wegmesssysteme in der Anwendung bietet einen weiteren Vorteil der Schnittstelle. Dies erfolgt mit Hilfe der Systemidentifikation, die nach jedem Einschalten vom Wegmesssystem gesendet wird. Die Systemidentifikation besteht aus der Typenbezeichnung (Type und Messlänge) und einer eindeutigen Nummer. Die Systeminformation kann auch als eindeutige Zuordnung des Wegmesssystems in der Anwendung verwendet werden, um Fehler und Schäden durch die Ankopplung eines falschen Wegmesssystems an der Maschine zu vermeiden.
2. Technische Beschreibung der Schnittstelle
Das Kommunikationsframe besteht aus dem Systemframe 3 Bit, dem Datenframe 2 x 20 Bit und dem CRC 5 Bit.
2.1 System Frame
Das System Frame besteht aus dem Funktion-Bit, dem Error-Bit und dem System-Bit.
- Funktion Bit – ist immer High und markiert den Beginn der Übertragung.
- Error Bit – ist High aktiv. Die Funktion des magnetostriktiven Wegmesssystems wird intern überwacht, sowohl als reine Hardwarefunktion als auch durch die Plausibilität der Positionswerte. Tritt ein Fehler auf, wird das Error-Bit auf High gesetzt. Auf der Empfangsseite kann am Anfang der Übertragung entschieden werden, ob die empfangenen Daten gültig sind.
- System Bit – Das System Bit wird zur definierten Erkennung
der übertragenen Daten verwendet. Das System Bit ist Low bei der Datenübertragung (Positionswert) und High bei der Übertragung der Identifikationsdaten des Wegmesssystems.
2.2 Daten Frame:
Das Daten Frame besteht aus 2 unabhängigen 20 Bit Frames. Die Daten innerhalb der Frames sind von LSB zu MSB formatiert.
- Positionswert: 20 Bit. Das Bit Format ist für ein Messsystem mit 5 m Länge und einer Auflösung von 5 µm bestimmt.
- Geschwindigkeit: 20 Bit. Die Auflösung der Geschwindigkeit ist 2,5 mm/s.
Wegmesssystem Typen:
Standard = Das Datenframe besteht aus dem Positionswert 1 und Geschwindigkeit 1.
Option = 2 Hardware Schnittstellen: Schnittstelle 1: Position 1 und Geschwindigkeit 1
Schnittstelle 2: Positionswert 2 und Geschwindigkeit 2.
(Bild 1).
2.3 CRC: Cyclic Redundancy Check
Das CRC-Frame besteht aus 5 Bit (Bit 44-48).
Bei einem 5 Bit CRC ist das Generatorpolynom 6-stellig. Das Generatorpolynom ist wie in Bild 5 definiert:
X5+X4+X2+X0 ( 110101)
3. Systemidentifikation
Mit der unidirektionalen Novotechnik-Schnittstelle ist zusätzlich eine Übertragung der Gerätebezeichnung realisiert. Die Übertragung der Identifikationsdaten erfolgt automatisch nach jedem Einschalten. Die
Identifikationsdaten werden in den ersten vier Übertragungsframes gesendet. Das Wegmesssystem schaltet nach der Übertragung der Systemidentifikation von selbst in den Daten-Betriebsmodus. Die Differenzierung der beiden Übertragungsmodi erfolgt mit dem System Bit. Bei der Übertragung der Identifikation ist das System Bit High (= 1), bei der Datenübertragung ist das System Bit Low (= 0). Die eindeutige Identifikation des Messsystems erfolgt durch die Angabe der:
- Messlänge 0500 für Messlänge 500 mm
- Serien-Nr. JJKWKW1234.
4. Kommunikation
4.1 Die Novotechnik-Schnittstelle bietet die Möglichkeit mit einem 48 Takt Modus oder einem kontinuierlichen Takt betrieben zu werden. Der 48 Takt Modus entspricht der SSI Schnittstelle. Die Datenabfrage erfolgt mit dem Takt des Empfängers und die Datenausgabe erfolgt synchron zu der positiven Flanke des Taktes. Nach Ablauf der Übertragung der 48 Daten Bits folgt eine tm Zeit von 10 µs, in welcher der Ausgang im Zustand Low ist. Nach dem Ablauf der tm Zeit geht der Ausgang des magnetostriktiven Wegmesssystems auf High. Mit dem Takt werden die aktuellen Daten, entsprechend der letzten Aktualisierung mit 16 kHz im Wegmesssystem
übertragen. Der Ablauf der internen Datenaktualisierung und Datenübertragung ist in Bild 2 dargestellt.
4.2 Kontinuierlicher Takt-Modus
Eine einfache und sichere Lösung bietet der kontinuierliche Abfrage Modus (Bild 3). Die Vorteile der Datenübertragung in diesem Modus sind:
- Genaue zeitliche Zuordnung der Daten
- Einfache Handhabung der Taktgenerierung
- Die Aktualisierung der Daten in der Steuerung erfolgt kontinuierlich mit max. 16 kHz
- Optimaler Zugriff der Steuerung auf die Daten.
In dem kontinuierlichen Abfrage Modus steht der Takt immer am Wegmesssystem an. Das Wegmesssystem startet die Datenübertragung nach der internen Aktualisierung.
Nach der Übertragung der 48 Bit folgt eine tm Zeit – in dieser Zeit ist der Ausgang Low. Die Daten können in der Steuerung in einem Dual Port RAM abgelegt werden, so dass die CPU der Steuerung zu jeder Zeit einen Zugriff auf die aktuellsten Daten in einer einfachen Art und Weise hat. Auch wenn der Zugriff der CPU nicht mit einer absoluten zeitlichen Genauigkeit erfolgt, ist gewährleistet, dass die Daten einem sehr genauen zeitlichen Ablauf zugeordnet werden können. Die Berechnung der Geschwindigkeit kann mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden.
Der Ablauf der internen Datenaktualisierung und Datenübertragung ist in Bild 3 dargestellt.
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