Winkel- und Neigungssensoren als »CANopen Safety«-Teilnehmer

Bootloader

Änderungen, Korrekturen sowie Erweiterungen der Software machen in vielen Fällen den Einsatz eines Bootloaders erforderlich. Die Nutzung des CAN-Busses als Übertagungsmedium erweist sich hierbei als sehr vorteilhaft. Dabei sind bestimmte Szenarien einzuhalten bzw. zu berücksichtigen wie u.a. das Verwenden bzw. Nichtverwenden bestimmter Identifier, Zeitanforderungen während der Übertragung des Programmcodes.

Zum Updaten der aktuellen Software sind zwei verschiedene Bootloader-Optionen softwaremäßig umgesetzt: Zum Einen das UDS-Protokoll nach ISO 15765-3 Road Vehicles — Diagnostics on Controller Area Networks (CAN) - Part 3: Implementation of unified diagnostic services (UDS on CAN) zum Anderen eine TWK-Umsetzung.

Die TWK-Version nutzt hierfür den LSS-Dienst nach CAN-DS 305 – Layer setting services (LSS) and protocols. Befindet sich der Sensor befindet im Stopp Zustand, wird das Bootloader-Programm über einen speziellen LSS-Dienst im Configuration Mode aktiviert. Dabei wird der Bootloader des internen Controllers genutzt. Dieser Vorgang ist Passwort-geschützt, sodass nur autorisierten Personen der Zugang ermöglicht wird. Über separate Identifier-Bereiche erfolgt die Programmierung über den CAN-Bus; der Flash-Speicher des Controllers wird dabei neu beschrieben.

Applikationsspezifische Beispiele:

Drehkranzgeber

 Ein umfangreiches Einsatzfeld ermöglichen Drehkranzgeber (Bild 5), z.B. um den Ausleger eines Kranes sicher zu positionieren. Die Drehkranz erfasst den Winkel mittels eines elektronischen Getriebes ohne Overflow. Das Übersetzungsverhältnis zwischen Zähnezahl des Ritzels, welches am Codierer montiert ist, und der Zähnezahl des Drehkranzes ist variabel einstellbar, so dass verschiedene Übersetzungsverhältnisse umgesetzt werden können. Die Auflösung beträgt dabei 0,1°, also 3600 Schritte pro Umdrehung des Drehkranzes. Wichtig ist bei solchen Anwendungen, dass es keine Restriktionen bezüglich der Drehrichtung geben darf, d.h. der Kran kann sich beliebig oft in dieselbe Drehrichtung bewegen, ohne dass ein physikalisch bedingter Übergang von Null auf die Gesamtschrittzahl -1 erfolgt. Die Positionswert bewegt sich immer zwischen 0 und 3599 Schritten pro Umdrehung des Drehkranzes. Intern ist vor dem physikalischen Null-Übergang ein Sicherheitsbereich definiert, der diese Arbeitsweise garantiert. Außerdem wird dadurch ein Code-Fehler verhindert, der durch die nicht ganzzahligen Übersetzungsverhältnisse auftreten würde.

Die Berechnungsroutinen sind im Codierer implementiert und der Anwender ist mit der Eingabe des Übertragungsverhältnisses in der Lage, seine Applikationen zu bewerkstelligen. Das Profil wurde diesbezüglich um die erforderlichen Objekte erweitert.

Die Umsetzung des »CANopen Safety«-Profiles ermöglicht somit Arbeiten, die hohe Anforderungen an die Sicherheit stellen, z.B. Arbeiten im Bahn-Gleisbereichen bei ununterbrochenem Betrieb der benachbarten Gleise.

Winkelcodierer mit »CANopen Safety« und Kundenerweiterungen

Neben Monotour-Winkelcodierern (max. 13 Bit = 8192 Schritte/Umdrehung) sind Multitour-Codierer mit 2²⁴ bzw. 2²⁵ umgesetzt. Dabei wird unterschieden zwischen Absolutwertgebern, d.h. der Positionsistwert wird nach dem Zuschalten der Spannungsversorgung ausgegeben bzw. mit zählendem Multitourteil (quasi absolut)  oder mit batteriegestützten Multitourteil.

Der Sensor kann entsprechend der Ausführung in den Bus eingeschleift werden über Bus IN/Bus Out bzw. über eine Stichleitung.

Für das »CANopen Safety«-Protokoll wurden Erweiterungen umgesetzt, z.B. Anzeige der Code-Richtung im Protokoll, Speed-Signal, Zeitstempel, zusätzliche CRC-Berechnung, Nachrichtenzähler, usw. Zielfunktion war die Kommunikation zwischen Steuerung (Master) und Sensor (Slave) den jeweiligen Bedingungen anzupassen und die geforderten Zielwerte für eine sichere Übertragung zu erfüllen.

Literatur:

[1] CiA Draft Standard 406 Device Profile for Encoders. CAN in Automation (CiA), www.can-cia.org

[2]CiA Draft Standard 410 Device Profile for Inclinometer. CAN in Automation (CiA), www.can-cia.org

[3] EN 50325-5 Industrielles Kommunikationssubsystem basierend auf ISO 11898 (CAN) – Teil 5: Funktional sichere Kommunikation basierend auf EN 50325-4 /3/.

[4] TWK-Handbücher und Datenblätter Winkelcodierer TBN/TRN und Neigungssensoren NBN

Die Autoren:

Theo W. Kessler, TWK-Consult GmbH

Ulf Stark, Leitung des Technischen Büros bei TWK-Elektronik

Nachruf auf Theo W. Kessler

Theo W. Kessler, Gründer und langjähriger Geschäftsführer der TWK Elektronik sowie Gründungsmitglied des AMA Fachverbandes ist Anfang dieses Jahres im Alter von 83 Jahren in Düsseldorf verstorben.

Kessler gründete im Jahr 1962 in Düsseldorf sein erstes eigenes Unternehmen namens Teltronika. 1964 erfolgte die Umbenennung der Firma in TWK-Elektronik. Das Unternehmen entwickelte sich über die Jahre gut, und so gründete Kessler im Jahr 1979 in Wedel eine eigene Produktion und Entwicklung. 1992 startete die Nachfolgereglung durch den Übergang des Unternehmens auf Johannes W. Steinebach. Aus dem operativen Geschäft zog sich Kessler dann im Jahr 2002 zurück und konzentrierte sich fortan in erster Linie auf das Marketing. Bis eine Woche vor seinem Tod war Kessler täglich im Unternehmen produktiv tätig.

Neben seinem Engagement im eigenen Unternehmen trieb Kessler auch die Elektronik-Messen und das Verbandswesen voran: So galt er im Jahr 1964 als Mitbegründer der electronica in München, in deren Ausstellerbeirat er jahrzehntelang als Mitglied tätig war. Auch im Ausstellerbeirat der Interkama, Düsseldorf war Kessler tatkräftig beteiligt. Und nicht zuletzt zählt Kessler zu den Gründungsmitgliedern des AMA Fachverbandes für Sensorik. Bis zuletzt blieb er dem Verband als Mitglied im Ältestenrat verbunden.

1. Winkel- und Neigungssensoren als »CANopen Safety«-Teilnehmer
2. Berechnung der Ausfallwerte - Proof Test Intervall
3. Meldung des Sensors als »CANopen Safety«-Teilnehmer im CAN-Bus
4. Bootloader

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