Via Hiperface DSL oder SCS Open Link
Hybride Übertragung in kompakten Motorsteuerungen
Schnittstellen wie „Hiperface DSL“ und „SCS Open Link“ ermöglichen es, kompakte Motorsteuerungen mit wenig Verkabelungsaufwand zu realisieren. Im Zuge von Industrie 4.0 ist dies ein interessanter Ansatz, bei dem es allerdings einiges zu beachten gilt.
Der Einsatz von immer kompakteren Motorsteuerungen nimmt zu, angefangen bei Anwendungen der Robotik über den Materialtransport bis hin zur Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Open-Source-Schnittstellen wie „Hiperface DSL“ und „SCS Open Link“ ermöglichen es in diesen platzreduzierten Motorsteuerungen, sowohl Leistung als auch Datensignale über einen einzigen, kompakten Steckverbinder zu übertragen. Diese hybride Übertragung hat den Vorteil, dass sie die Verkabelung auf ein Minimum reduziert. Allerdings stellen sogenannte Ein-Kabel-Lösungen hohe Anforderungen an die Qualität, das Design und die Leistungsfähigkeit des Steckverbinders. Dieser wird zum entscheidenden Bauteil, wenn es darum geht, Signalintegrität, EMV und gleichzeitig die Einhaltung von IP20-Anforderungen wie Berührungsschutz zu garantieren.
Hiperface DSL und SCS Open Link
Die Umstellung auf Hiperface DSL und SCS Open Link ist ein Versuch, sowohl Leistung als auch Daten auf denselben Steckverbinder zu legen, um Platz zu sparen, Kosten zu reduzieren und das Design von Hochleistungsmotorsteuerungen zu vereinfachen. Beide Protokolle basieren auf RS-485.
Hiperface DSL bietet eine Datenübertragungsrate von 9,375 MBaud über Kabellängen von bis zu 100 Metern zwischen Motorkontroller und Motor. Es gibt zwei Möglichkeiten, Daten auf Hiperface DSL zu übertragen: zyklisch, so schnell wie unter den gegebenen Signal- und Rauschbedingungen möglich, oder synchron mit dem Controller-Takt. Das Hiperface-DSL-Protokoll enthält mehrere wichtige Merkmale:
- die Fähigkeit, Positions- und Drehzahlinformationen vom Encoder mit Zykluszeiten von nur 12,1 μs synchron zu verarbeiten
- eine maximale Zykluszeit von 192 μs für die Übertragung der sicheren Position des Motor-Feedback-Systems
- erfüllt die SIL-2-Anforderungen (SIL: Safety Integrity Level) gemäß IEC 61508 für die redundante Übertragung der sicheren Position des Motor-Feedback-Systems mit einer maximalen Zykluszeit von 192 μs
- erfüllt die SIL-3-Anforderungen gemäß IEC 61508 bei Einsatz in geeigneten Motor-Feedback-Systemen
- bidirektionale allgemeine Datenübertragung mit einer Bandbreite von bis zu 340 kBaud für die Übertragung von Parametern, einschließlich der Speicherung eines elektronischen Typenschilds der Motorsteuerungsdaten und eines elektronischen Typenschilds für das Motor-Feedback-System
- ein separater Kanal, der Daten von externen Motorsensoren (Beschleunigung, Drehmoment, Temperatur etc.) führt, die über das Hiperface-DSL-Sensor-Hub-Protokoll mit dem Motor-Feedback-Netzwerk verbunden sind
Die Motor-Feedback-Schnittstelle „SCS Open Link“ ist ebenfalls für die Unterstützung bidirektionaler Daten zwischen einem Motor und einer Steuerung ausgelegt, einschließlich Encoder-Daten mit Raten von bis zu 10 MBaud. Sie unterstützt Zwei-Draht- und Vier-Draht-Implementierungen. SCS Open Link ist für Industrie 4.0 optimiert, insbesondere im Hinblick auf aufkommende IIoT-Anwendungen, wie zum Beispiel Motorzustandsüberwachung und vorausschauende Wartung.
Auch SCS Open Link ist bis SIL 3 zertifiziert. Darüber hinaus erfüllt es die Anforderungen der funktionalen Sicherheit nach EN ISO 13849 Performance Level e (PLe), Kategorie 3. Die Einkabellösungen erfüllen die Anforderungen der funktionalen Sicherheit nach IEC 61508-2:2010 und IEC 61784-3:2017.
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Anforderungen an den Steckverbinder
Für den sicheren Betrieb mit Hiperface DSL und SCS Open Link ist eine gut geschirmte Verbindung zwischen einem Motor mit Geber und dem Antrieb erforderlich. Der Einsatz von Steckverbindern und Anschlussklemmen zur Minimierung der Schnittstellenanzahl hilft. Außerdem sind durchgehende, geschirmte Leitungen zwischen Motor und Geber und dem Antrieb erforderlich. Ein einziges geschirmtes Kabel mit zwei Steckverbindern (ein Stecker optimiert für den Anschluss an den Motor, der andere Stecker optimiert für den Anschluss an den Antrieb) bietet einen wirtschaftlichen Ansatz und ist sowohl in Hyperface DSL als auch in SCS Open Link implementiert.
Zusätzlich zur Verwendung eines geschirmten Kabels muss die Abschirmung an beiden Enden des Kabels ordnungsgemäß abgeschlossen werden. Auf der Motorseite werden Rundsteckverbinder, zumeist M23-Stecker mit Metallgehäuse, verwendet.
Um Kosten zu sparen, muss der Steckverbinder auf der Antriebsseite der Verbindung kein Metallgehäuse haben. Das physikalische Design von Antriebssteckverbindern ist nicht standardisiert, daher müssen Antriebskonstrukteure bei der Entwicklung ihres eigenen Steckverbinders sorgfältig vorgehen, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen und gleichzeitig eine einfache Verbindung zu Leiterplatten herzustellen, um die Anschlüsse zu vereinfachen und die Kosten des Steckverbinders zu minimieren. Bei korrektem Kabel-Design und korrekter Kabelkonfektionierung sowie guter EMI-Abschirmung sind Kabellängen bis zu 100 m realisierbar.
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- „Drei in Eins“-Steckverbinder-Design
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