SSI-Schnittstelle: Mittelweg zwischen Parallel- und Feldbus-Anbindung

Inkremental-Drehgeber liefern nur Impulse. Bei Absolutwert-Drehgebern hingegen besteht die Herausforderung an die Schnittstelle darin, vollständige Positionswerte an die Steuerung zu übertragen. Für die parallele Übertragung gibt es für jede der Codespuren eine eigene Leitung zur Steuerung. Die jeweils aktuellen Signale aller Codespuren liegen als Binärwerte immer gleichzeitig an den Steuerungseingängen an. Dort können sie direkt weiterverarbeitet werden. Diese Methode ist sehr schnell, erfordert aber einen großen Verkabelungsaufwand. Mit steigender Auflösung der Sensoren werden immer mehr parallele Adern und binäre Steuerungseingänge benötigt. Bei hochdynamischen Anwendungen wie Abfüllanlagen, Druckmaschinen und Motorsteuerungen mit hohen Echtzeitanforderungen führt kein Weg an der Paralleltechnik vorbei. Serielle Punktverbindung Eine serielle Übertragung der Daten ist prinzipiell langsamer, weil die absoluten Winkelpositionen durch einen entsprechenden Wandler im Drehgeber zunächst in kleine seriell übertragbare Einheiten zerlegt werden müssen. Nach der Übertragung müssen sie auf der Steuerungsseite wieder zusammengesetzt werden. Dennoch bevorzugt man die serielle Übertragung bei allen weniger kritischen Anwendungen. Hier hat sich die SSI-Schnittstelle als wichtiger Standard etabliert. Er bietet praktische Vorteile und basiert auf der seriellen RS422-Verbindung. So benötigt SSI unabhängig von der Auflösung des Absolutwert-Drehgebers insgesamt nur vier Leitungen: zwei Leitungen für die Übermittlung der Daten vom Sensor zur Steuerung und jeweils zwei Leitungen für den Takt, der von der Steuerung vorgegeben wird. Die beiden Adernpaare sind jeweils verdrillt und abgeschirmt auszuführen. Steuerung bestimmt Geschwindigkeit Ein SSI-Drehgeber überträgt Daten nur auf Anforderung. Dazu sendet die Steuerung so genannte Taktbüschel über die Taktleitung, während der Sensor synchron dazu die aktuelle Position über die Datenleitung übermittelt. Charakteristisch für SSI ist, dass damit sowohl der Zeitpunkt als auch die Geschwindigkeit der Datenübertragung von der Steuerung exakt bestimmt werden kann. Weitere Vorteile der SSI-Schnittstelle sind der Aufbau mit wenigen konventionellen Bauelementen und eine galvanische Trennung des Drehgebers von der Steuerung durch Optokoppler. Sie verwendet ferner den einschrittigen Gray-Code, der eine sichere Übertragung ermöglicht. Mit SSI sind taktsynchrone Steuer- und Regelvorgänge mit Baudraten bis 2MBaud realisierbar. Bei entsprechend reduzierten Taktraten lassen sich Distanzen von mehreren hundert Metern überbrücken. Feldbus-Technologie Vom Prinzip her ebenfalls serieller Natur sind Drehgeber mit Feldbus-Anschluss. Im Gegensatz zu den Punkt-zu-Punkt-Verbindungen der SSI-Schnittstelle sind damit zahlreiche Sensoren an dieselbe Busleitung anschließbar. Man spart sich ein mehrfaches Verlegen von Leitungen zur Steuerung. Das ist für komplexe und verzweigte Anlagen mit zahlreichen Abtaststellen geeignet. Je nach Feldbus-Typ resultiert zusätzlicher Kundennutzen aus der Eigenintelligenz der Busteilnehmer sowie erweiterten Funktionen für Diagnose und Parametrierung. Nachteilig ist, dass alle angeschlossenen Geräte sich die zur Verfügung stehende Bandbreite teilen müssen. Schnittstellenlösungen Im Produktportfolio der Pepperl+Fuchs Drehgeber GmbH werden alle am Markt benötigten Schnittstellenkonfigurationen berücksichtigt. Während die mit paralleler Technik ausgestatteten Drehgeber der Baureihe FAST für schnelle Echtzeitanwendungen geeignet sind, zielen die Absolutwert-Drehgeber mit Feldbus-Schnittstellen auf eine nahtlose Integration in moderne große Anlagen. Verfügbar sind Lösungen für Profibus, CANopen, DeviceNet, AS-Interface und Ethernet. SSI-Drehgeber mit durchgehender Hohlwelle Zwischen den beiden Extremen behaupten sich die Ausführungen mit SSI-Schnittstelle, z.B. der neue AHS58/AHM58. Für Anwender sind die 58mm-Bauform sowie die rationelle Hohlwellen-Montage mit durchgehender Hohlwelle interessant. Während sich Drehgeber mit 58mm Gehäusedurchmesser in vielen Anwendungen als Standard durchgesetzt haben, ermöglicht die durchgehende Hohlwelle der SSI-Drehgeber eine zügige Montage. Hohlwellen-Ausführungen steckt und befestigt man direkt auf der Antriebswelle und hindert sie mit einer Drehmomentstütze am Verdrehen. Da sie vollkommen von der Welle getragen werden, können sie allen Bewegungen der Welle folgen. Aufwändige Kupplungskonstruktionen sind in diesem Fall überflüssig. Das ermöglicht gleichzeitig kompakte Konstruktionen. Herkömmliche Vollwellen-Drehgeber benötigen stets eine Wellenkupplung. Sie dient dazu, den Wellenversatz auszugleichen und Stöße bzw. Schwingungen aufzufangen, die die empfindliche Abtasteinheit des Sensors sonst beschädigen würden. Singleturn oder Multiturn Beim AHS58 handelt sich um eine Singleturn-Ausführung mit bis zu 16Bit Auflösung. Dabei wird eine Umdrehung in 65.536 Winkelschritte unterteilt. Das ist die derzeit typische Maximalauflösung bei Standardbauformen. Das Singleturn-Modell wird ergänzt durch den Multiturn-Drehgeber AHM58 mit zusätzlichen 14Bit Multiturn-Auflösung für eine Gesamtauflösung von 30Bit. Die mit einer Durchgangshohlwelle von 12mm Durchmesser ausgestatteten Geräte sind – im Gegensatz zu Ausführungen mit Steckhohlwelle – an jeder beliebigen Stelle der Antriebswelle einsetzbar. Zur Fixierung kann eine Drehmomentstütze bzw. ein Klemmring angebracht werden. Mit Hilfe spezieller Reduzierhülsen sind auch Hohlwellendurchmesser von 11, 10 und 8mm möglich. Die mikroprozessorgesteuerten Sensoren verfügen über zwei Funktionseingänge, zwischen denen der Kunde auswählen kann: einmal zum Umschalten der Zählrichtung und einmal zum Aufrufen der Nullsetzfunktion. Die SSI-Schnittstelle unterstützt Datenübertragungsraten bis 2MBaud. Neben dem bei SSI standardmäßig verwendeten Gray-Code gibt es auch Ausführungen, die die Daten im Binär-Code liefern. Modelle mit 12-poligem Rundsteckverbinder oder mit 1-m-Anschlusskabel können verwendet werden. Zur Versorgung reichen Spannungen zwischen 10 und 30VDC. Das Sensorgehäuse ist in Aluminium ausgeführt und nach Schutzart IP64 geschützt. Der Arbeitstemperaturbereich beträgt -40 bis +85°C. Die Mechanik ist für Drehzahlen bis 3.000 Umdrehungen pro Minute ausgelegt.