Safety-zertifizierte Positionssensoren auf einem Chip

Schneller zur Marktreife

Die optischen Twin-Scan-Sensoren der iC-RZ Serie von iC-Haus verfügen über zwei echt redundante Sensorkanäle auf einem Siliziumchip. Beide Kanäle sind vollständig elektrisch voneinander isoliert und stellen zwei unabhängige Informationen für eine sichere Position zur Verfügung. Die als Compliant Item zertifizierten Bausteine sind für den Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen nach IEC 61508 und EN ISO 13849-1 geeignet.
 Liefert zwei unabhängige Positionsworte und zusätzliche Sin/Cos-Signale: Die zertifizierten Twin-Scan-Sensoren der iC-RZ Serie von iC-Haus eignen sich besonders für den Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen und Safety-Encodern.
Liefert zwei unabhängige Positionsworte und zusätzliche Sin/Cos-Signale: Die zertifizierten Twin-Scan-Sensoren der iC-RZ Serie von iC-Haus eignen sich besonders für den Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen und Safety-Encodern.Bild: iC-Haus GmbH

Die Geberentwicklung profitiert maßgeblich von der bereits Safety-zertifizierten Schlüsselkomponente. Absolutwertgeber bis SIL3 / PLe können schneller entwickelt, zertifiziert und zur Marktreife gebracht werden. Eine umfassende Hilfestellung für das individuelle Design-In bietet ein anwendungsorientiertes Implementierungshandbuch, das in enger Abstimmung mit der Zertifizierungsstelle erstellt wurde. Es umfasst die wesentlichen Aspekte der Entwicklung eines Safety-Encoders auf Basis eines Sensors der iC-RZ Serie. Themen der Systemintegration, wie z.B. die Auslegung der Spannungsversorgung oder die mechanische Justage, werden ebenso behandelt wie die Berechnung von Ausfallraten für die Sicherheitsbetrachtung des Systems. Die Grundlage hierfür ist eine für die Komponenten sorgfältig durchgeführten Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) und eine Failure Modes Effects and Diagnostic Analysis (FMEDA).

 Vereinfachtes Blockschaltbild der iC-RZ Serie: Durch die Kettenschaltung der Ausgabeschnittstellen der beiden Sensorkanäle können die Positionsdaten mit BiSS Safety im Black Channel sicher zur Steuerung 
übertragen werden.
Vereinfachtes Blockschaltbild der iC-RZ Serie: Durch die Kettenschaltung der Ausgabeschnittstellen der beiden Sensorkanäle können die Positionsdaten mit BiSS Safety im Black Channel sicher zur Steuerung übertragen werden. Bild: iC-Haus GmbH

Single-Chip-Sensorlösung für sichere Kompaktgeber

Aus dem in eine Codescheibe eingearbeiteten Pseudo-Random-Code (PRC) und einer zusätzlichen Inkrementalspur generieren beide Sensorkanäle jeweils ein unabhängiges 15-Bit-Positionswort. Eine dem Sensor gegenüberliegende LED durchleuchtet die Scheibe. Für eine besonders scharfe Projektion setzt iC-Haus dabei auf kurzwelliges blaues Licht. Es stehen auf die verschiedenen Sensortypen individuell abgestimmte Beleuchtungen mit einer Wellenlänge im Bereich von 460nm zur Verfügung. Als Single-Chip-Sensorlösung im kompakten 7x5mm optoQFN-Gehäuse sind die optischen Frontends beider Kanäle bereits auf dem Silizium designbedingt optimal zueinander ausgerichtet. Dies vereinfacht die Justage des Encoders. Der Sensortyp iC-RZ26xx tastet eine ø26,5mm große Codescheibe ab, während der Typ iC-RZ42xx mit einer ø42,5mm großen Scheibe arbeitet. Mit diesen Baugrößen lassen sich wesentliche Encodersegmente abbilden.

Redundante Positionsdaten sicher übertragen

Die Twin-Scan-Sensoren tasten die Codescheibe an unterschiedlichen Stellen ab und liefern so zwei unabhängige Positionsworte. Schaltet man die digitalen Ausgabeschnittstellen der Kanäle in Kette, kann das Positionspaar mit BiSS Safety sicher in einem Frame übertragen werden. BiSS Safety ist eine Profildefinition der etablierten Open-Source Motorfeedback-Schnittstelle BiSS C und definiert ein für sicherheitskritische Anwendungen bis SIL3 geeignetes Übertragungsformat. BiSS Safety ist vom TÜV Rheinland zertifiziert und erfüllt in Teilen die Anforderungen der IEC 61784-3:2021. Für die ausschließlich zum Positionsvergleich benötigte redundante Information des Safety-Kanals werden erweiterte Schutzmechanismen wie ein 16-Bit-CRC und ein Sign-of-Life-Counter zur sicheren Übertragung über den Black-Channel verwendet. Die empfangenen Daten können dann in einer Safety-Steuerung oder einem entsprechenden Regler auf Plausibilität geprüft werden.

Companion-Chip für EncoderSysteme bis 24Bit

Zusätzlich zum digitalen Positionspaar erzeugen die Twin-Scan-Sensoren auf einer weiteren Inkrementalspur Sin/Cos-Signale mit wahlweise 1024 oder 2048 Perioden pro Umdrehung. Die Signale stehen am Ausgang zur Verfügung und können nachgeschaltet interpoliert werden, um die Auflösung des Control-Kanals weiter zu erhöhen. In Kombination mit dem Companion-Chip iC-MR3 liefert dieses Duo Positionsworte mit einer Auflösung von bis zu 24Bit und eignet sich damit besonders für präzise Regelungsaufgaben. Dabei bleibt das redundante Positionswort des Safety-Kanals unverändert und ist mit einer Auflösung von bis zu 15Bit auch für zukünftige Safety-Anforderungen ausgelegt. Ebenso bleiben die Vorteile der BiSS-Safety-Architektur bei dieser Chipkombination erhalten, so dass auf eine zertifizierte Übertragungstechnik zurückgegriffen werden kann.

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