High-Speed-SPS arbeitet zykluszeitenfrei und ist gut vernetzbar

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FAULHABER Antriebssysteme

N & H Technology GmbH

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Technische Universität Clausthal

Analogwelt – 8 analoge Ein- und 4 analoge Ausgänge mit 16 Bit Auflösung

Während die Version ZX20T mit 20 digitalen Ein- und 16 digitalen Ausgängen auswartet, besitzt die Variante ZX20AT nur je 12 dieser Anschlüsse, dafür aber 8 analoge Ein- und 4 analoge Ausgänge. Die Auflösung dieser Ein- und Ausgänge beträgt jeweils 16 Bit, wobei in der Applikation auch mit geringerer Bitbreite gerechnet werden kann. Zeitlich gesehen kann die Wandlung mit 200 kSPS ablaufen, bei der Nutzung von 8 eingangsseitigen Kanälen ist die maximale Zykluszeit für eine Wandlung also 40 µs.

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Die Einbindung in die Software ist denkbar einfach: Der entsprechende Eingang wird wie in Bild 4 definiert, anschließend kann der Wert jeweils als Integer-Variable in der Applikation genutzt werden. Die Ausgabe erfolgt dementsprechend einfach als Wertzuweisung an die definierte DAC-Variable. Den Rest regelt der Compiler.

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Was ist Software-definierte Entprellung

Üblicherweise werden Eingänge durch Tiefpassfilter entprellt. Das ist einfach, leider aber auch unflexibel. Bei der Speicherprogrammierbaren Steuerung ZX20 kann jeder Eingang xy mit einer individuellen Entprellung versehen werden, indem xy. TBD = 1 ms; im Sourcecode geschrieben wird (die Zeiten können von 1 µs bis zu einigen Sekunden variieren.

Dies veranlasst, dass der Eingangswert erst dann weitergegeben wird, wenn eine Änderung auftrat und innerhalb 1 ms keine Änderung mehr eingetreten ist. Daneben wird es in zukünftigen Versionen auch möglich sein, ein Überschreiten dieser Entprellzeit zu registrieren und – zum Beispiel als Warnung über Netzwerk – auszugeben.

Kommunikation per ZanderNet: Das ZanderNet ist derzeit der zugleich einfache und effiziente Standard zur Kommunikation zwischen ZX20-Steuerungen. Aktuell wird die Kommunikation direkt via Ethernet und IPV4/UDP unterstützt. Das Protokoll dient dem Austausch von Variablen zwischen den Steuerungen, zusätzlich können die aktuellen Werte an den Ein- und Ausgängen per Netz gelesen sowie User-definierte Nachrichten erzeugt und abgefragt werden. Andere Protokolle sind in Vorbereitung.

Besonders vorteilhaft ist jedoch die Möglichkeit, die Steuerungen per ZanderNet zu programmieren, auch im eingebauten Zustand. ZanderNet kann dafür mit anderen Standards über das gleiche Kabel kombiniert werden.

Die Schnelligkeit der einzelnen Steuerung, die mit maximal 0,1 µs Verzögerung zwischen Ein- und Ausgang – unabhängig von der Komplexität des Zusammenhangs – arbeitet, lässt sich natürlich über ein Netzwerk hinweg nicht einhalten. Die Bearbeitung des Netzwerkpakets beim Senden und Empfangen, die Sendung selbst und die Belegung des Mediums Ethernet (zumindest in den Switches) bewirken hierbei bereits Verzögerungen, die in die Millisekunden reichen. Benchmarks zeigen, dass in der aktuellen Implementierung maximal 5 ms für die Auswertung eines vollständigen Nachrichtenpakets mit 32 Variablen notwendig sind. Derzeit ist daher die Sendefrequenz für diese Pakete auf 10 Pakete/Sekunde pro Steuerung fixiert.

Die Entwicklung der ZX20-SPS auf FPGA-Basis wurde gefördert vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie. Weiter Informationen finden Sie unter www.zander-aachen.de. Besuchen können Sie die Firma Zander auf der SPS/IPC/Drives in Halle 7 am Stand 191.

* Christian Siemers ist Professor für Automatisierungstechnik und Elektronik an der TU Clausthal sowie für Prozessortechnik an der FH Nordhausen tätig.

* René Fritzsche ist Projektmitarbeiter an der TU Clausthal und hat seitens der TU im Projekt zur Entwicklung der ZX20, insbesondere der Betriebssoftware, mitgearbeitet.

* Alfons Austerhoff und Marco Zander arbeiten in der Entwicklung bei Firma Zander und haben maßgeblich an der Entwicklung der ZX20 mitgearbeitet.

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