Neigungssensoren Modellreihe NBN 65 mit CANopen Safety Profil - SIL2 NBN GD 10 / 2011

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1 Neigungssensoren Modellreihe NBN 65 mit CANopen Safety Profil - SIL2 NBN 1205 GD 10 / 2011 Berührungsloses, verschleißfreies und robustes Sensorsystem in MEMS-Technologie als fehlersichere Komponente für die Automation SIL2 nach IEC Schnittstelle: CANopen Safety nach CiA DS0 CANopen Framework for safetyrelevant-communication, Version Redundantes System Anzahl der Messachsen: 1 oder 2 wählbarer Messbereich: ± 5 bis ± 90 Auflösung: 0,01 Absolute Genauigkeit: ± 0,5 (optional ± 0,1 ) Elektronisch nullsetzbar, parametrierbar Hohe Vibrations- und Schockfestigkeit Aufbau und Funktion Erfassung der Neigung im Gravitationsfeld mittels MEMS-Sensoren (Micro-Electro-Mechanical-System) mit nachfolgender Digitalisierung und Linearisierung durch Controller. Der Neigungssensor im Gehäuse (Modell NBN 65) hat ein stabiles Aluminiumgehäuse (optional Edelstahl) und hat eine hohe Vibrations- und Schockfestigkeit. Zur mechanischen Ausrichtung (bis ca. ± 7,5 ) sind Langlöcher vorhanden. Wahlweise können ein oder zwei Stecker/Buchse bei CANopen zum Anschluß gewählt werden. Durch Vergussmaßnahmen im Gehäuse wird die Schutzklasse IP 69K, z.b. für den Einsatz unter Wasser, erreicht. MEMS Sensoren sind integrierte Schaltkreise, die in Silizium- Bulk-Mikromechanik Technologie gefertigt werden. Mithilfe von beweglichen mikromechanischen Strukturen werden Doppelkapazitäten gebildet. Werden diese Strukturen bei Beschleunigungen, z.b. Erdbeschleunigung (g), ausgelenkt, erfolgen Kapazitätsänderungen, die messtechnisch erfasst und weiterverarbeitet werden. Die Ausgangsspannung folgt der Funktion U g * sin α. Der Winkel α ist hier der Neigungswinkel des Sensors gemessen zum g-vektor. Diese Sensoren messen präzise, haben eine hohe Lebensdauer und sind sehr robust. Die Messachsen arbeiten unabhängig voneinander. Das System ist redundant aufgebaut. Die Datenausgabe erfolgt über die CANopen-Schnittstelle mittels des Objektes SRDO (Safety Relevant Data Object). Die Übertragung erfolgt normal und bitinvertiert. Bei dem Sensorsystem sind zwei Knoten realisiert, die sich logisch wie ein Knoten verhalten d.h. beide Systeme werden über eine Knotenadresse angesprochen. Der primäre Knoten steuert die logischen Funktionen von CANopen wie SDO Bearbeitung, NMT und LSS-Dienste und stellt die Informationen über die interne Kommunikation dem redundanten Knoten zur Verfügung. Der redundante Knoten prüft die Safety Parameter und gleicht intern seinen Safety Status mit dem primären Knoten ab. Im Neigungssensor findet eine Gleichlaufprüfung statt. Es wird nur ein Positionsdatum ausgegeben, das mithilfe des Positionsdatums des zweiten Systems auf Plausibilität geprüft wurde. Übersteigt die Abweichung einen Grenzwert, wird eine Fehlermeldung ausgegeben, auf die der Master reagieren kann. Es existiert ein Satz von Safety Parametern (Objekt 101 h ). Die SRDO COB-ID kann beliebig enabled oder disabled werden. Voraussetzung für einen sicherheitsrelevanten Betrieb ist ein fehlersicherer Master. Der fehlersichere Master wertet die redundanten Messwerte aus. Bei unzulässigen Differenzen oder bei Ausbleiben der Messwerte muss der Master so reagieren, dass Gefahrenzustände verhindert werden. Interface nach folgenden Spezifikationen CiA DS01 CiA DS0 CiA DS05 CiA DS10 IEC CANopen Application Layer and Communication Profile, Version.1 CANopen Framework for safety-relevant communication, Version CANopen - Layer Setting Sevices and Protocol (LSS) CANopen - Device Profile for Inclinometers, Version 1.2 Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/programmierbarer elektronischer Systeme. TWK-ELEKTRONIK GmbH PB D-001 Düsseldorf Tel.: 9/211/ Fax: 9/211/ info@twk.de

2 Umgebungsdaten Arbeitstemperaturbereich: - 0 C C Lagertemperaturbereich: - 20 C C (bedingt durch Verpackung) Widerstandsfähigkeit o gegen Schock: o gegen Vibration: Schutzart: IP 67 IP 69K Masse: Elektrische Daten 500 m/s²; 11 ms DIN EN m/s²; Hz DIN EN ca. 0, kg (Aluminium) ca. 0,65 kg (Edelstahl) Sensorsystem: MEMS Beschleunigungssensor Betriebsspannung: 11 bis 6 VDC Anzahl Messachsen: 1 oder 2 wählbarer Messbereich: ± 5 bis ± 90 Auflösung: 0,01 Leistungsaufnahme: < 1 W Absolutgenauigkeiten: ± 0,5 optional: < ± 0,15 bei Messwinkeln bis max. ± 15 bei Raumtemperatur bzw. ± 0,25 bei Messwinkeln bis max. ± 15 von T = -10 C C Wiederholgenauigkeit: ± 0,05 Rauschen: ± 0,05 Gleichlaufüberwachung der Systeme: intern realisiert Signalverlauf: steigende Werte bei CCW, Reaktionszeit: 1 s (für 70 % des aktuellen Endwertes) * Temperaturdrift: 0,005 /K EMV-Normen: EN (ESD) EN (Burst) EN () (Emission) Übertragungsrate: 1 MBaud Ausgabecode: Binär CAN Interface: nach ISO/DIS Adress- und Baudrateneinstellung: über SDO/LSS Abschlusswiderstand: separat zu realisieren Max. Übertragungslänge: 200 m ** * Kürzere Reaktionszeiten in Vorbereitung / parametrierbar ** Keine galvanische Trennung zwischen Versorgungsspannung und Busleitungen (siehe auch CiA DS01). Hinweis Der Neigungssensor hat eine dynamische, arithmetische Mittelung der Messwerte implementiert. Dadurch ergibt sich eine Tiefpasswirkung. Bei sprunghafter Änderung des Messwinkels sind nach ca. 1 Sekunden 70 % des Endwertes erreicht. Bei linearer Änderung des Messwinkels folgt das zugehörige Ausgangssignal mit ca. 0,8 Sekunden Verzögerung. Busanschaltung nach ISO/DIS CAN * CAN-Bus * CANopen- Teilnehmer Die Aufbaurichtlinie CiA Draft Recommendation 0 CANopen Additional specification Part 1: Cabling and connector pin assignment ist bei der Installation zu beachten. CANopen Features Sensoren NKN 55 NBN 65 *120 Ω Abschlusswiderstand NMT Master: no NMT-Slave: yes Maximum Boot up: no Minimum Boot up: yes COB ID Distribution: Default, SDO Node ID Distribution: via Index 2000 oder LSS No of PDOs: 2 Tx / Node PDO-Modes: sync, async, cyclic, acyclic Variables PDO-Mapping: no Emergency Message: yes Heartbeat: yes No. of SDOs: 1 Rx / 1 Tx Device Profiles: CiA DSP 10 Version 1.2 CiA DSP 0 Version Baudrate, werkseitig: 20 kbaud Node ID, werkseitig: 1 CAN Im Anwenderhandbuch NBN 1229 (CANopen Safety SIL2) werden die Details der Profile ausführlich beschrieben. Datenformat CANopen Safety, SIL2 (Safety Relevant Data Object SRDO) Es werden auf dem SRDO drei Achsen aus den Objekten 6010 h, 6020 h und 600 h (x, y und z) ausgegeben, wobei maximal 2 Achsen mit Messwerten belegt sind (sonst 0). Die Auflösung beträgt 0,01 pro Digit. Data Byte 0 Data Byte 1 Data Byte 2 Data Byte Data Byte Data Byte LSB MSB LSB MSB LSB MSB Angle x-axis Angle y-axis Angle z-axis Data Byte 0 Data Byte 1 Data Byte 2 Data Byte Data Byte Data Byte LSB MSB LSB MSB LSB MSB Angle x-axis inverted Angle y-axis inverted Angle z-axis inverted NBN 1205 GD / Seite 2

3 Ausgangspegel nach ISO/DIS Prinzipschaltbild NXN 5 MEMS 1),5 CAN 2 Buspegel / V 1 2,5 1,5 Accelerometer Controller UART Accelerometer Controller 0 rezessiv dominant rezessiv t CAN Controller CAN Controller 1) bei Common-Modus-Spannung = 0 V PCA 82C251 Parametrierparameter ** Parameter Funktion Auflösung 0,01 / 0,1 Signalverlauf CW / CCW Preset Skalierung Im Bereich von ± 5 abweichend vom Istwert Ein / Aus - Vs CAN GND CAN IN/ Stecker Vs OUT/ Buchse Option: 2. Anschluss Anm.: Bei galvanischer Trennung des CANopen Bus fällt die Verbindung zwischen -U B (= -V S ) und CAN-GND weg. - Vs CAN GND CAN Vs * Bezogen auf die bei der Bestellung ausgewählten Messachsen. ** Diese Parameter sind als 'read only' definiert (Werksprogrammierstatus) Kennlinie Beispiel: ± 90 ^= 2 x 9000 Inkremente bei Auflösung 0,01. Datenformat: Signed 16 Bit. Ausgabewert hex h FFFF h -5 h h EE6C h DCD8 h Schritte Messwinkel in Hinweise Das Anwenderhandbuch NBN 1229 und die EDS-Datei sind unter verfügbar, auf Wunsch auf CD. Bezugsquelle für aufgeführte CANopen-Spezifikationen: CAN in Automation (CiA), Kontumazgarten, 9029 Nürnberg ( headquarters@can-cia.org, Lieferbare Ausführungen (siehe Bestellbezeichnungen auf Seite ) Profile - CANopen Profil S2: Redundantes Messsystem mit CANopen Safety Profil nach CiA, DS 0 Version CANopen Profil S: SIL2 zertifiziertes redundantes Messsystem mit CANopen Safety Profil nach CiA, DS 0 Version Elektrische Anbindung bei einfachem und redundantem System - ein Stecker oder ein Kabel - Stecker/Buchse Kombination oder zwei Kabel, jeweils um den CANopen Bus und die Spannungsversorgung durchzuschleifen. NBN 1205 GD / Seite

4 Bestellbezeichnung Gehäuse Bitte tragen Sie die Einbaulage " 1...6" in die Bestellbezeichnung ein. Eine Beschreibung folgt auf Seite 7. NBN 65 - A 90 / 25 / 0 S2-1- S 1 N 01 Elektrische und mechanische Varianten* 50 = Anschluss über Stecker M12, 5-polig N = CANopen 1: Anschluss einfach 2: Anschluss doppelt Elektrische Anschlüsse** S = Gerätestecker M12 K = Kabel 1 m Einbaulage (Siehe Seite 7) Profile: S2 = redundantes System, CANopen Safety Profil nach CiA, DS 0 Version S = SIL2 zertifiziert Messbereiche: z: ± 0 y: ± 25 x: ± 90 wählbar von ± 5 bis ± 90 in 5 -Schritten (Siehe Erläuterung auf Seite 7) Gehäusematerial ** A = Aluminium AlMgSi1 S = Edelstahl 1.05 oder Bauform o 65 mm Modellreihe: NBN mit CANopen-Interface * Die Grundausführungen laut Datenblatt tragen die Nummer 01. Abweichungen werden mit einer Varianten-Nummer gekennzeichnet und werkseitig dokumentiert. Variante 50: elektrischer Anschluss über M12, 5-polig (statt 8-polig). Elektrische Anschlüsse Über 1 Stecker M12 oder über Stecker und Buchse M12 (jeweils 8-polig, optional 5-polig = Variante 50 in Bestellbezeichnung des NBN65) oder über 1 oder 2 Kabel. Elektrischer Anschluss am Gegenstecker (Blick auf die Klemm- oder Lötseite) Stecker: (Pin) 5-polig Buchse: (Socket) 5-polig Die genaue Kontaktbelegung von Stecker/Buchse ist der Anschlussbelegung, die jedem Gerät beigelegt ist, zu entnehmen. Zubehör (getrennt zu bestellen): Gegenstecker (EMV) STK5GP90 (M12, Stecker (Pin), 5-polig) Gegenstecker (EMV) STK5GS56 (M12, Buchse (Socket), 5-polig) Gegenstecker STK8GP76 (M12, Stecker (Pin), 8-polig) Gegenstecker (EMV) STK8GS5 (M12, Buchse (Socket), 8-polig) Stecker: (Pin) 8-polig Buchse: (Socket) 8-polig ** Aluminium-Gehäuse mit Stecker M12, Edelstahlgehäuse vorzugsweise mit Kabel 1m und D-Sub-Stecker ohne Haube (für Prüfzwecke). NBN 1205 GD / Seite

5 Mechanische Anschlüsse Gehäuse Über Befestigungslöcher in Rund- oder Langlochausführung für M5 Schrauben. Über die Langlöcher ist der Neigungssensor bis ca. ± 7,5 mechanisch justierbar. Befestigungselemente gehören nicht zum Lieferumfang. Bei der Ausführung mit Stecker/Buchse oder mit zwei Kabel entfällt der Blindstopfen. Auch 5-polige Anschlussstecker möglich. Maße in mm Sensorstecker M12 8polig, Stifte Blindstopfen q ,5 2 ±0,1 66 0,5 100 ±0, ±0,1 52 ±0,1 5, 5, ,5 5, 15 NBN 1205 GD / Seite 5

6 Einbaulagen und Messachsenzuordnung, Gehäuse Die Einbaulage des 1- oder 2-achsigen Neigungssensors ist bei der Zuordnung bzw. Auswahl der Messachsen zu berücksichtigen. Die unten angegebenen Einbaulagen definieren die Messachsen und die Messbereichsmitte für x, y und z. In der Bestellbezeichnung des NBN65 muss angegeben werden, welche der Gehäuseflächen 1 bis 6 nach oben weisen soll (siehe Bild rechts). Die Einbaulage ist an jedem Gerät eindeutig gekennzeichnet (''). Diese Fläche muß nach oben weisen. Hier sind die Beispielmesswinkel x = ± 90, y = ± 25 und z = ± 15 angenommen, wobei max. 2 der Achsen gleichzeitig wählbar sind. Signalverlauf: Die Vorzeichen in den Abbildungen unten geben bei der Einstellung CW an, in welchem Drehsinn bei der Neigungsmessung die Ausgabewerte positiv ansteigen. Bei Einstellung CCW ist es entsprechend umgekehrt. Z Y X 1: Oberseite 2: Rückseite : Unterseite : Steckerseite 5: Seite links 6: Seite rechts Einbaulage 1 für x- bzw. y-achse: Fläche 1 oben: Sensor liegend, Montageplatte unten Y Bestellbezeichnung:...0/25/ Bei Neigung über die lange Gehäuseseite ist die Messachse die y-achse. z.b. NBN 65 - A xx / yy / zz S2-5 - S 2 N 50 : 5 X Bestellbezeichnung:...90/0/ Bei Neigung über die kurze Gehäuseseite ist die Messachse die x-achse. Bestellbezeichnung:...90/25/ Bei Neigung in beiden Ebenen sind die Messachsen x und y. Einbaulage 2 für z-achse: Fläche 2 oben: Sensor stehend, Anschluss unten Z Bestellbezeichnung:...0/0/ Bei Neigung über die kurze Gehäuseseite ist die Messachse die z-achse. Weitere Beispiele für Einbaulagen X Einbaulage 2 bezüglich x- Achse: Fläche 2 oben: Sensor stehend, Anschluss unten: z.b....90/0/ Weitere Einbaulagen sind ebenfalls möglich. Auch entsprechende Kombinationen von bis zu zwei Achsen. Y X Y Einbaulage bezüglich x- und y-achse: Fläche oben: Sensor hängend: z.b....90/25/ Einbaulage 5 bezüglich y- Achse: Fläche 5 oben: Sensor seitlich stehend: z.b....0/25/ NBN 1205 GD / Seite 6