C-DIAS-Analog-Eingangsmodul CAI 042 4 x DMS Messbrücken 2 mv / V Das eichfähige DMS-Modul CAI 042 wird zur Auswertung von Widerstandsmessbrücken (z.b. DMS Wiegezellen) verwendet. Bei einer 18 Bit Auflösung stehen die Messwerte mit einer Genauigkeit von ±0,01 % zur Verfügung. Technische Daten Analogkanalspezifikation Anzahl der Kanäle 1, 2 oder 4 Wiegezellenkennwert Messbereich Messwert Auflösung Wandlungszeit für alle Kanäle Speisespannung der Brücke Maximale Belastung der Speisespannung (gesamte Karte) Maximale Bürde pro Kanal (Verwendung aller 4 Kanäle) Zulässige Bürde (Parallelschaltung aller Messbrücken) Analogkanalmessgenauigkeit 2 mv / V 20 mv ±105000 d Intern 24 Bit (auf den Messwert bezogen 18 Bit) 14 ms / 4 Kanalbetrieb 8 ms / 2 Kanalbetrieb 4 ms / 1 Kanalbetrieb +10 V 135 ma 300 Ohm bis 5000 Ohm 75 Ohm bis 5000 Ohm ±0,01 % vom maximalen Messwert (bei einer Umgebungstemperatur von 0 +40 C) 02.08.2011 Seite 1 c
Anzahl der Filter pro Kanal Eichfähig Serielle Schnittstelle 2 (1. fix, 2. 4-stufig einstellbar) Ja Auswertung mit Hyperterminal möglich Um die maximale Belastung der Referenzspannung nicht zu überschreiten, dürfen maximal 4 Messbrücken mit der angegebenen minimalen Bürde von 300 Ohm an das CAI 042 angeschlossen werden. Hierbei ist es egal, ob 4 Messbrücken parallel auf einem Kanal angeschlossen sind oder auf jedem Kanal eine Messbrücke angeschlossen ist. Sprungantwort des Analog- und Digitalfilters (20 mv Sprung) 100000 80000 Filterausgang [dezimal] 60000 40000 20000 Filter 2-1 Filter 2-2 Filter 2-3 Filter 2-4 Filter 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Samples [n] Elektrische Anforderungen Versorgung vom C-DIAS-Bus +5 V u. +24 V Stromaufnahme am C-DIAS-Bus (+5 V-Versorgung) Stromaufnahme am C-DIAS-Bus (+24 V-Versorgung) Typisch 50 ma Typisch 200 ma Maximal 70 ma Maximal 250 ma Seite 2 c 02.08.2011
WICHTIG: Dieses Modul überschreitet die Standardstromaufnahme für C-DIAS-Module! (+5 V: 150 ma und +24 V: 150 ma) Falls dieses C-DIAS-Modul auf einem 8-fach Modulträger (CMB 08x) eingesetzt wird, müssen die Summenströme der verwendeten C-DIAS-Module ermittelt und überprüft werden. Die Angabe der Stromaufnahme findet man in der modulspezifischen technischen Dokumentation unter Elektrische Anforderungen. Der Summenstrom der +5 V-Versorgung darf 1,2 A (150 ma / Steckplatz) nicht überschreiten. Dies gilt auch für den Summenstrom der +24 V-Versorgung, der ebenfalls 1,2 A (150 ma / Steckplatz) nicht überschreiten darf. Sonstiges Artikelnummer 12-009-042 Hardwareversion 1.x Normung UL (E247993) Umgebungsbedingungen Lagertemperatur -20 +85 C Betriebstemperatur 0 +60 C Luftfeuchtigkeit EMV-Festigkeit 0 95 %, nicht kondensierend Nach EN 61000-6-2 (Industriebereich) Schockfestigkeit EN 60068-2-27 150 m/s² Schutzart EN 60529 IP 20 02.08.2011 Seite 3 a
Mechanische Abmessungen 104,10 (Bemaßung inkl.auflagen) 109,2 129 24,90 Seite 4 02.08.2011
Anschlussbelegung 02.08.2011 Seite 5 c
X1: Messbrücke 1 Pin Funktion 1 Signaleingang 1-2 Signaleingang 1+ 3 Referenzeingang 1-4 Referenzeingang 1+ 5 Referenzausgang 1- (GND) 6 Referenzausgang 1+ 7 Referenzausgang 1- (GND) 8 Referenzausgang 1+ 9 Erdungsanschluss 1 (Schirm) 10 Erdungsanschluss 1 (Schirm) X2: Messbrücke 2 Pin Funktion 1 Signaleingang 2-2 Signaleingang 2+ 3 Referenzeingang 2-4 Referenzeingang 2+ 5 Referenzausgang 2- (GND) 6 Referenzausgang 2+ 7 Referenzausgang 2- (GND) 8 Referenzausgang 2+ 9 Erdungsanschluss 2 (Schirm) 10 Erdungsanschluss 2 (Schirm) X3: Messbrücke 3 Pin Funktion 1 Signaleingang 3-2 Signaleingang 3+ 3 Referenzeingang 3-4 Referenzeingang 3+ 5 Referenzausgang 3- (GND) 6 Referenzausgang 3+ 7 Referenzausgang 3- (GND) 8 Referenzausgang 3+ 9 Erdungsanschluss 3 (Schirm) 10 Erdungsanschluss 3 (Schirm) Seite 6 a 02.08.2011
X4: Messbrücke 4 Pin Funktion 1 Signaleingang 4-2 Signaleingang 4+ 3 Referenzeingang 4-4 Referenzeingang 4+ 5 Referenzausgang 4- (GND) 6 Referenzausgang 4+ 7 Referenzausgang 4- (GND) 8 Referenzausgang 4+ 9 Erdungsanschluss 4 (Schirm) 10 Erdungsanschluss 4 (Schirm) X5: Serielle Schnittstelle Pin Funktion 1 +5 V 2 Rx / TTL 3 Tx / TTL 4-5 GND 6 - Die Signale der seriellen Schnittstelle sind TTL-Signale. Zum Anschluss der seriellen Schnittstelle an eine RS232-Schnittstelle wird ein TTL/RS232-Umsetzer benötigt. Zu verwendende Steckverbinder X1 X4: 10-pol. Weidmüller Stecker B2L3,5/10 X5: 6-pol. Buchsenleiste RM2,54 (nicht im Steckerset CKL 045 enthalten!) Das komplette C-Dias Steckerset CKL 045 mit Federzugklemmen ist bei Sigmatek unter der Artikelnummer 12-600-045 erhältlich. 02.08.2011 Seite 7 b
Statusanzeigen LED Nr. LED Farbe Bedeutung 1 grün DC OK (Modul in Betrieb) 2 grün DATA (Wandlung aktiv) Seite 8 02.08.2011
Verdrahtungshinweise Allgemein Der 0 V-Anschluss der Versorgungsspannung muss auf kürzestem Weg zum 0 V-Sammelpunkt geführt werden. Leitungsverlegung und Kabelschirmung Die vom Modul erfassbaren Signale sind im Vergleich zu den digitalen Signalen sehr klein. Um die einwandfreie Funktion zu gewährleisten, ist eine sorgfältige Leitungsführung unbedingt einzuhalten. Die Verbindungsleitungen zu den analogen Eingängen müssen so kurz wie möglich und unter Vermeidung von Parallelführung zu digitalen Signalleitungen geführt werden. Die Signalleitungen sollten geschirmt, zumindest jedoch verdrillt geführt werden (Schirmanbindung siehe Abbildung). 02.08.2011 Seite 9
Anschlussvarianten Bei der Messung mit Dehnmessstreifen sind zwei Anschlussarten möglich: 4-Drahtmessung: Der Vorteil bei dieser Variante besteht darin, dass ein 4-poliges Verbindungskabel zum DMS verwendet werden kann. Der Spannungsabfall an der Leitung für die Brückenspeisespannung kann jedoch nicht kompensiert werden. R Leitung Weidmüller Stecker Verbindungsbügel DMS-Messbrücke Schirmung R Leitung 6-Drahtmessung: Hier obliegt der Vorteil der Spannungskompensation mittels Messung der Brückenversorgungsspannung direkt am DMS. R Leitung Weidmüller Stecker DMS-Messbrücke Schirmung R Leitung Seite 10 02.08.2011
Auswertung der seriellen Schnittstelle mit Hyper-Terminal Einstellungen: Baudrate: 115,2k Datenbits: 8 Parität: Keine Stoppbits: 1 Flusssteuerung: Keine Zähler: Filter 1: Zeigt an, wie oft Messwerte auf die serielle Schnittstelle geschrieben wurden. Die Messwerte werden im Intervall von ca. 13 ms aktualisiert. Nach jedem Reset wird der Zählerstand zurückgesetzt. Dieser Wert entspricht dem gefilterten Messwert der Spannung an der Widerstandsmessbrücke mit 18-Bit-Auflösung. Filterfrequenz: f g = f Samp / 96 02.08.2011 Seite 11
Filter 2: Dieser Wert entspricht dem gefilterten Messwert der Spannung an der Widerstandsmessbrücke mit 18-Bit-Auflösung. Filterfrequenz: f g = f Samp / x; x...[8, 16, 32, 64] Die Einstellung der Filterfrequenz für Filter 2 erfolgt mit dem Konfigurationsregister des jeweiligen Kanals. Die Beschreibung des Konfigurationsregisters finden sie unter Konfiguration für Kanal x CFGRx. Seite 12 02.08.2011
Beschreibung der Kommunikation (C-DIAS) Über den C-Dias-Bus können die Betriebsparameter und Daten gelesen bzw. geschrieben werden. Es können 256 Adressen mit 8 Bit angesprochen werden. Der Datentransfer ist in 2 Gruppen von Register eingeteilt. Status-, Befehls- und Konfigurationsregister. Datenregister Hinweis: Register, die nachstehend nicht angeführt sind dürfen nicht verwendet werden, da sie vom CAI 042 intern verwendet werden. Über das eingebaute serielle EEProm (LASAL-EEProm) können Daten über die Hardware, wie z.b. Seriennummer, gelesen werden. Status-, Befehls- und Konfigurationsregister Diese Register können direkt angesprochen werden. Datenregister Um einen Buskonflikt zwischen Controller und C-Dias-Bus bei der Übertragung von 32 Bit Daten zu vermeiden, werden die Daten in 2 Pages gespeichert. Ein Flag im STARTUSR zeigt immer auf die Page mit den aktuellsten Werten. Ablauf für das Auslesen der Daten vom C-Dias-Bus Die Steuerung liest das PAGE Bit im STATUSR aus. Ist dieses Bit gelöscht, stehen die aktuellen Daten in der PAGE0. Ist das Bit gesetzt, stehen die aktuellen Daten in der PAGE1. Die Daten können von der aktuellen Page gelesen werden. Ablauf für das Beschreiben der Daten vom µc der CAI 042 Der µc liest das PAGE Bit im STATUSR aus. Ist dieses Bit gelöscht, schreibt er die Daten in die PAGE1. Ist dieses Bit gesetzt, schreibt er die Daten in die PAGE0. Anschließend invertiert er das PAGE Bit. 02.08.2011 Seite 13
Schematischer Ablauf der Kommunikation über den C-DIAS-Bus Daten werden aus PAGE0 gelesen 0 PAGE Bit in STATUSR Steuerung liest Page kennzeichnung µc der CAI042 Datenregister PAGE0 Steuerung liest aus PAGE0 C-DIAS Modul schreibt in PAGE1 Datenregister PAGE1 Seite 14 02.08.2011
Daten werden aus PAGE1 gelesen 1 PAGE Bit in STATUSR Steuerung liest Page kennzeichnung µc der CAI042 Modul schreibt in PAGE0 Datenregister PAGE0 C-DIAS Datenregister PAGE1 Steuerung liest aus PAGE1 02.08.2011 Seite 15
Registerbeschreibung der Kommunikation über den C-Dias-Bus Registerübersicht Register Beschreibung Adresse STATUSR Modulstatus (Fehlermeldungen, Betriebsstatus) 0x00 CMDR Befehlsregister (Einstellung der Betriebsmodi) 0x01 CFG Globales Konfigurationsregister 0x02 VER Version der Firmware 0x04 0x06 CFGR1 Konfiguration für Kanal 1 0x10 CFGR2 Konfiguration für Kanal 2 0x11 CFGR3 Konfiguration für Kanal 3 0x12 CFGR4 Konfiguration für Kanal 4 0x13 SR1 Fehlerstatus für Kanal 1 0x18 SR2 Fehlerstatus für Kanal 2 0x19 SR3 Fehlerstatus für Kanal 3 0x1A SR4 Fehlerstatus für Kanal 4 0x1B DATA1_P0_F1 Daten für den Kanal 1, die Page 0 und den Filter 1 0x20 0x23 DATA1_P0_F2 Daten für den Kanal 1, die Page 0 und den Filter 2 0x24 0x27 DATA2_P0_F1 Daten für den Kanal 2, die Page 0 und den Filter 1 0x28 0x2B DATA2_P0_F2 Daten für den Kanal 2, die Page 0 und den Filter 2 0x2C 0x2F DATA3_P0_F1 Daten für den Kanal 3, die Page 0 und den Filter 1 0x30 0x33 DATA3_P0_F2 Daten für den Kanal 3, die Page 0 und den Filter 2 0x34 0x37 DATA4_P0_F1 Daten für den Kanal 4, die Page 0 und den Filter 1 0x38 0x3B DATA4_P0_F2 Daten für den Kanal 4, die Page 0 und den Filter 2 0x3C 0x3F DATA1_P1_F1 Daten für den Kanal 1, die Page 1 und den Filter 1 0x40 0x43 DATA1_P1_F2 Daten für den Kanal 1, die Page 1 und den Filter 2 0x44 0x47 DATA2_P1_F1 Daten für den Kanal 2, die Page 1 und den Filter 1 0x48 0x4B DATA2_P1_F2 Daten für den Kanal 2, die Page 1 und den Filter 2 0x4C 0x4F DATA3_P1_F1 Daten für den Kanal 3, die Page 1 und den Filter 1 0x50 0x53 DATA3_P1_F2 Daten für den Kanal 3, die Page 1 und den Filter 2 0x54 0x57 DATA4_P1_F1 Daten für den Kanal 4, die Page 1 und den Filter 1 0x58 0x5B DATA4_P1_F2 Daten für den Kanal 4, die Page 1 und den Filter 2 0x5C 0x5F Seite 16 02.08.2011
Statusregister STATUSR Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 STAUSR MOD3 MOD2 MOD1 MOD0 ERR - - PAGE R/W R R R R R R R R Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0 BIT 7 MOD3: Modus Bit 3 Siehe Tabelle Modusbits. BIT 6 MOD2: Modus Bit 2 Siehe Tabelle Modusbits. BIT 5 MOD1: Modus Bit 1 Siehe Tabelle Modusbits. BIT 4 MOD0: Modus Bit 0 Siehe Tabelle Modusbits. BIT 3 ERR: Error Bit Wenn dieses Bit gesetzt ist, ist ein Fehler aufgetreten. Es sollen die Fehlerregister geprüft werden. BIT 0 PAGE: Page Ist dieses Bit gelöscht, sind die letzten gültigen Daten im Adressbereich 0x20 bis 0x3F gespeichert. Ist dieses Bit gesetzt, sind die letzten gültigen Daten im Adressbereich 0x40 bis 0x5F gespeichert. Dieses Flag ist nur in Verbindung mit dem RDY Bit gültig. Tabelle Modus Bits MOD3 MOD2 MOD1 MOD0 Bedeutung 0 0 0 0 Aufwärmphase 0 0 0 1 Betriebsmodus Das Modul ist in der Aufwärmphase. Es stehen noch keine gültigen Daten in den Datenregistern. Es können keine Befehle mit Ausnahme des Konfigurationsmodus gesendet werden. Das Modul ist im Betriebsmodus. Es stehen gültige Daten in den Datenregistern. 02.08.2011 Seite 17
Befehlsregister - CMDR Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 CMDR CMDR[7..0] R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0 Befehlsregister für die Steuerung des Moduls. Nach der Ausführung des Befehles wird der Wert durch das Modul auf 0 gesetzt. Tabelle der Befehle Wert 0x01 0x02 Befehl Normalbetrieb (Aufwärmphase überspringen) Konfiguration übernehmen und speichern Globales Konfigurationsregister CFG Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 CFG CHAN1 CHAN0 R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W R/W Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0 Globale Konfiguration des CAI042 BIT1 CHAN1 Kanalkonfigurationsbit BIT0 CHAN0 Kanalkonfigurationsbit Mit den Bits CHAN1:CHAN0 kann zwischen 1 Kanal, 2 Kanal und 4 Kanalbetrieb umgeschalten werden. Je nach Einstellung ändern sich die Wandlungszeiten. CHAN1 CHAN0 Anzahl der Kanäle (aktive Kanäle) Wandlungszeit für alle Kanäle 0 0 1 (Stecker X1) 4 msec. 0 1 2 (Stecker X1 & X2) 8 msec. 1 0 4 (Stecker X1, X2, X3 & X4) 14 msec. Seite 18 a 02.08.2011
VER Versionsregister Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 VER0 VER1 VER2 VER[7..0] VER[15..8] VER[23..16] R/W R R R R R R R R Versionsnummern der Firmware: VER[7..0] Revisionsnummer (binär) VER[15..8] Unterversionsnummer (binär) VER[24..16] Hauptversionsnummer (binär) Beispiel: VER2 VER1 VER0 Version 1 9 14 V01.09.14 Konfigurationsregister für Kanal x CFGRx Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 CFGRx EN - - - - - FIL1 FIL0 R/W Initial Value 1 0 0 0 0 0 0 0 x...[1..4] BIT7-EN: Enable Ist dieses Bit gesetzt, ist der Kanal aktiviert. Ist dieses Bit gelöscht, ist der Kanal deaktiviert. BIT1-FIL1: Filterauswahl für Filter 2 Siehe Filtertabelle BIT0-FIL0: Filterauswahl für Filter 2 Siehe Filtertabelle 02.08.2011 Seite 19
Filtertabelle FIL1 FIL0 Filterfrequenz für Filter 2 0 0 f g = f Samp / 8 Filter 2-1 0 1 f g = f Samp / 16 Filter 2-2 1 0 f g = f Samp / 32 Filter 2-3 1 1 f g = f Samp / 64 Filter 2-4 Der Filter 1 (fix eingestellter Filter) verfügt über eine Filterfrequenz von f g = f Samp / 96. Statusregister für Kanal x SRx Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 SRx - - - - - - - SIGOF R/W R R R Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0 x... [1..4] BIT 0 SIGOV: Signal Overflow Ist dieses Bit gesetzt, ist der Messwert des Signaleinganges zu hoch. Ist dieses Bit gelöscht, ist der Messwert des Signaleinganges in Ordnung. Datenregister - DATAx_Py Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 DATAx_Py_Fz DATAx_Py_Fz [7..0] DATAx_Py_Fz DATAx_Py_Fz [15..8] DATAx_Py_Fz DATAx_Py_Fz [23..16] DATAx_Py_Fz DATAx_Py_Fz [31..24] R/W R R R R R R R R Initial Value 0 0 0 0 0 0 0 0 x... [1 4], y... [0, 1], z... [1, 2] 32 Bit Datenregister für den Kanal x, der Page y und den Filter z. Seite 20 02.08.2011
Beschreibung der DATEN im LASAL-EEProm Abgleichdaten CAI042 (24C02 ist byteweise organisiert): Adresse Daten Beschreibung $00 $xx Checksumme $01 123 Kennung $02 5 Modulgruppe 5=CAI $03 4 Modulversion 4=CAI042 $04 4 Kanalanzahl $05 10 Hardwareversion $10=HW 1.0 $06-$3F 0 FILL $10 Seriennummer AI-Abgleichdaten $40 $xxxx Checksumme $42 12345 Kennung $44 9 Länge des nachstehenden Datenblockes in WORD $46 4 Anzahl der Kanäle $48-$57 xxxxxx Seriennummer als 16 Byte String z.b.: 31333_01_0019 $58-$AF 0 FILL $B0-$B3 xxx* Head1 (CalibrateCounter) $B4-$B7 xxx* Head1 (ZeroLevel) $B8-$BB xxx* Head1 (CalibrateLevel) $BC-$BF xxx* Head1 (CalibrateWeight) $C0-$C3 xxx* Head1 (MaxWeight) $C4-$D7 xxx* Head2 (Aufteilung gleich wie Head1) $D8-$EB xxx* Head3 (Aufteilung gleich wie Head1) $EC-$FF xxx* Head4 (Aufteilung gleich wie Head1) * Kundenspezifische Daten (sind für den Betrieb des Moduls nicht notwendig). 02.08.2011 Seite 21 a
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