Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken Ingelfingen, 11.01.2016 Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 1
Einleitung Wozu dient dieser Leitfaden? Alle auf Bürkert s Geräteplattform EDIP basierenden Produkte verfügen über einen Feldbusanschluss dessen Kommunikationsprotokoll auf CANopen basiert (büs). Dieser erlaubt den Geräten untereinander Daten auszutauschen. Die notwendige Verkabelung beruht auf den Spezifikationen von CANopen. Die Schritte zur Auslegung der Verkabelung werden in den folgenden Absätzen vorgestellt. Wer kann damit arbeiten? Dieser Leitfaden richtet sich an all diejenigen, welche die büs-netzwerke entwerfen, aufbauen und überprüfen. Bei den Angaben in diesem Leitfaden wurde auf eine ausreichende Sicherheit geachtet, damit möglichst viele Fälle damit abgedeckt werden können. Bitte kontaktieren Sie uns für abweichende Anforderungen. Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 2
Inhaltsverzeichnis 1. Wie wird ein büs-netzwerk aufgebaut? 4 2. Sind Abzweigungen möglich? 6 3. Wie versorgt man büs-geräte mit Spannung? 7 3.1 Einspeisung der Spannung 7 3.2 Spannungsabfall im Kabel 8 3.3 Sicherstellen der Kommunikation 10 4 Was ist noch zu beachten? 11 4.1 Abschlusswiderstand 11 4.2 Schirm 11 4.3 Diagnoseanschluss 11 5. Netzwerkplanung 12 6. Zubehörliste 13 7. Kontakt 14 Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 3
1. Wie wird ein büs-netzwerk aufgebaut? Die Geräte werden in Linie miteinander verbunden. Das bedeutet, dass ein Kabel von einem Gerät direkt zum nächsten Gerät weitergeführt wird. Eine Verdrahtung als Sternstruktur oder Ringstruktur ist nicht erlaubt. In der unten aufgeführten Darstellung werden die Unterschiede verdeutlicht. Folie 1 Folie 2 Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 4
Als Steckverbinder werden M12 und steckbare Klemmblöcke eingesetzt. Bei büs-geräten mit Klemmblock werden die Gegenstücke beigelegt. Die Steckrichtung folgt dem Muster: ankommend Buchse, dann abgehend Stecker. Die Standardbelegung der Steckverbinder ist folgend dargestellt. Bitte beachten Sie die Angaben in den jeweiligen Datenblättern der Geräte. Pin M12 (A-Kodierung) Klemmblock 1 (Schirm) GND 2 24 V CAN-Low 3 GND (Schirm) 4 CAN-High CAN-High 5 CAN-Low 24 V Als Kabel können CANopen-, DeviceNet- oder büs-kabel verwendet werden. büs-kabel sind von Bürkert spezifizierte Kabel, welche sich an die CANopen- Spezifikationen anlehnen. Sie besitzen eine höhere Stromtragfähigkeit zur Versorgung der Geräte. Die Länge des Netzwerkes ist theoretisch auf 100 m und die Anzahl der Teilnehmer auf 128 Teilnehmer beschränkt. In der Praxis empfehlen wir eine Begrenzung auf eine Länge von 40 m*. *Bei größeren Distanzen Rücksprache mit ihrem Außendienst Mitarbeiter-/in Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 5
2. Sind Abzweigungen möglich? Eine Linienstruktur kann nicht immer exakt eingehalten werden. Kleinere Abzweige als Stich von der Linie sind möglich. Dabei darf jeder Stich maximal 5 m lang sein. Die Summe aller Stichlängen darf 25 m nicht überschreiten. Für Abzweigungen können zum Beispiel Y-Verteiler verwendet werden. Diese Verteiler haben immer einen Stecker und zwei Buchsen. Folie 3 Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 6
3. Wie versorgt man büs-geräte mit Spannung? Das Netzwerkkabel dient gleichzeitig der Kommunikation und der Energieversorgung der Geräte. Als Nominalspannung wird 24 V verwendet. Dabei unterscheiden sich die Geräte in ihren Leistungsanforderungen und den akzeptieren Spannungsschwankungen (z.b. 10 % Restwelligkeit). 3.1 Einspeisung der Spannung Die Leistung aller Teilnehmer ist auf 100 W pro Leitungssegment begrenzt. Als Leitungssegment wird die Strecke von einer Spannungsquelle zu Verbrauchern bezeichnet. Manche Geräte bieten die Möglichkeit einer büsunabhängigen Versorgung. Diese Geräte müssen nicht mit betrachtet werden. Benötigen Teilnehmer in Summe eine höhere Leistung, kann das Leitungssegment getrennt und ein weiteres Segment, wiederum mit 100 W, eröffnet werden. Die Leistung von 100 W kann aber in den meisten Fällen durch Spannungsabfälle im Kabel nicht erreicht werden. Eine Methode zur Abschätzung wird folgend vorgestellt Folie 4 Eine Einspeisung der Spannungsversorgung in das büs-netz kann über M12- Steckverbinder erfolgen. Zur Trennung der Leistungssegmente bietet sich ein Y-Verteiler mit Unterbrechung der 24 V an. Dieser spezielle Y-Verteiler wird am letzten Gerät im Leistungssegment verwendet. Eine neue Einspeisung sollte entweder von der gleichen Spannungsversorgung oder durch galvanisch getrennte Netzteile erfolgen. Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 7
3.2 Spannungsabfall im Kabel Die Ströme im Kabel verursachen durch den Widerstand des Kabels Spannungsabfälle. Diese reduzieren die verfügbare Spannung der büs- Geräte. Es muss sichergestellt werden, dass die ankommende Versorgungsspannung an den Geräten ausreicht. Weiterhin darf die Restwelligkeit nicht überschritten werden. Mit Hilfe der folgenden Schritte kann die Einhaltung der Grenzen für büs-kabel abgeschätzt werden. 1. Bestimmen Sie die Geräte, welche über das büs-kabel versorgt werden. Geräte mit Fremdversorgung werden nicht betrachtet. 2. Addieren Sie die Leistungswerte aller Geräte. Die Datenblattwerte sind maximale Angaben und können je nach Gerätekonfiguration geringer ausfallen. 3. Überprüfen sie die erlaubte Restwelligkeit aller Geräte (siehe Datenblatt). Die geringste Restwelligkeit ist ausschlaggebend und wird in den Folgeschritten verwendet. Geräte mit Weiteingangsbereich (z.b. 18 V- 35 V) werden mit der Restwelligkeit von 20% angesetzt. 4. Überlegen Sie sich: Werden die Geräte ausgehend von einer Spanungsversorgung mit ungefähr gleichen Abständen im Netz versorgt? Oder liegen die Geräte am Ende des Kabels gebündelt? Folie 5 Für die folgende Abschätzung benötigen Sie die folgenden Werte: Summe der Leistung aller Geräte (Punkt 2) Geringste Restwelligkeit aller Geräte (Punkt 3) Gleichmäßige Verteilung der Geräte oder gebündelt an einem Ort? (Punkt 4) Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 8
5. Setzen Sie auf der horizontalen Achse des Koordinatensystems die Summe der Leistung an und suchen Sie den Schnittpunkt mit den Kurven. 6. Wählen Sie die relevante Kurve unter dem Gesichtspunkt der Anordnung und der Restwelligkeit. 7. An der linken Achse kann dann die verfügbare Kabellänge abgelesen werden (Beispiel im Diagramm: 20 W bei 10 % Restwelligkeit und Bündelung der Geräte ergeben eine verfügbare Kabellänge von 32 m). 8. Bei einer Mischung aus beiden Arten der Anordnung kann ein Wert zwischen den beiden Kurven verwendet werden. 9. Halbieren Sie den abgelesenen Wert bei Verwendung von CANopenoder DeviceNet-Kabel (bedingt durch geringeren Kabelquerschnitt im Verhältnis zu den Bürkert büs Kabeln). Es gibt mehrere Ansätze, wenn die ermittelte Kabellänge nicht genügt: Speisen Sie die Spannung in der Nähe der Geräte ein, statt über ein langes Kabel. Trennen Sie das Netz in weitere Leitungssegmente und speisen Sie neu ein. Legen Sie die Einspeisestelle mittig in ein Leitungssegment. Dadurch halbiert sich die Leitungslänge bis zum jeweils letzten Gerät im Leitungssegment. Achtung! Die Einspeisung darf 100W nicht überschreiten. Nutzen Sie büs-, statt CANopen-DeviceNet-Kabel. Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 9
3.3 Sicherstellen der Kommunikation Die Spannungsabfälle beeinflussen nicht nur die Versorgungsspannung, sondern auch die Kommunikation. Wenn die obigen Spannungsabfälle voll ausgenutzt werden, können nur begrenzt weitere Leitungssegmente mit neuen Einspeisungen hinzugenommen werden. Andernfalls werden die Spannungsunterschiede zwischen den Geräten zu groß und eine Kommunikation ist nicht mehr möglich. Als Faustregel können folgende Leitungssegmente kombiniert werden (siehe Tabelle). Versuchen Sie also insgesamt Spannungsabfälle zu minimieren, indem große Lasten nicht über lange Kabel versorgt werden. Speisen Sie möglichst in der Nähe großer Lasten ein. Kombination von Leitungssegmenten 1x 20 % Restwelligkeit 2x 10 % Restwelligkeit 1x 10 % Restwelligkeit und 3x 2 % Restwelligkeit 7x 2 % Restwelligkeit Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 10
4. Was ist noch zu beachten? 4.1 Abschlusswiderstand Jeweils am Anfang und Ende der Linienverdrahtung ist ein Abschlusswiderstand vorzusehen (120 Ω/ ¼ W zwischen Signalen CAN- High und CAN-Low). Diese Widerstände dienen dazu die Signalqualität sicherzustellen. Folie 6 4.2 Schirm Die Kabel verfügen über einen Schirm. Dieser muss einmalig im Netzwerk auf Funktionserde aufgelegt werden. Bei büs-geräten mit M12-Steckverbinder wird der Schirm im Gerät aufgelegt (geschützt gegen Ausgleichsströme). Bei Geräten mit Klemmblock gelten die Angaben in deren Bedienungsanleitungen. 4.3 Diagnoseanschluss Wir empfehlen in jedem büs-netzwerk einen separaten Anschluss zur Diagnose (bspw. mittels Y-Verteiler) vorzusehen. Mit Hilfe des büs-sticks und der Windows-Software Bürkert Communicator kann dann auf die Geräte zugegriffen werden (z.b. zum Auslesen und Darstellen von Prozesswerten) Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 11
5. Netzwerkplanung *Bei größeren Distanzen Rücksprache mit ihrem Außendienst Mitarbeiter-/in Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 12
6. Zubehörliste Nr. Name Bürkert-ID Anzahl 1 Y-Verteiler 772420 2 Y-Verteiler mit Unterbrechung 772421 3 Abschlusswiderstand, M12 Stecker 772424 4 Abschlusswiderstand, M12 Buchse 772425 5 Gender Changer, M12 Stecker-Stecker 772867 6 büs Kabel, M12 abgewinkelt (Litze auf Buchse), 0,7m 772626 7 büs Kabel (Litze auf M12 Busche), 1m 772409 8 büs Kabel (Litze auf M12 Buchse), 3m 772410 9 büs Kabel (Litze auf M12 Buchse), 5m 772411 10 büs Kabel (Litze auf M12 Buchse), 10m 772412 11 büs Kabeltrommel, 50m 772413 12 büs Kabeltrommel, 100m 772414 13 büs Verlängerungskabel, 0,1m 772492 14 büs Verlängerungskabel, 0,2m 772402 15 büs Verlängerungskabel, 0,5m 772403 16 büs Verlängerungskabel, 1m 772404 17 büs Verlängerungskabel, 3m 772405 18 büs Verlängerungskabel, 5m 772406 19 büs Verlängerungskabel, 10m 772407 20 büs Verlängerungskabel, 20m 772408 21 büs Stick Set 1 772426 22 büs Stick Set 2 (nur Stick mit Kabel) 772551 23 büs-service Kabel M12 auf micro-usb 773254 Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 13
7. Kontakt Bürkert Werke GmbH Christian-Bürkert-Straße 13-17 74653 Ingelfingen Germany T: +49 (0) 7940 10-0 F: +49 (0) 7940 10-91 204 info@burkert.com www.burkert.com Nandini Mungee Application Management Digital Communications T: +49 (0) 7940 10-96870 nandini.mungee@burkert.com www.burkert.com Werner Bennek Application Management Digital Communications T: +49 (0) 2373 96-8185 werner.bennek@burkert.com www.burkert.com Leitfaden zur Planung von büs-netzwerken 14