Produktbeschreibung

Mit EtherCAT-Schalt-Ausgangsklemmen verschiedener Schalttechnologie können systemintegriert einfach digitale oder analoge Signale durch das Öffnen und Schließen von elektrischen Verbindungen verteilt werden. Mitunter wird dieses Verfahren angewendet, wenn mehrere Sensorsignale aus Kostengründen bzw. zur Vereinfachung der Schaltungstechnik von einem zentralen Analogeingang ausgewertet werden sollen, d.h. eine 1:n-Schaltung. Die n Sensorleitungen werden dann in einem festgelegten Rhythmus nacheinander dem zentralen Analogeingang zugeführt, das sogenannte Multiplex-Verfahren. Im Folgenden ist ein Beispiel gezeigt, bei dem von acht Schwingungssensoren die Signale zu zwei IEPE-Eingängen geführt werden:

Das Multiplex-Verfahren lässt sich ebenfalls auf Ausgangspotentiale anwenden, d.h. ein Analogausgang kann auf mehrere Aktoren nacheinander zugeteilt werden. Zudem kann

• durch viele Schalter eine n ⋅ m Matrix-Strukturen realisiert,
• oder generell Leitungen temporär getrennt, z.B. zu Diagnosezwecken und
• das Prinzip ebenso auf digitale Signale angewendet werden (je nach Leistungsfähigkeit der Schalter).

Ein erkennbarer „Nachteil“ dieses Verfahrens ist offensichtlich und bestimmt auch die Einsatzmöglichkeit: es besteht nicht ständig (kontinuierlich) auf alle Quellen zugleich Zugriff. Die Anwendung muss es erlauben, dass auf eine Quelle immer nur zeitweise zugegriffen wird. Wenn eine 1:1-Verbindung der Signalquellen mit entsprechenden Analogeingängen aber nicht erforderlich und den Signalen nach dem Umschalten die nötige Einschwing- und Stabilisierungszeit gegeben wird, kann das Multiplex-Verfahren oft die richtige Lösung sein, um mitunter erhebliche Platz- und Kostenvorteile zu gewinnen.

Bezogen auf analoge Signale, erweitern die in dieser Dokumentation beschriebene Geräte so die Einsatzmöglichkeiten für Standard- wie auch Präzisionsanalogtechnik erheblich und ermöglichen:

• ATE: automated test equipment,
• HIL: Hardware-in-the-loop Systeme,
• Vielkanalige Temperaturmessung in der Baustoffentwicklung,
• Vielkanalige Vibrationsüberwachung (ConditionMonitoring),
• Widerstandsimulation (durch Parallelschaltung).

In Abhängigkeit von der

1. Anzahl Quellen ,
2. Anzahl der zu schaltenden Leitungen (immerhin sechs Stück bei 6-Leiter-Vollbrücke),
3. Anzahl der zur Verfügung stehenden Analogeingänge,

lässt sich die Grenze herleiten, ab wann eine Multiplexer-Lösung weniger Kosten und Raumbedarf verursacht. Je höher die zweite Anzahl der zu schaltenden Leitungen ist, desto mehr steigt der Schaltaufwand und desto später lohnt sich ein Multiplexer-Einsatz – bei 2- oder 3-Leiter-Schaltung lohnt sich der Multiplexer-Einsatz schon sehr früh.

Ein Tip dazu: die Hintereinander-Schaltung von Multiplexern (multiplikativer Einsatz)

erfordert immer mehr Schalter als die reine Aneinanderreihung (additiver Einsatz)

.

die mit den hier genannten Geräten möglich ist da die einzelnen Schalter NO (normally open, also unbestromt offen) sind.

Übersicht der Eigenschaften der Klemmen in dieser Dokumentation

Die Multiplex-Klemmen

• sind als EtherCAT Klemme direkt in das Feldbus-System EtherCAT integriert und ansteuerbar,
• enthalten als hochwertige Schaltelemente Reed-Schalter (ELM264x, EL2642) oder SolidState-Relais (Halbleiter, ELM274x), die besonders für den Einsatz an „kleinen“ sensiblen Analogsignalen ausgewählt wurden.
  Die Schalttypen haben ihre individuellen Vor- und Nachteile, siehe dazu die Einsatzempfehlungen.

Des weiteren

• ist jedes Schaltelement einzeln wie ein digitaler Ausgang An/aus schaltbar, unabhängig von den anderen. Es ist somit ein single-pole single-throw (SPST) Schalter,
• sind die Schalter nicht selbsthaltend oder bistabil, sie bleiben solange und nur solange geschlossen wie das entsprechende Ausgangssignal der Steuerung über EtherCAT anliegt.
• Jedes ist Schaltelement NO/normally open, d.h. im Aus-Zustand = „geöffnet“.
• Die Schalter einer werden Klemme intern gleichzeitig (um)geschaltet, im DistributedClocks Betrieb entsprechend dem DC Sync.; dadurch ist klemmenübergreifend gleichzeitiges Schalten möglich,
• Immer vier Schalter sind zu einer sog. 1:4-Multiplexer-Gruppe zusammengefasst: die vier Eingangspunkte sind verbunden und auf zwei Kontaktstellen Z1.1 und Z1.2 an der Klemme herausgeführt:
  .
  Dadurch, dass die vier Schalter einzeln ansteuerbar (schließbar) sind und - wenn deaktiviert - alle geöffnet sind, ist diese Anordnung streng genommen kein reiner Multiplexer der immer eine (und nur eine) Verbindung zeigt. Dennoch wird dieser Begriff bei den hier beschriebenen Schalt-Ausgangsklemmen umfassend verwendet, da er den typ. Anwendungsfall am besten abbildet.
• Eine Klemme enthält mehrere dieser Multiplexer. Die X1-Punkte können extern verbunden werden und stellen so verkettete Multiplexer dar. Aus zwei 1:4-Multiplexern lässt sich so einfach ein 1:8-Multiplexer usw. bilden:
  .
• Auch Matrix-Systeme können mit den Klemmen aufgebaut werden, die entsprechende Verschaltung muss extern erfolgen:
  .
• Das Namensschema der Multiplexerklemmen lautet:
• EL/ELM26xx: EtherCAT Klemme Reed-Relais,
• EL/ELM27xx: EtherCAT Klemme SolidState (Halbleiterschalter)
• EL/ELM2xab:
  ⋅ a: Anzahl Pole je Multiplexer,
  ⋅ b: Anzahl Kanäle je Klemme, entspricht Anzahl der Multiplexer.
• Die Klemmen benötigen die 24 V Powerkontaktversorgung für den Eigenbetrieb.

Die vielkanalige Erfassung und Rangierung von Analogsignalen, aber auch das flexible Umschalten verschiedener Testzustände in produktionsintegrierten Prüfstationen wird durch die Integration der oft nötigen Umschalter in das EtherCAT-System einfach möglich.