SORCUS Newsletter 11/2008

Das Hutschienen-Trägersystem MAX8dip kann vom Anwender durch Aufstecken von MAX-Modulen an nahezu alle Mess-, Steuerungs- und Kommunikationsaufgaben angepaßt werden. MAX-Module sind Streichholzschachtel-groß und werden je nach Anwendung und Anforderung an die I/O-Kanäle einfach auf die Trägerkarte gesteckt.
Die Auswahl an I/O-Modulen reicht von analogen und digitalen Ein- und Ausgängen mit Logik- oder Prozeß-Pegeln über serielle Kommunikationsschnittstellen, z.B. 8-fach RS-232, RS-422 oder RS-485, und Schnittstellen für PROFIBUS und CAN bis hin zu I/O-Modulen mit Zählern, Relaisausgängen und mit vom Kunden zu programmierenden Logikbausteinen wie FPGAs. Ein Steckplatz ist wie bisher für ein CPU-Modul vorgesehen, ein weiterer für ein Kommunikationsmodul. Der Steckplatz für das CPU-Modul kann allerdings in Zukunft anders genutzt werden. Denn das neue MAX8dip verfügt auf dem Trägersystem über einen PCI-Express-Anschluß (2,5 Gbit/s). Damit kann das MAX8dip wie eine PCI-Karte, die im PC steckt, vom PC angesprochen werden. Ein zusätzlicher Anschluß an den Host-Rechner über Ethernet oder einen Feldbus ist daher nicht mehr nötig. Alle Schnittstellen und Stecker sind aber erhalten geblieben. Die Geschwindigkeit für den Datenaustausch zwischen PC und MAX8dip bei einer Entfernung bis zu 150 m (mit speziellen Kabeln auch noch weiter) ist jetzt drastisch erhöht. Auch die Anschlüsse für den Kommunikations-Slot wurden um 2 x RJ45 erweitert, so daß in diesen Slot das neue X-CAT-1 gesteckt werden kann. Damit kann das MAX8dip auch als EtherCAT-Device angeschlossen werden oder als EtherCAT-Master dienen. Die Prozeß-Signale der 6 I/O-Module sind wie bisher auf je 40 (insgesamt 240) Schraubklemmen herausgeführt und können somit einfach verdrahtet werden. Zur Verbesserung der Wartbarkeit können die Schraubklemmen je Block einfach abgezogen werden, ohne dass die Kabel einzeln getrennt werden müßten. Die Schnittstellen des CPU-Moduls sind auf Standard-Steckverbinder für Ethernet, serielle Schnittstelle und USB geführt. Die Spannungsversorgung erfolgt galvanisch getrennt mit 18..36 V (optional auch 9..18 V). Das Gehäuse benötigt trotz der hohen Funktionsdichte nur 313 mm auf der Hutschiene. Das System kann einfach um ein TFT-Display, das im Deckel befestigt wird, erweitert werden. Alle übrigen Eigenschaften des MAX8dip sind unverändert erhalten geblieben, z.B. auch die Fernwartbarkeit.

Das SORCUS-eigene Betriebssystem CEoX^® ermöglicht Echtzeitaufgaben der besonderen Art. CEoX^® entstand durch eine Echtzeit-Erweiterung für Windows CE, die mit dem bisherigen SORCUS-eigenen Echtzeit-Multi-Tasking-Betriebssystem OsX^® kompatibel ist.
Die Taskswitch-, Abtast- und Latenz-Zeiten bei diesem neuen Betriebssystem unterbieten die Zeiten von Windows CE um ein Vielfaches und sind sogar noch geringer als die des altbewährten SORCUS-Betriebssystems OsX^®. Somit kann nahezu jede Echtzeit-Applikation mühelos verwirklicht werden. Auch für OsX^® geschriebene Programme können sehr einfach nach CEoX^® portiert werden, wenn sie in C geschrieben sind. Die Bibliotheken sind allerdings neu und müssen beim Neukompilieren ersetzt werden.
Windows CE kann auch ohne diese Echtzeiterweiterungen ohne Einschränkungen genutzt werden. Alle Treiber, die dort zum Einsatz kommen, können auch unter CEoX^® verwendet werden. Um aber die Echtzeit-Features von CEoX^® nutzen zu können, werden eigene Treiber mitgeliefert.
Die Entwicklungsumgebung für Windows CE, eMbedded Visual C++, erhält man von Microsoft kostenlos über das Internet.

Diese neuen X-SSI-Module mit synchron seriellen Interfaces besitzen 1, 2 oder 4 SSI-Kanäle. Jeder Kanal kann zum Anschluß eines Weggebers, zur Emulation eines solchen oder auch zum Mithören einer bestehenden SSI-Verbindung konfiguriert werden, unabhängig von den anderen Kanälen.
Der SSI-Takt kann frei zwischen 16 kHz und 8 MHz gewählt werden. Es stehen die Modi Einzelwertabfrage oder kontinuierliche Messwerterfassung zur Verfügung. Weiterhin ist es möglich, bei der Codierung der Kanäle zwischen Gray- und Binärcodierung zu wählen. Auch die Anzahl der Datenbits ist frei von 2 bis 32 einstellbar. Jede Takt- und Datenleitung verfügt außerdem über per Software zuschaltbare Busabschlußwiderstände. Die Module sind für eine Betriebstemperatur von -40..+85 °C geeignet.

Dieses analoge Eingangsmodul verfügt über 4 einzeln galvanisch getrennte Kanäle zum direkten Anschluß von Sensoren. Die Auflösung beträgt 24 Bit. Zur Messung von Temperatur, Schwingung, Druck, elektrischem Widerstand, Strom oder Spannung können an dieses Modul vier Sensorelemente wie Dehnmessbrücken, Temperaturmesswiderstände, Thermoelemente mit Kaltstellenkompensation oder ICP^®-Sensoren direkt angeschlossen werden. Die Wandlung erfolgt mit einer integrierten Störunterdrückung, die per Software so einstellbar ist, dass auch die 50 Hz bzw. 60 Hz Netzfrequenz (oder auch beide) unterdrückt wird. Der neue Versionstyp /E für Dehnmessbrücken entspricht dem Typ /F (±60 mV), bietet aber einen empfindlicheren Messbereich von ±6,2 mV. Die Typen /S, /T und /R mit langsamem AD-Wandler liefern Ergebnisraten von 7,5 sps (samples per second). Es sind aber auch Typen mit bis zu 42 ksps verfügbar.
Die für die Dehnmessbrücken benötigte Versorgungsspannung wird direkt vom Modul geliefert und ist ebenfalls galvanisch getrennt. Zur Messung von Temperaturen können alle Typen von Thermoelementen, Pt100, Pt1000 oder NTC direkt an das Modul angeschlossen werden. Linearisierung und Kaltstellenkompensation werden von der Treibersoftware vorgenommen. Die Module sind für eine Betriebstemperatur von -40..+85 °C geeignet.

Das Modul iX-SH16-8i verfügt über acht einzeln isolierte analoge Eingangskanäle mit 16 Bit Auflösung und einer Abtastrate von bis zu 1 Msps für einen Eingangsspannungsbereich von ±10 V, der durch die je Kanal programmierbare Vorverstärkung von 1..16 geändert werden kann. Außerdem verfügt jeder Kanal über ein programmierbares Anti-Aliasing-Filter. Das Modul bietet weiterhin zwei digitale Eingänge, z.B. für Start- und Abtasttrigger, die ebenfalls galvanisch getrennt sind. Die Abtastrate kann bis zu 8 Msps bei einem Kanal und 1 Msps bei acht Kanälen eingestellt werden. Zur Sensorversorgung sind 5 V je Kanal isoliert extern verfügbar. Das Modul hat eine on-board Temperaturmessung für den automatischen Abgleich. Die Betriebsarten Single Channel, Multi Channel und FIFO-Mode können per Software frei gewählt werden. Im FIFO-Mode werden die Ergebnisse im auf dem Modul befindlichen RAM (FIFO) abgelegt und können später einzeln oder als Block per DMA ausgelesen werden. Das Modul verfügt über einen FPGA, mit dem es komplette Messabläufe eigenständig durchführen kann. Die Betriebstemperatur kann zwischen -40 und +85 °C liegen. Die 3,3 V Versorgungsspannung erhält das Modul über den X-Bus^® des Trägerboards.

Das neue Modul iX-CAT-1 bietet eine konfigurierbare EtherCAT-Schnittstelle. Sie kann als EtherCAT-Device oder auch als EtherCAT-Master eingesetzt werden.
Derivate des Moduls erlauben die Konfiguration für andere Feldbusse, z.B. PROFIBUS Master, Sercos-3, CAN etc., wobei dann zwei Schnittstellen auf dem Modul verfügbar sind.
Beide Feldbus-Schnittstellen sind galvanisch getrennt und vom selben Typ. Auf Wunsch können auch Module mit zwei unterschiedlichen Schnittstellen produziert werden.
Das Modul hat einen Betriebstemperaturbereich von -40..+85 °C und benötigt lediglich 3,3 V vom X-Bus^®.

Um eigene X-Bus^® I/O-Module zu entwickeln, liefert SORCUS jetzt einen FPGA-Core "X-Bus^®-Target". Er ist für alle Spartan-3-FPGAs von Xilinx geeignet.
In vielen Anwendungsfällen können in der Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik X-Bus^®-Module von SORCUS verwendet werden. Es gibt aber Anwendungen, bei denen eine spezielle Schnittstelle benötigt wird. Hier kann der Entwickler jetzt auf den neuen Core zurückgreifen. Jedes X-Bus^®-Modul besitzt einen FPGA. Der FPGA-Core teilt sich in einen X-Bus^®-Teil und in einen anwendungsspezifischen Teil auf. Der Entwickler muß sich nur noch um den anwendungsspezifischen Teil kümmern und kann hier eine beliebige elektronische Schaltung ankoppeln. Lediglich Erfahrungen in der VHDL-Programmierung sind nötig. Der Core benötigt ohne anwenderspezifische Logik typischerweise ca. 70 CLBs in einem Spartan-3-FPGA von Xilinx.

Der Core unterstützt Features wie Synchronisierung von bis zu 16 DC/DC-Wandlern. Außerdem kann er einen I2C-Temperatursensor alle 0,5 Sekunden auslesen und das Ergebnis in einem Register ablegen, damit die Software ohne Zeitverzögerung darauf zugreifen kann. Auch VILs (Virtuelle Interface Lines) können frei definiert werden, max. 64 Single-VILs (als Sende- oder Empfangs-VILs). VILs sind eine (patentierte) Besonderheit des X-Bus^®. Sie erlauben die sehr schnelle Übertragung digitaler Signale über den X-Bus^® ohne Zeitverzögerung und Zwischenschaltung des Betriebssystems.

Application Notes und Beispiele werden von SORCUS zur Verfügung gestellt. Als MDD kann ein sog. Standard-MDD dienen, der nur die Anfangsadresse des Userbereichs zurückliefert. Damit kann der Enwickler dann auf alle seine Register zugreifen.

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Das Modul iX-PIO-32 verfügt über 32 digitale Kanäle, die als Ein- oder Ausgänge konfiguriert werden können. Je 8 der High-Side-Ausgänge können intern mit 12 V von der Trägerkarte oder extern mit bis zu 36 V versorgt werden, bei bis zu 150 mA Dauerstrom bzw. 500 mA Impulslast je Kanal. Für höhere Ausgangsströme können mehrere Ausgänge parallel geschaltet werden. Eine Freilaufdiode zur Ansteuerung induktiver Lasten, wie z.B. Relais oder Ventile, ist je Kanal vorhanden. Das Modul verfügt über eine Reihe von Schutzmechanismen, z.B. einen Watch-Dog, um alle Ausgänge abschalten zu können. Alle Ausgänge sind gegen Burst-Transienten bis 4 kV geschützt, so dass Störsignale unterdrückt werden. Weiterhin sind die Ausgänge kurzschlußfest und gegen thermische Zerstörung durch Vorwarnung und Alarm geschützt.
Der Eingangsspannungsbereich ist bis zu 36 V möglich. Jeder Eingang kann einen Interrupt mit Ereignisspeicher bei Pegelwechsel erzeugen. Ein digitales Filter je Eingang sorgt dabei für eine I/O-Entstörung. Pull-Up- bzw. Pull-down-Stromquellen sind für jeden Eingang bis 2 mA programmierbar und liefern somit z.B. den Vorstrom für externe Schalterkontakte zur Erkennung von offenen Eingängen.