EnDat 接口优点约翰内斯海德汉博士有限公司开发和生产 EnDat 接口的直线光栅尺角度编码器和旋转编码器, 品种繁多, 满足大量应用要求海德汉公司产品广泛应用于精密机床和电子元件生产和加工设备 EnDat 接口提供降低系统成本, 同时提高技术水平所需的全部可能丰富的诊断功能支持高安全

Size: px

Start display at page:

Download "EnDat 接口优点约翰内斯海德汉博士有限公司开发和生产 EnDat 接口的直线光栅尺角度编码器和旋转编码器, 品种繁多, 满足大量应用要求海德汉公司产品广泛应用于精密机床和电子元件生产和加工设备 EnDat 接口提供降低系统成本, 同时提高技术水平所需的全部可能丰富的诊断功能支持高安全"

宥到山
5 years ago
Views:

1 技术信息 EnDat 2.2 位置编码器双向数字接口数字驱动系统和获取位置测量值的位置编码器的反馈控制环要求编码器的数据传输速度快和传输可靠性高还必须提供一些附加数据, 例如驱动系统相关参数, 补偿表等为保证系统的高可靠性, 编码器还必须具有错误检测和诊断功能海德汉公司的 EnDat 数据接口是一种面向编码器应用的双向数字接口它能传输增量式和绝对式编码器的位置值, 也能传输或更新保存在编码器中的信息或保存新信息由于采用串行数据传输方式, 只需四条信号线数据传输保持与后续电子电路的时钟信号同步传输的数据类型 ( 位置值参数或诊断信息等 ) 由后续电子电路发至编码器的模式指令选择纯串行的 EnDat 2.2 接口也适用于符合 SIL 3 要求的高安全性应用系统

2 EnDat 接口优点约翰内斯海德汉博士有限公司开发和生产 EnDat 接口的直线光栅尺角度编码器和旋转编码器, 品种繁多, 满足大量应用要求海德汉公司产品广泛应用于精密机床和电子元件生产和加工设备 EnDat 接口提供降低系统成本, 同时提高技术水平所需的全部可能丰富的诊断功能支持高安全性要求并能在编码器内保存工作和设备条件, 为先进机器设计提供支持, 并确保高质量和高可用性降低成本一个接口适用于所有绝对式和增量式编码器用 EnDat 接收芯片和标准零件的后续电子电路简单由于不需要远程检测, 电源系统更简单和更经济接线简单 : 标准插头 (M12,8 针 ), 简单的标准屏蔽电缆, 降低连线复杂性只需一根 HMC 6 电缆 : 复合电机电缆包括编码器电机和制动连接电线由于连接件小, 电机和系统尺寸小没有其它传感器和连线的成本 :EnDat 2.2 发送附加数据 ( 限位开关, 温度等 ) 安装时的配置速度快 : 用编码器内偏移值设置原点平移质量高通过编码器内的特别优化, 系统精度高高轮廓精度, 特别适用于 CNC 数控机床应用 : 在编码器内生成位置值可以缩短周期时间, 且不影响 CNC 系统的计算时间高可用性自动调试系统轴 : 所有必要信息均保存在编码器中 ( 电子 ID 标签 ) 纯数字数据传输, 系统可靠性高在后续电子电路中通过监测信息和报警信息诊断编码器通过循环冗余校验功能的数据传输可靠性高安全系统 EnDat 2.2 设计用于满足 SIL 3 要求的功能安全的机床应用为检测错误两路独立位置值两路独立出错信息校验和确认功能强制出错信息的动态采样并在后续电子电路中形成 CRC 值支持最先进机床设计由于分辨率高周期时间短和提供换向信息, 适用于直接驱动技术每 25 µs 完整读取和写入模式一次的周期采样只需约 10 µs 就将位置值提供给后续电子电路在线诊断功能提供机器工作计划能力并为现场服务工程师提供帮助设备和工作状态都可保存在编码器内连接技术简单,8 芯电缆, 单层屏蔽简单的带 EnDat 2.2 接收芯片的后续电子电路 ( EnDat 主单元 ) 连接件小,M12,8 针连接件, 例如 M12, D-sub * 并联电源线或后备电池电源无需远程检测 (U P = 3.6 至 5.25 V 或 3.6 至 14 V) 带细分和内部形成位置值, 温度测量功能更多信息 : 有关 EnDat 实施或其他文档资料的更多信息, 请访问 2

3 双向接口 EnDat 信号接口是一种用于编码器的双向数字接口它传输位置值, 也传输或更新保存在编码器中的信息或保存新信息由于采用串行数据传输方式, 只需四条信号线数据传输保持与后续电子电路时钟信号同步传输的数据类型 ( 位置值参数或诊断信息等 ) 由后续电子电路发至编码器的模式指令选择有些功能只用于 EnDat 2.2 模式指令历史和兼容性诞生于 90 年代中期的 EnDat 2.1 接口已发展到 EnDat 2.2 版 ( 推荐用于新应用 ) EnDat 2.2 的通信指令集和时间条件兼容 2.1 版, 但有更明显优点例如, 能随位置值一起传送附加数据 ( 例如传感器值诊断信息等 ), 而且无需单独请求发送支持更多编码器类型 ( 例如后备电池供电的增量式编码器 ) 接口协议也得到扩展, 时间条件 ( 时钟频率处理时间恢复时间 ) 进一步优化支持的编码器类型现在支持以下 EnDat 2.2 接口的编码器类型 ( 可读取编码器的存储区 ): 增量式直线光栅尺绝对式直线光栅尺增量式单圈旋转编码器绝对式单圈旋转编码器多圈旋转编码器带后备电池的多圈旋转编码器有些情况时, 不同编码器类型的参数的含义不同 ( 参见 EnDat 技术参数 ) 或必须处理 EnDat 的附加数据 ( 例如增量式编码器或后备电池编码器 ) 接口数据传输数据输入数据输出 EnDat 串行双向位置值, 参数和附加数据差分线路接收器, 符合 EIA 的 RS 485 标准对 CLOCK,CLOCK,DATA 和 DATA 信号要求差分线路驱动器, 基于 EIA RS 485 标准的 DATA 和 DATA 信号位置值沿箭头方向增加 ( 参见编码器的配合尺寸 ) 增量信号订购标识订购标识定义主要技术参数并提供以下信息 : 典型供电电压范围指令集是否有增量信号最高时钟频率订购标识的第二个字符代表接口版本对于最新接口版本的编码器, 订购标识从编码器存储区读取增量信号部分编码器也提供增量信号通常用于提高位置值分辨率或用于第二个后续电子电路系统最新接口版本的编码器的内部分辨率高, 因此不需要提供增量信号订购标识提供编码器输出增量信号的信息 : EnDat 01 带 1 V PP 增量信号 EnDat H 带 HTL 增量信号 EnDatT 带 TTL 增量信号 EnDat21 无增量信号 EnDat02 带 1 V PP 增量信号 EnDat22 无增量信号有关 EnDat01/02 的说明 : 信号周期保存在编码器存储器中取决于编码器» 1 V PP,TTL,HTL( 参见相应增量信号 ) 供电电压编码器的典型供电电压与接口有关 : EnDat01 EnDat21 EnDat02 EnDat22 EnDatH EnDatT 5 V ±0.25 V 3.6 V 至 5.25 V 或 14 V 10 V 至 30 V 4.75 V 至 30 V 技术参数中的例外情况指令集指令集提供有关可用模式指令信息, 它决定编码器与后续电子电路间的信息交换 EnDat 2.2 指令集包括全部 EnDat 2.1 的模式指令此外,EnDat 2.2 还提供更多模式指令, 用于选择附加数据, 访问存储器, 甚至用在闭环控制环中如果 EnDat 2.2 指令集的模式指令发给只支持 EnDat 2.1 指令集的编码器, 将导致出错信息支持的指令集保存在编码器的存储区中 : EnDat01/21/H/T 指令集 2.1 或 2.2 EnDat02/22 指令集 2.2 3

4 时钟频率根据电缆长度, 时钟频率在 100 khz 与 2 MHz 之间如果在后续电子电路中对传输延时进行补偿, 时钟频率可提高到 16 MHz, 或最大电缆长度可达 100 m 对于 EnDat x2 订购标识的 EnDat 编码器, 最大时钟频率保存在编码器存储区中对于所有其它编码器, 最大时钟频率为 2 MHz 传输延时的补偿只适用于订购标识为 EnDat 21 和 EnDat 22 的编码器, 对于 EnDat 02, 参见下面说明电缆长度, 单位 m EnDat01 EnDatT EnDatH 2 MHz( 参见名为无延迟补偿的图 ) EnDat 2.1;EnDat 2.2 无传输延迟补偿带传输延迟补偿的 EnDat 2.2( 由 EnDat 主单元 ) 时钟频率, 单位 khz EnDat21 2 MHz 咨询海德汉公司后, 有些应用的最大电缆长度可达 300 m EnDat02 EnDat22 2 MHz 或 8 MHz 或 16 MHz ( 参见说明 ) 8 MHz 或者 16 MHz 最高数据传输频率 16 MHz 及大长度电缆对电缆提出极高技术要求由于传输技术的原因, 直接连接编码器的适配电缆不允许超过 20 m 用不超过 6 m 的适配电缆和加长电缆可达到更大电缆长度通常, 对整个传输路径设计时需基于相应时钟频率有关 EnDat02 的说明 EnDat02 编码器带一个可插式电缆组件选择适配电缆版本时, 客户也需要确定编码器是否使用增量信号这也影响最大允许时钟频率对于有增量信号的适配电缆, 时钟频率限制在最高不超过 2 MHz 范围内 ; 参见 EnDat01 对于无增量信号的适配电缆, 时钟频率最高可达 16 MHz 具体数据保存在编码器的存储区中位置值位置值的传输可带也可不带附加数据超过计算时间 t cal 后不传给后续电子电路计算时间由编码器允许的最高时钟频率确定, 但不能超过 8 MHz 只传输要求位数的位置值位数取决于相应编码器并可从编码器中读取, 方便参数的自动设置典型操作模式操作模式 EnDat 2.1: 该模式适用于提供附加增量信号的编码器绝对位置信息与增量位置信息同时读取, 并都用于计算位置值否则, 基于增量信号形成控制环中的位置值只能用 EnDat 2.1 模式指令操作模式 EnDat 2.2: 该模式适用于纯串行编码器该位置值在每一个控制周期中都从编码器中读取 EnDat 2.2 模式指令主要用于读取位置值 EnDat 2.1 模式指令主要用于在开机后读取和写入参数 EnDat 2.2 接口中, 除在闭环中请求位置数据外, 还能请求其它数据和执行功能 ( 例如, 读 / 写参数, 重置出错信息等 ) 附加数据根据数据传输类型 ( 用 MRS 码选择 ), 随位置值可传输一个或多个附加数据相应编码器支持的附加数据保存在编码器参数中附加数据包括 : 状态信息, 地址和数据 WRN 警告 RM 参考点 Busy 参数请求附加数据 1 诊断位置值 2 存储参数 MRS 码确认测试值温度附加传感器附加数据 2 换向信号加速度限位信号异步位置值工作状态错误源时间戳 4

5 存储区编码器提供多个保存参数的存储区后续电子电路可以读取存储区中信息, 其中有些信息还允许编码器制造商 OEM 厂商甚至最终用户写入参数数据保存在永久存储区中该存储区只允许有限次地进行写操作, 不适用于周期性地保存数据部分存储区可设置为写保护 ( 只允许由编码器制造商进行重置 ) 绝对式编码器增量信号 *) 绝对位置值 EnDat 接口后续电子电路» 1 V PP A*)» 1 V PP B*) 参数保存在多个存储区中, 例如 : 编码器专有信息 OEM 信息 ( 例如电机的电子 ID 标签 ) 工作参数 ( 原点平移, 指令等 ) 工作状态 ( 报警或提示信息 ) 工作参数工作状态 OEM 厂商参数编码器制造商参数 EnDat 2.1 EnDat 2.2 *) 取决于设备 EnDat 接口的监测和诊断功能用于详细检查编码器出错信息警示基于评估数据的在线诊断 (EnDat 2.2) 安装接口功能安全特性基本原理 EnDat 2.2 完全支持编码器在功能安全中的应用 DIN EN ISO (EN 的后继版 ),EN 和 EN 为基础标准这些标准提供了高安全性系统的评价方法, 例如基于整体部件和子系统的故障概率这种模块化方法为功能安全系统制造商实施其全套系统提供了方便, 因为可以从合格的子系统开始更多信息 : 功能安全特性, 请访问后续电子电路的输入电路数据传输编码器后续电子电路规格 IC 1 = RS 485 差分线路接收器和驱动器 Z 0 = 120 增量信号取决于编码器 ( 例如 1 V PP ) 1 V PP 更多信息 : 问与答 :RS-485 收发单元, 请访问 5

6 数据传输时钟脉冲 (CLOCK) 由后续电子电路提供, 以同步数据传输无数据传输时, 时钟信号为高电平时钟频率与电缆长度关系如果没有传输延时补偿, 根据电缆长度, 时钟频率在 100 khz 与 2 MHz 之间特别是大长度电缆和高时钟频率, 信号传输时间将严重影响信号的确定性, 在补偿中进行确定和补偿后续电子电路的传输延时补偿允许电缆长度达 100 m, 时钟频率达 16 MHz(f CLK 8 MHz) 最高时钟频率主要取决于所用电缆和连接件为确保正常工作, 时钟频率超过 2 MHz 时用海德汉原厂电缆图示中允许的时钟频率适用于时钟占空比为 1:1 的情况也就是说时钟的高电平与低电平时间相等其它时钟占空比时, 理论时钟频率计算公式为 fc = 1 2t min 确定传输时间信号传输时间由 EnDat 主单元确定并作为传输延迟补偿的基础只要数据传输线硬件有变化, 必须确定传输时间最好每次断电后自动确定时钟频率电缆长度, 单位 m 时钟频率, 单位 khz EnDat 2.1;EnDat 2.2 无传输延迟补偿带传输延迟补偿的 EnDat 2.2( 由 EnDat 主单元 ) 咨询海德汉公司后, 有些应用的最大电缆长度可达 300 m 时钟占空比时钟 6

7 选择传输类型传输的数据分为位置值, 带附加数据或参数的位置值发送的信息类型由模式指令选择模式指令决定被传输信息的类型每个模式指令包括三个 Bit 为确保可靠数据传输, 每个 Bit 均采用冗余传输 ( 反相或两次 ) 如果编码器检测到一个错误的模式传输, 它将发送一个出错信息 EnDat 2.2 接口还能在传输位置值的同时在附加数据中传输参数值因此它能保证当前位置值始终提供给控制环, 甚至包括请求参数时对于 EnDat-2.1 和 EnDat-2.2 模式指令, 有时编码器的位置值处理时间 t cal 不同 ( 参见直线光栅尺用于 NC 数控机床样本中的技术参数 ) 如果处理轴控制的增量信号, 需选用 EnDat2.1 模式指令只有这种方式才能在请求位置值时同步发送当前有效出错信息 EnDat 2.1 模式指令不能用于机床轴控制的纯串行位置值传输模式 Bit 编号模式指令 M2 M1 M0 (M2) (M (M0) 1 编码器发送位置值选择存储区编码器接收参数编码器发送参数编码器接收复位编码器发送测试值编码器接收测试指令编码器发送带附加数据的位置值编码器发送位置值并接收存储区选择 10 编码器发送位置值并接收参数 4) EnDat 2.1 指令集 3) EnDat 2.2 指令集编码器发送位置值并发送参数 12 编码器发送位置值并接收错误重置 13 编码器发送位置值和接收测试指令 2) 14 编码器接收通信指令也发送被选的附加数据 2) 预留给不支持安全系统的编码器 3) EnDat 2.2 指令集包括 EnDat 指令集 4) 这些指令不支持缩短的恢复时间功能 7

8 位置值每一个数据包的传输都与时钟信号保持同步传输周期从第一个时钟下降沿开始编码器保存测量值并计算位置值两个时钟脉冲 (2T) 后, 后续电子电路发送模式指令 : 编码器发送位置值 ( 带或不带附加数据 ) 成功计算绝对位置值 (t cal - 参见表 ) 后, 从起始位开始由编码器向后续电子电路发送数据后续错误位, 错误 1 和错误 2( 只适用于 EnDat 2.2 指令 ) 是所有监测类功能的信号并用于故障监测它们相互独立地生成, 提供是否存在可导致位置值不正确的编码器故障信息发生故障的准确原因详细地保存在编码器的工作状态存储器中并允许查询然后编码器从最低有效位 (LSB) 开始发送位置值其长度取决于所用编码器发送一个位置值所需的时钟脉冲数保存在编码器制造商的参数中位置值的数据发送以循环冗余校验 (CRC) 结束在 EnDat 2.2 中, 其后是附加数据 1 和 2, 每个也都以 CRC 结束附加数据的内容由所选的存储区决定, 并在附加数据的下个采样周期中发送然后该信息与每个采样信息一起发送直到所选的新存储区内容发生改变为止在数据字结尾处, 时钟信号必须设置在高电平经过 10 至 30 µs 后或 1.25 至 3.75 µs ( 对 EnDat 2.2, 可定义的恢复时间 t m ) 后, 数据线返回低电平然后, 新数据发送用时钟启动信号激活无附加数据的位置值数据包编码器保存位置值后续电子电路传输模式指令模式指令位置值 CRC S = 开始,F1 = 错误 1,F2 = 错误 2,L = LSB,M = MSB 图中未包括传输延迟补偿无延迟补偿有延迟补偿时钟频率 f c 100 khz 至 2 MHz 100 khz 至 16 MHz 计算时间位置值参数 t cal EnDat 2.2 编码器的典型值 : 5 µs t ac 最长 12 ms 恢复时间 t m EnDat 2.1:10 至 30 µs EnDat 2.2:10 至 30 µs 或 1.25 至 3.75 µs (f c 1 MHz)( 可参数化 ) t R 最大 500 ns t ST 2 µs 至 10 µs 数据延迟时间 t D ( x 电缆长度, 单位 m)µs 脉冲宽度 t HI t LO 0.2 µs 至 10 µs 0.2 ms 至 50 ms 至 30 µs ( 带 LC 1x3/4x3) 高电平转为低电平的脉冲宽度最大变化 10 % 8

9 带位置值和附加数据 1 和 2 的数据包编码器保存位置值后续电子电路传输模式指令模式指令位置值 CRC 附加数据 2 CRC 附加数据 1 CRC S = 开始,F1 = 错误 1,F2 = 错误 2,L = LSB,M = MSB 图中未包括传输延迟补偿数据包内容错误信息 1 和 2 EnDat 接口可以对编码器进行全面监测无需附加传输线如果一个编码器故障可能导致位置值不正确, 立即生成出错信息同时, 在编码器中保存出错原因错误有 : 光源故障信号幅值太小位置值不正确供电电压太高或太低电流消耗太大为了安全, 需要生成第二个独立于获取的出错信息并用反相方式发送这个出错信息 2 两个出错信息必须相互独立地处理位置值位置值用一个完整数据字发送, 其长度取决于编码器分辨率从最低有效位 LSB ( 第一个 LSB) 开始发送位置值的构成与编码器型号有关 ( 参见 EnDat 技术参数 ) 对此, 绝对式编码器发送绝对位置值, 而增量式编码器发送相对位置值 ( 参见下页中的位置值 2 ) 附加数据 EnDat 2.2 接口的编码器可发送最多带两个附加数据的位置值用唯一数字编号的十六项可用内容分配给每一个附加数据 1 和 2 这些数字用于选择附加数据和发送确认信息 ( 参见下页 ) 编码器支持的附加数据保存在编码器存储器中编码器发送位置值和接收存储区选择的模式指令选择需发送的信息, 也允许在闭环中使用选择附加数据后, 用下个模式指令发送 ( 仅限数字 8 至 13) 随每一个位置值发送附加数据直到通过发送特殊 MRS 码取消所选的附加数据或直到选择其他附加数据编码器加电时, 在开始时无任何选择的附加数据举例附加数据 1: 滚动发送温度 1(Temp1:MRS 码 0x4C) 及温度 2(Temp2:MRS 码 0x4D) 附加数据 1: 发送工作状态出错源 (BZFQ:MRS 码 0x59) 模式指令 9(00100: 编码器发送位置值并接收存储区选择后续电子电路 à 编码器模式指令 9 + MRS 码 0x59 模式指令 9 + MRS 码 0x4C 模式指令 9 + MRS 码 0x4D 模式指令 9 + MRS 码 0x4C 模式指令 9 + MRS 码 0x4D 等等编码器 à 后续电子电路位置位置 + BZFQ 位置 + BZFQ + Temp1 位置 + BZFQ + Temp2 位置 + BZFQ + Temp1 9

10 附加数据根据数据传输类型 ( 用 MRS 码选择 ), 随位置值可传输一个或多个附加数据每一项附加数据的字长为 30 bit, 第一 bit 为低电平每一个附加数据以 CRC 结束,CRC 由不包括第一 bit 或 CRC 的相应附加数据组成相应编码器支持的附加数据保存在编码器参数中附加数据 30 bit 5 bit CRC 附加数据包括状态信息地址和数据 : 确认附加数据 8 bit 地址或数据 8 bit 数据状态数据 WRN 警告这个集合位用于表示编码器的一定公差限值已达到或已超出, 例如转速或光源控制余量, 不一定代表位置值不正确这是一个预防性警告功能, 用于最大限度缩短非工作时间报警原因保存在编码器内存中相应编码器支持的出错信息和报警信息保存在编码器制造商参数存储区中 RM 参考点 RM 位用于表示是否执行完参考点回零对增量式系统, 必须执行参考点回零才能建立相对机床坐标系的绝对原点位置然后才能从附加数据 1 中读取绝对位置值对绝对式编码器,RM 位始终保持高电平 Busy 参数请求低电平时, 忙位用于表示允许请求参数 ( 读取 / 写入 ) 如果正在处理一项请求 ( 高电平 ), 编码器存储器无法被访问附加数据内容附加数据内容由存储区选择的模式指令定义该内容用每个时钟脉冲更新, 在有新请求前一直保持发送每一个附加数据都被分配一个唯一编号这是一个 5 位长的数据, 发送该数据用于检测其内容可以是 : 附加数据 1 诊断有关编码器功能和附加诊断值的周期性信息, 例如安装信息位置值 2 增量式编码器 : 相对位置信息 ( 开机启动时从零开始计算 ) 只有执行了参考点回零后, 才能提供绝对位置值 (RM 位为高电平 ) 对绝对式编码器 : 功能安全应用的第二绝对位置值存储器参数编码器中保存的参数也能随位置值一起发送这个请求通过存储区选择定义, 然后输出相应地址的参数 MRS 码确认对请求的存储区选择进行确认测试值测试值用于检测用途, 例如维修诊断温度发送带内部或外部温度传感器信号处理功能的编码器中温度信号附加传感器 EnDat 2.2 协议允许再连接另外 16 个附加传感器 (4 bit 地址 ) 传感器数据在一个滚动请求过程 (x+ 中输出 ; 指定的传感器基于所提供的地址标识附加数据 2 通信有些增量式编码器提供电机换向的大致位置信息加速度如果编码器有检测加速度的附加传感器, 也发送其结果限位信号限位信号及回零信息异步位置值两个正常请求之间重复采样的位置值工作状态出错源有关当前出错信息的详细信息时间戳为测头预留 10

11 参数存储区编码器提供多个保存参数的存储区后续电子电路可以读取存储区中信息, 其中有些信息还允许编码器制造商 OEM 厂商甚至最终用户写入也有些存储区是只读的大多数情况下, 参数由 OEM 厂家设置, 主要用于定义编码器功能和 EnDat 接口因此更换编码器时, 必须确保参数设置正确无误如果机床配置时没有设置 OEM 数据, 将导致故障如果怀疑参数设置不正确, 必须联系 OEM 厂家绝对式编码器增量信号 *) 绝对位置值 EnDat 接口后续电子电路» / «*) 地址分配发送参数前 ( 读取或写入 ), 必须选择相应存储区因此需要为相应存储区指定一个或多个 MRS 码 (MRS 存储区选择 ) 工作参数工作状态 OEM 厂商参数编码器制造商参数 EnDat 2.1 EnDat 2.2 *) 取决于编码器 (1 V PP,TTL,HTL) 选择存储区后, 还需要数据字地址才能读取或写入信息读取或写入的访问时间 t ac 最长 12 ms MRS 码的选择和数据的读取及写入对 EnDat 2.1 或 EnDat 2.2 模式指令都适用 EnDat 2.2 接口绝对式编码器框图编码器制造商参数这个写保护的存储区包括所有有关编码器的数据, 例如编码器类型 ( 直线光栅尺, 角度编码器, 单圈 / 多圈等 ), 信号周期, 每圈位置数, 绝对位置值传输格式, 旋转方向, 最高允许转速, 与轴速有关的精度, 出错信息和报警信息的支持, 零件号和序列号这些信息构成参数自动配置的基础通常在一个单独存储区中保存 EnDat 2.2 的参数, 例如附加数据, 温度, 加速度, 诊断和出错信息的支持 OEM 厂商参数在这个可自定义的存储区,OEM 厂商可保存自己信息, 例如电机内编码器的电机电子 ID 标签, 提供电机物流机械和电子系统信息 OEM 区的存储空间大小与编码器有关还能添加服务信息及工作数据可用于 : 驱动系统的唯一标识和配置避免易于出错的手动参数输入缩短调试时间由服务工程师提供现场支持工作参数这个存储区为客户提供原点平移, 诊断配置功能和指令而且, 可定义编码器内温度传感器的报警阈值其它功能 ( 周期时间,I/0, 测头状态 ) 预留给未来应用对于温度传感器 ( 例如 KTY 84 PT 1000 等 ) 的型号信息, 后续电子电路自动调整电机温度传感器并正确计算补偿值工作参数区是写保护区工作状态这个存储区为诊断提供详细的出错信息或报警信息还可以启动部分编码器功能, 激活 OEM 厂商参数及工作参数存储区的写保护并查询其状态一旦写保护被激活, 将无法解除写保护 11

12 编码器制造商参数编码器制造商参数含意与编码器有关海德汉编码器有六类参数用编码器类型区分 (EnDat 2.1 参数的数据字 14) 编码器类型 : L 直线光栅尺 ST 单圈旋转编码器或角度编码器 MT 多圈编码器 il 增量式直线光栅尺带外部 (EIB) 或内部将 1 V PP 信号转成纯串行 EnDat 2.2 信号功能 ir 增量式旋转编码器带外部 (EIB) 或内部将 1 V PP 信号转换成纯串行 EnDat 2.2 信号的功能 T 测头参数含意又分为以下几类信号处理类别基于这些类别, 用户可明确确定参数的使用和集成在应用软件中信号处理类别 : 必须 : 编码器工作必须使用的参数与应用有关 : 根据客户应用决定是否需考虑这些参数例如, 如果不用 OEM 存储区, 将忽略有关 OEM 参数存储区分配的参数参考信息 : 这些参数非编码器工作所必须, 但为用户提供附加数据, 例如型号无关 : 如果无任何编码器类型被定义为三种其他信号处理类别之一, 表示该参数非编码器工作所需且可被忽略编码器制造商参数中的 EnDat 2.2 附加数据部分取决于相应编码器相应编码器支持的附加数据, 附加功能, 诊断值和技术参数都保存在这些存储区指定的状态数据字中查询附加数据前, 海德汉建议查看支持的信息及功能 ( 主要是编码器每次初始化时 ) 也可查看编码器的技术参数 EnDat 2.1 接口编码器制造商参数适用单位字目录直线光栅尺旋转 / 角度编码器备注 4 掩码 0 5 掩码 1 6 掩码 2 7 掩码 3 8 EnDat 接口版本全部 EnDat 2.1 或 2.2 保存为 2 9 OEM 参数的存储分配根据编码器可灵活编程 10 全部内存指针指向第一可用地址 11 补偿值的存储分配预留给编码器制造商发送位置值的时钟脉冲数 ( 传输格式 ) 为位置值发送设置正确时钟数全部 14 编码器类型全部定义参数单位 15 增量输出信号的每圈信号周期数 nm il,ir: 计算最小显示步距 (LSB) 16 全部或正确的负运动方向显示值全部 : 兼容 EnDat 的原点平移 17 可分辨圈数 MT 正确计算位置值所需 ( 仅限于多圈旋转编码器 ) 18 参考点的 ( 名义 ) 增量值 mm 信号周期数 il ir 19 第一参考点位置 mm il 测头除外必选与应用有关仅供参考 12

13 EnDat 2.1 接口编码器制造商参数 ( 续前 ) 适用单位字目录直线光栅尺旋转 / 角度编码器备注 20 串行传输的测量步距或测量步距 / 圈 nm 每圈测量步距数全部编码器制造商的原点平移信号周期数信号周期数全部原点平移时, 用户必须考虑 ID 号全部安全技术序列号全部可检测编码器改变旋转或运动方向全部 ( 可能影响功能安全的应用 ) 31 调试诊断状态 1999 年后停止支持 32 最高机械允许直线速度或轴速 m/min min 1 全部交叉检查绝对位置 ó 增量位置所需 33 与直线运动速度或轴转速有关的精度,I 区 34 与直线运动速度或轴转速有关的精度,II 区必选与应用有关 LSB 2) LSB 2) ST MT L 带 il ir 的编码器不能比较绝对位置与增量位置信息, 因为这些编码器 LSB 2) LSB 2) ST MT L 只有增量信息 35 出错信息 1 的支持全部定义错误掩码 ( 安全功能 ) 36 报警的支持全部用于预防性维护 37 EnDat 指令集全部有关是否支持 EnDat 2.2 模式指令的信息 38 3) 预留给测量长度 L il 39 最长处理时间全部监测 ( 超时 ) 40 EnDat 订购标识全部区分带 / 不带增量信号 41 海德汉技术参数校验测头除外 2) 高字节包括除数, 相对于保持该精度有效的最高允许直线速度或轴旋转速度 3) 部分直线光栅尺型号不支持 ; 预设值为默认值 0 仅供参考 13

14 EnDat 2.2 接口编码器制造商参数适用单位字目录直线光栅尺旋转 / 角度编码器 0 附加数据 1 状态全部可为安全方面 1 附加数据 2 状态全部交叉检查哪些是所需和哪些是编码器支持的 2 附加功能状态全部 3 加速度 m/s 2 1/s 2 全部考虑缩放系数 4 温度 K K 全部考虑缩放系数 5 诊断状态全部 6 支持出错信息 2 全部定义错误掩码 :( 安全功能 ) 7 动态状态全部安全技术 8 9 位置值 2 的测量步距或每圈测量步距数 nm 安全技术 10 全部 11 位置值 2 的精度取决于直线运动速度 LSB 2) LSB 2) 全部安全技术 12 或轴转速,I 区 LSB 2) LSB 2) 全部安全技术 13 位置值 2 的精度取决于直线运动速度 LSB 2) LSB 2) 全部安全技术 14 或轴转速,II 区 LSB 2) LSB 2) 全部安全技术 15 位置值 2 的可分辨圈数 MT 正确计算位置值所需 ( 仅限多圈编码器 ) 16 位置值 2 的旋转方向全部 il,ir 安全技术编码器型号全部 21 说明的支持尚未支持不适用于安全技术 22 测量点处的编码器最高允许温度 K K 全部 23 最高允许加速度 m/s 2 1/s 2 全部 24 存储区 2 的块数全部根据编码器 ; 可灵活编程 25 最高时钟频率 khz khz 全部取决于接头, 电缆和电缆长度 26 位置比较的 Bit 数全部安全技术 27 分辨率缩放系数全部计算最小显示步距 (LSB) 28 测量步距, 或每圈测量步距数或全部栅距的细分值不变代码值的最高速度或旋转速度 m/min min 1 全部与应用有关适用于机械允许转速高于电气允许转速的编码器 (EIB 不支持 ) 位置值和位置值 2 间偏差全部安全技术 34 可分辨圈数及缩放系数 MT 正确计算位置值所需 35 支持工作状态错误源全部扩展的 EnDat 出错信息, 特别是后备电池供电的编码器功能安全的测量步距全部安全技术非功能安全的相对位置值细分全部安全技术非功能安全的绝对位置值细分全部安全技术 43 通过限位信号生成报警信息 L il 现在只适用于部分增量式敞开直线光栅尺 44 支持测头 T 支持的功能 45 尺寸单位的时间戳 T 46 增量式编码器参考点回零 il,ir 支持参考点回零吗? 47 支持 I/O 全部支持 I/O 和支持哪些? 48 预留支持温度传感器型号全部 ST MT L 编码器内使用何种温度传感器类型? 测头除外 2) 高字节包括除数, 相对于保持该精度有效的最高允许直线速度或轴旋转速度必选与应用有关仅供参考说明 14

15 参数的传输基础知识由于将数据保存在 EEPROM 中消耗最大访问时间 t ac, 最大达 12 ms, 因此在每一种应用中必须决定控制环是否必须用闭环读取或写入参数 EnDat 2.1 模式指令的设计为访问参数时为开环 EnDat 2.2 模式指令的设计用闭环控制模式工作选择 MRS 码传输参数数据字前, 必须设置 MRS 码 EnDat 2.1 参数区通过相应 EnDat 2.1 或 EnDat 2.2 模式指令选择对于 EnDat 2.2 参数区, 需要用相应 EnDat 2.2 模式指令参数传输的 EnDat 2.1 模式指令所有模式指令的结构相同且都用模式指令的编号和数据内容区分在相应模式指令内, 数据从后续电子电路发送给编码器, 在访问时间 t ac 后, 数据以确认的方式从编码器发送给后续电子电路如果从存储区读取或写入多个值 ( 参数 ),MRS 只能选择一次通信 : 后续电子电路编码器通信 : 编码器后续电子电路模式指令模式 Bit MRS 码或地址参数 MRS 码或地址的确认参数确认存储区的选择 MRS 码任何 MRS 码任何编码器接收参数地址参数地址参数编码器发送参数地址任何地址参数为选择 EnDat 2.2 编码器制造商参数中的 MRS 码, 需要相应的 EnDat 2.2 模式指令参数传输的 EnDat 2.2 模式指令 EnDat 2.2 模式指令允许在闭环控制中读取和写入对 EEPROM 访问时间 t ac 的同步通过随每一个 EnDat 附加数据传输的忙 bit 实现首先, 位置值和 ( 如已选 ) 附加数据随每一个模式指令发送使通信可在闭环控制中进行随后补充传输也能向编码器发送 MRS 码地址和参数附加数据和补充传输提供以下信息 : 附加数据 : 读取参数的数据内容并确认补充发送 : MRS 码, 地址和参数图示 EnDat 2.2 模式指令的读取访问 : 顺序接口的数据通信 ( 双向 ) 选择存储区位置值 + 选择 MRS 码确认 MRS 码位置值 + 确认 MRS 码 ( 选择附加数据和读取 ) 读取地址传输位置值 + 选择需读取的地址忙 bit = 0 的周期请求 ; (max. t ac = 12 ms) 位置值 + 任何附加数据读取 LSB 数据并确认位置值 + 附加数据确认 LSB 寻址和读取数据内容 + 确认读取地址读取 MSB 数据并确认位置值 + 附加数据确认 MSB 寻址和读取数据内容 + 确认读取地址 15

诊断 EnDat 接口提供大量编码器监测和诊断功能, 而且无需增加连线诊断系统生成出错信息和报警信息 ( 参见位置值 ), 这是整套系统具有高可用性的重要必备条件在线诊断功能越来越重要其决定性因素有 : 机床使用计划帮助现场检修工程师简化评估编码器预留功能简化维修中的故障排除工作生成重要的质量统计数据对增量信号编码器, 可用李萨如图分析信号误差以及这样的误差对编码器功能的影响

16 诊断 EnDat 接口提供大量编码器监测和诊断功能, 而且无需增加连线诊断系统生成出错信息和报警信息 ( 参见位置值 ), 这是整套系统具有高可用性的重要必备条件在线诊断功能越来越重要其决定性因素有 : 机床使用计划帮助现场检修工程师简化评估编码器预留功能简化维修中的故障排除工作生成重要的质量统计数据对增量信号编码器, 可用李萨如图分析信号误差以及这样的误差对编码器功能的影响纯串行接口的编码器不提供增量信号在 EnDat 2.2 编码器上, 可以周期性地读取编码器的有效数据信息, 以评估编码器的工作情况有效数据代表编码器当前状态并用于确定编码器的预留功能其比例系数适用于所有海德汉编码器因此可以内置信号处理功能相应编码器支持的有效数据保存在 EnDat 2.2 参数中传输的诊断数据的组成和查询 : 所需评估数据必须被激活通过附加数据 1 发送的数据 (8 bit) 周期地输出数据 ; 地址和数据用作有效数据的信息允许保存在 EnDat 2.2 参数中诊断信息可在闭环模式下发送在显示中应忽略边界区 ( 需要定义预留区 ) 显示器显示预留功能的评估数据 ( 例如用 ATS 软件 ) 除在线诊断外, 部分感应式旋转编码器通过诊断接口提供一些安装方面的特殊信息, 例如安装尺寸输出安装信息必须由 OEM 公司激活, 也必须在安装完成后将其关闭更多信息, 参见 EnDat 应用说明工作数据除在线诊断外, 应用中的工作数据信息可保存在存储区 OEM 的参数内更多信息, 参见 OEM 的参数部分 16

17 配置 EnDat 接口允许设置多种功能, 例如数据传输或编码器的一般操作设置功能的不同 EnDat 数据字位于工作状态或工作参数存储区设置值通常都被保存并只需设置一次工作状态功能初始化恢复时间 : 10 µs t m 30 µs 可选 1.25 µs t m 3,75 µs( 模式指令数字 8 至 14 和 f CLK > 1 MHz) 如果需要非常短的周期时间, 设置较短的恢复时间多圈功能 : 允许连接后备电池供电的圈数计数器的编码器参考脉冲初始化 : 仅限需确定最佳参考点位置功能增量式编码器为日后应用预留以下功能, 因此尚不可设置 : 重复采样, 诊断复位 EnDat 2.2 周期工作的 I/O, 测头状态, 增量式编码器参考点回零可被关闭写保护客户可单独设置各 OEM 参数的写保护 ( 电子 ID 标签 ) 及 / 或工作参数 ( 例如原点平移 ) 工作参数原点平移这个功能就是电子原点设置, 使用户可以将编码器原点设置在应用环境中的原点位置诊断的配置该 EnDat 数据字激活所需评估数据用于传送诊断信息建议 : 所有可用的评估数据都需都被激活, 确保编码器预留功能有最多的信息地址分配和指令预留给未来通过 EnDat 接口的总线操作温度的阈值灵敏度达到温度阈值技术参数时编码器向后续电子电路发出报警信息温度值由编码器内的温度传感器提供温度传感器类型或相连温度传感器类型对于温度传感器 ( 例如 KTY 84 PT 1000 等 ) 的型号信息, 后续电子电路自动调整电机温度传感器并正确计算补偿值今后的编码器允许主动切换相连温度传感器类型信息的处理周期时间设置上一级控制系统发出 EnDat 请求的周期预留给未来应用 17

18 接口电源和开机供电电压编码器需要用直流稳压的电压 U P 电源供电有关所需电源和电流消耗信息, 参见相应技术参数所述值是在光栅尺或编码器端的测量值后续电子电路的电源供电 ( 供电点 ) 参见编码器技术参数 U P max. U P min. EnDat 2.2 编码器支持更大电源供电范围, 3.6 V 至 5.25 V 或 3.6 V 至 14 V 因此, 后续电子电路在电源设计中不需要修正由于电缆长度电缆截面积导致的电压衰减和电流消耗就能正常工作 ( 只适用于海德汉原厂电缆组件 ) 也就是说不需要用编码器传感器线监测编码器电压和用可控电源 ( 远程检测 ) 调整电源电压开始编码器启动特性集成电路需要大约 1.3 s 的初始化时间, 因此需要考虑初始化阶段 ( 参见右图的后续电子电路的时钟脉冲序列 ) 编码器响应数据初始化阶段结束后, 必须有一个确定的开机程序只能用 EnDat 2.1 模式指令执行该程序后续电子电路的时钟脉冲序列 50 ms 1 ms 时钟 800 ms t 1 任一 80 ms t ms 380 ms t ms 有效高电平或低电平未定义至少一个脉冲 (>125 ns) 或一个请求周期 *) 高阻抗编码器初始化阶段结束编码器复位编码器收到复位模式指令读取和缓存出错信息和报警信息对用后备电池供电的编码器, 工作状态错误源必须被读取, 然后进行特殊的故障处理删除出错信息和报警信息 ( 如果这样设置 ) 更多信息 : 海德汉编码器接口样本中的一般电气信息 xx 例如, 读取编码器参数 : - 传输位置值的时钟脉冲数 - 支持 EnDat 2.2 模式指令 - 其它参数开机程序 ( 简化后 ) 更多信息, 参见 EnDat 应用说明 18

19 连接技术连接件无增量信号的 EnDat 2.2 接口的编码器主要使用 8 针 M12 连接件, 但也用 9 针 M23 连接件 M12 接头在工业应用中十分广泛, 有以下优点 : 连接成本低尺寸小电缆易于在机器中布线连接电缆较小 ( 6 mm 而非以前的 8 mm) 可靠性高, 因为采用外部喷涂的连接技术带锁紧机构防振电缆最高数据传输频率 16 MHz 及大长度电缆对电缆提出极高技术要求海德汉电缆最适合这类应用, 尤其是专用于这类应用的电缆结构我们建议使用海德汉原厂电缆 HMC 6 伺服驱动的单电缆解决方案电机通常需要两条单独的电缆 : 一条电缆连接电机编码器一条电缆连接电机电源海德汉复合式电机电缆 HMC 6 将编码器电缆与电源电缆集成为一体因此, 现在电机与电气柜之间只需要一条电缆更多信息 : 样本 : 海德汉数控系统电缆和接头更多信息 : HMC 6 产品信息 EnDat 的部署为在后续电子电路中实施 EnDat 接口, 海德汉提供多种辅助工具 ( 参见网站中的实施部分 ): EnDat Demotool 软件 EnDat Demotool 软件需要一台 PWM 20 作为硬件基础 EnDat Demotool 软件为用户实施 EnDat 接口提供方便 : 以模式指令为基础与 EnDat 编码器通信记录 EnDat 指令序列 + 为 EnDat 主单元集成到控制回路中提供参考 EnDat 主单元 EnDat 主单元负责控制与海德汉公司 EnDat 编码器的通信它允许只将位置数据和附加数据传给上一级应用系统 EnDat 主单元可集成在微控制器 (µc 或 SoC) 或 FPGA ( 现场可编程门阵列 ) 或 ASIC 中如果时钟频率相对较低, 可选用 µc 方案 FPGA ASIC 或 SoC 集成方案主要用于纯串行高速传输频率的应用有多种集成方式 : MAZeT: 多种 FPGA 版本德州仪器 :C2000,Sitara 等 Renesas:RZ/T1 Hilscher:nextX 90 海德汉 :µc 和 EIB 74x 的演示代码 EnDat 故障注入对不正确数据传输的仿真在测试中非常有用 EnDat 故障注入功能允许在闭环中处理 EnDat 数据传输故障注入需要一台特殊的 PWM 20 的硬件基础技术资料 EnDat 技术参数 EnDat 应用说明 EnDat 研讨会有关问答及实施信息, 参见技术信息 :EnDat 有关 EnDat 主单元, 请访问 19

编码器概要 EnDat 接口的另一个优点是它能用于许多编码器 EnDat 接口的旋转编码器直线光栅尺及角度编码器可适应大量机床电子及自动化领域的应用要求有关 EnDat 2.2 接口编码器的更多信息, 参见 www.endat.de.

20 编码器概要 EnDat 接口的另一个优点是它能用于许多编码器 EnDat 接口的旋转编码器直线光栅尺及角度编码器可适应大量机床电子及自动化领域的应用要求有关 EnDat 2.2 接口编码器的更多信息, 参见中的编码器特性绝对式编码器直线光栅尺 LC 115/LC 415 LC 211 LIC 4000 LIC 4100 LIC 2100 ±5 µm ±3 µm 分辨率或测量步距 10 nm 1 nm 10 nm 1 nm 1 nm 至 50 nm 长度计 AT 1200 AT µm µm 角度编码器 RCN 2000/RCN 5000 RCN 8000 ECA 4000 ECN 200 ROC 2000/ROC 7000 ±5" ±2.5" 26 bit 28 bit 29 bit 取决于直径 25 bit 26 bits/28 bits 旋转编码器, 光学单圈 / 多圈旋转编码器, 感应式单圈 / 多圈增量式编码器 ECN 1113 / EQN 1125 ECN 1123/EQN 1135 ECN 1313 / EQN 1325 ECN 1325/EQN 1337 ECN 113/ECN 125 ECN 413 / EQN 425 ECN 425/EQN 437 ECN 1013 / EQN 1025 ECN 1023 / EQN 1035 ROC 413/ROQ 425 ROC 425/ROQ 437 ROC 1013/ROQ 1023 ROC 1023/ROQ 1025 ECI 1319/EQI 1331 ECI 1118/EBI ) ECI 1119/EQI 1131 ECI 119/EBI 135 2) ECI 4010 /EBI ) 13/25 bit 23/35 bit 13/25 bit 25/37 bit 13/25 bit 13/25 bit 25/37 bit 13/25 bit 23/35 bit 13/25 bit 25/37 bit 13/25 bit 23/35 bit 19/31 bit 18/35 bit 19/31 bit 19/35 bit 20/36 bit 分辨率直线光栅尺 LIP nm 模块型磁栅编码器 ERM 2410 带 14-bit 细分 1 V PP 输出信号的海德汉编码器用 EIB 如果需要功能安全特性版, 可根据要求提供 2) 多圈功能通过使用后备电池供电的多圈计数器实现 Z Z8 5 09/2017 H 中国印刷本产品信息是以前版本的替代版, 所有以前版本不再有效订购海德汉公司的产品仅以订购时有效版本的产品信息为准更多信息 : 海德汉光栅尺或编码器样本主单元组件说明 ( 详细接口技术参数 ( 请索取 ) 欢迎关注海德汉官方微信

控制器 EtherCAT EtherCAT EtherCAT 接下一个电机驱动模块 (X4) 接下一个电机驱动模块 (X5) X11 IN X4 IN X3 OUT X5 IN X6 OUT X2 X1 X4 IN X3 OUT X5 IN X6 OUT X2 X1 SYS STA DC BUS D

控制器 EtherCAT EtherCAT EtherCAT 接下一个电机驱动模块 (X4) 接下一个电机驱动模块 (X5) X11 IN X4 IN X3 OUT X5 IN X6 OUT X2 X1 X4 IN X3 OUT X5 IN X6 OUT X2 X1 SYS STA DC BUS D 控制器 thert thert thert 接下一个电机驱动模块 () 接下一个电机驱动模块 () 电机驱动模块电机驱动模块电源模块接下一个电机驱动模块 () 接下一个电机驱动模块 () 接下一个电机驱动模块 () 接下一个电机驱动模块 () X 0 X 0 4 /RK /RK 注注制动电阻阻值 Ω Φ 80: 适用电机驱动模块型号 8-M-XXXX--XX Φ : 适用电机驱动模块型号