ESCON: Verdrahtung der digitalen Ausgänge

Thema:

• Wie müssen die digitalen Ausgänge einer ESCON verdrahtet werden?
• Welche Konfigurationsmöglichkeiten stehen zur Verfügung?

Lösung:

Die ESCON Steuerungen besitzen zwei digitale Ausgänge, welchen mit dem ESCON Studio "Startup Wizard" verschiedene vordefinierte Funktionen zugeordnet werden können.

Digitale Ausgänge: DigOUT3, DigOUT4

Die technischen Daten der digitalen Ausgänge finden sich in der "Geräte-Referenz" (im Kapitel "Einstellungen / Digitale Eingänge/Ausgänge 3 und 4"), welche zu der jeweils vorhandenen ESCON Produktvariante gehört.

Beispiel: "ESCON 50/5" (Art.Nr. 409510):

Das interne Schaltungsdesign der digitalen ESCON Ausgänge beruht auf sogenannten "Open Drain" oder "Open Collector" Ausgängen, d.h. dass die Ausgänge gegen GND schalten, aber keine Versorgungsspannung selber abgeben.

Typischerweise wird deshalb ein externer Pull-up Widerstand benötigt, über welchen dem Ausgang und der Last die benötigte Versorgungsspannung zugeführt wird oder die Last ist direkt zwischen dem ESCON Ausgang (der auf GND schaltet) und der Versorgungsspannung angeschlossen.

Der Vorteil dieses Schaltungsdesign ist, dass der Ausgang bzw. die Last mit einem beliebiges notwendiges Spannungslevel versorgt werden kann (z.B. 5V, 12V oder 24V, solange die "Max. Eingangsspannung" der digitalen Ausgänge gemäss ESCON Geräte-Referenz nicht überschritten wird).

Weitere Hinweise zu dieser Schaltungsart finden sich auf Seite 30 von maxon's "Formelsammlung" too:

Verdrahtungsbeispiele:

Nachfolgend findet sich eine Auswahl von fünf typischen Verdrahtungsvarianten:


(1) Schalten einer LED oder Anzeigelampe (max. 36V) mit einem digitalen Ausgang der ESCON.

(2) Ansteuern des digitalen Eingangs einer SPS oder eines Microcontrollers mit einem digitalen Ausgang der ESCON.

(3) Schalten eines Relais mit einem digitalen Ausgang der ESCON.

(4), (5) Ansteuern eines Optokopplers mit einem digitalen Ausgang der ESCON.

Versorgungsspannung für die digitalen Ausgänge und Last

Die an dem Pull-up Widerstand oder der Last angeschlossene Versorgungsspannung ...

• ... muss auf die Anforderungen und Maximalspannung der Last abgestimmt sein.
  (z.B. SPS: typ. 24V  /  Anzeigelampelamp: typ. 12-24V  /  LED oder Microcontroller: typ. 3.3V oder 5V)
• ... darf nicht grösser sein als die in der ESCON "Geräte-Referenz" spezifizierte "Max. Eingangsspannung" der digitalen ESCON Ausgänge.

Pull-up Widerstand

Der Pull-up Widerstand muss so dimensioniert werden (R = U / I), dass ...

• ... der Strom für die Maximalanforderungen der Last ausreichend ist.
• ... der spezifizierte "Max. Laststrom" nicht überschritten wird (typ. 500 mA,  gemäss ESCON "Geräte-Referenz").

Den Eingang einer übergeordneten Steuerung ansteuern

Falls der ESCON Ausgang den Eingang einer übergeordneten Steuerung (z.B. Microcontroller, SPS) ansteuern soll wie in Beispiel (2), so muss ...

• ... der Pull-up Widerstand (typ. 1 ... 10 kOhm) zwischen dem digitalen Ausgang der ESCON und einer Versorgungsspannung angeschlossen werden. Die Versorgungsspannung muss auf den notwendigen logisch '1' Spannungspegel zur Ansteuerung der übergeordneten Steuerung abgestimmt sein.
  • Ein SPS Eingang benötigt typisch einen Spannungspegel von 24V.
  • Der erforderliche Spannungspegel zur Ansteuerung eines Microcontroller- oder Prozessoreingangs ist typischerweise 3.3V oder 5V. Bitte entnehmen Sie die entsprechende Information dem Datenblatt des übergeordneten Microcontrollers. Ein zu hoher Spannungspegel kann diesen beschädigen!
• ... der ESCON Ausgang direkt an den Eingang der übergeordneten Steuerung angeschlossen werden.
• ... der GND der ESCON, der übergeordneten Steuerung und der Versorgungsspannung verbunden sein.

Konfigurierbare Ausgangsfunktionen

Es stehen verschiedene vordefinierte Funktionen zur Verfügung, die jedem digitalen Ausgang der ESCON mit dem ESCON Studio "Startup Wizard" zugewiesen werden können:

• Stopp:
  "Stopp" ist eine Funktion falls der Anschlusspin der ESCON als digitaler Eingang (und nicht Ausgang) verwendert werden soll. In diesem Fall wird der Antrieb über ein Eingangssignal gestoppt.
• Bereit:
  Die Funktion "Bereit" signalisiert den Betriebszustand (bzw. Fehlerzustand) der ESCON.
• Drehzahl- bzw. Strom-Komparator:
  Der digitale Ausgang wird entsprechend der aktueller Motordrehzahl oder dem Motorstrom abhängig von konfigurierten Grenzwerten aktiviert / deaktiviert.
  
  • Limite:
    Das Signal wird und bleibt aktiviert, so lange der aktuelle Istwert (Drehzahl bzw. Motorstrom) den konfigurierten Grenzwert erreicht oder übersteigt.
  • Bereich:
    Das Signal wird und bleibt aktiviert, so lange der aktuelle Istwert (Drehzahl bzw. Motorstrom) innerhalb eines konfigurierten Bereichs ist.
  • Abweichung:
    Das Signal wird und bleibt aktiviert, so lange die Drehzahl- bzw. Stromabweichung innerhalb des konfigurierten Bereichs um den externen oder internen Sollwert ist. Hiermit kann erkannt werden, ob der Antrieb den resultierenden Profilvorgaben eines externen Sollwerts und der Konfigurationsparameter (z.B. Beschleunigungs- und Bremsrampen) folgen kann.
• Kommutierungsfrequenz:
  Diese Funktion steht nur bei EC Motoren (= bürstenlosen Antrieben) zur Verfügung. Am digitalen Ausgang wird eine Frequenz ausgegeben, die der elektrische Frequenz (= 1 Puls pro elektrischer Umdrehung) entspricht.
  Hinweis:
  Bei einem EC-Motor mit mehreren Polpaaren muss diese Frequenz (extern) durch die Anzahl an Polpaaren geteilt werden um die mechanische Drehzahl der Motorwelle zur erhalten.

Konfigurierbare Ausgangspolarität

Die Polarität jedes digitalen Ausgangs kann mit dem "Startup Wizard" von ESCON Studio konfiguriert werden:

• Hoch (High) aktiv:
  Aktivierung des Zustands bei positiver Logik '1'
  => Der "Open Collector" Ausgang der ESCON ist auf GND leitend (d.h. tiefe Impedanz) falls kein Fehlerzustand vorhanden ist. Die Spannung an dem ESCON Ausgang ist in diesem Fall "Tief = Low" bzw. ca. 0V.
  • Verdrahtungsbeispiel (1):
    Die LED leuchtet weil der Strom über den externen Pull-up Widerstand durch die LED und ESCON's leitenden internen Ausgangstransistor auf GND fliessen kann.
  • Verdrahtungsbeispiel (2):
    Eine SPS (bzw. Microcontroller) sieht eine Spannung von ca. 0V an ihrem Eingang (Logik "0"), da ESCON's interner Transistor leitend ist und auf GND verbindet.
  • Verdrahtungsbeispiel (3):
    Das Relais ist eingeschaltet weil der Strom durch die Relaiswicklungen über ESCON's leitenden internen Ausgangstransistor auf GND fliessen kann.
  • Verdrahtungsbeispiel (4):
    Der Optokoppler ist eingeschaltet weil der Strom durch den externen Pull-up Widerstand durch die LED des Optokopplers und ESCON's leitenden internen Ausgangstransistor auf GND fliessen kann.
  • Verdrahtungsbeispiel (5):
    Der Optokoppler ist deaktiviert weil der Strom durch ESCON's leitenden internen Ausgangstransistor auf GND fliesst und nicht über die LED des Optokopplers.
    
    
• Tief (Low) aktiv:
  Aktivierung des Zustands bei negativer Logik '0'
  => Der "Open Collector" Ausgang der ESCON ist gesperrt falls kein Fehlerzustand vorhanden ist. Ein Stromfluss durch ESCON's internen Transistor auf GND ist blockiert und die Spannung am Ausgang entspricht ungefähr der Pull-up Spannung.
  • Verdrahtungsbeispiel (1):
    Die LED leuchtet nicht weil der Stromfluss durch die LED über ESCON's internen Ausgangstransistor blockiert ist (d.h. keine leitende Verbindung zu GND besteht).
  • Verdrahtungsbeispiel (2):
    Die SPS (bzw. Microcontroller) registriert die Pull-up Spannung an ihrem Eingang (z.B. 24V, d.h. Logik "1"), weil der Stromfluss durch den internen Ausgangstransistor der ESCON blockiert ist und der Pull-up Spannungspegel an dem Eingang der SPS (bzw. Microcontroller) anliegt.
  • Verdrahtungsbeispiel (3):
    Das Relais ist ausgeschaltet weil der Stromfluss durch die Relaiswicklungen über ESCON's internen Ausgangstransistor blockiert ist (d.h. keine leitende Verbindung zu GND besteht).
  • Verdrahtungsbeispiel (4):
    Der Optokoppler ist ausgeschaltet weil der Stromfluss durch die LED über ESCON's internen Ausgangstransistor blockiert ist (d.h. keine leitende Verbindung zu GND besteht).
  • Verdrahtungsbeispiel (5):
    Der Optokoppler ist eingeschaltet weil der Stromfluss über ESCON's internen Ausgangstransistor gegen GND blockiert ist. Der Strom fliesst in diesem Fall von der Pull-up Spannung über den externen Pull-up Widerstand und die interne LED des Optokopplers läuft.