Die EnDat 3-Kommunikation

Die Schnittstelle EnDat 3 benötigt

  • für die Kommunikation zwei Adern
  • in der Regel zwei weitere Adern für die Spannungsversorgung des Messgeräts

Die Gleichanteilsfreiheit des digitalen Datenstroms erlaubt es, die Kommunikation auf die Versorgungsadern zu modulieren und damit die Anzahl der Adern für bestimmte Anwendungen (z. B. Hybrid-Motorkabel) auf insgesamt zwei Adern zu reduzieren.

Die EnDat 3-Schnittstellenspezifikation folgt einem an OSI orientierten Schichtenmodell:

  • Die Messgeräteseite der Schnittstelle wird als Slave bezeichnet
  • Die Seite der Folge- Elektronik wird als Master bezeichnet

Die Kommunikation erfolgt im Halbduplexverfahren:

  • Ein Kommunikationszyklus besteht aus einem Request des Masters und einer darauffolgenden Response des Slaves 
  • Die Kommunikation zwischen Master und Slave ist in die Foreground- und die Background-Kommunikation unterteilt

Foreground-Kommunikation

Die Foreground-Kommunikation ist für Daten vorgesehen, die im Kommunikationszyklus (z. B. Reglertakt) zur Verfügung stehen sollen.

  • Request und Response sind in Frames mit fester Länge strukturiert. Sie werden jeweils von einer Preamble (PRE) eingeleitet und von einer Postamble (POST) abgeschlossen
  • Über den Request REQ wird die Kommunikation mit dem Messgerät gesteuert bzw. werden bestimmte Aktionen im Messgerät (z.B. Löschen von Fehlermeldungen etc.) ausgelöst
  • Der REQ bestimmt damit auch die Inhalte der Response
  • Unabhängig vom Inhalt des REQ gliedert sich die Response nach der zeitlichen Abfolge in hochpriore und niederpriore Daten. 

Die Response enthält:

Einen HPF (High Priority Frame)
Der HPF überträgt typischerweise die Position des Messgeräts. Je nach Messgerät können auch andere Informationen definiert werden, die im HPF übertragen werden

Einen LPH (Low Priority Header)
Der LPH enthält Statusinformationen über die folgenden Dateninhalte. Er überträgt auch Informationen zur Anzahl der übertragenen LPF und zur Sendeliste. Die Sendeliste beschreibt die zeitliche Abfolge der LPF in den einzelnen Kommunikationszyklen

Optional bis zu 15 LPF (Low Priority Frames)
Die LPF übertragen Zusatzinformationen wie

  • Diagnosewerte
  • Sensorinformationen
  • Redundante Informationen für die Funktionale Sicherheit

Die LPF bei EnDat 3 sind eine Erweiterung des Konzepts der Zusatzinformationen bei EnDat 2.2. Die Umschaltung zwischen verschiedenen LPF erfolgt nach einer vorher im Speicher des Messgeräts konfigurierten Sendeliste und bedarf keines Eingriffs durch die Folge-Elektronik im Reglertakt.

Die Konfiguration der Sendeliste erfolgt entweder flüchtig nach jedem Neustart oder dauerhaft im permanenten Speicher des Messgeräts. Im laufenden Betrieb bestimmt die Sendeliste, welche LPF von Zyklus zu Zyklus in der Response enthalten sind. Es können bis zu acht verschiedene Sendelisten im Speicher abgelegt werden. Die Art des Request bestimmt, welche Sendeliste aktiv ist, und erlaubt damit eine schnelle und flexible Reaktion der Folge-Elektronik auf verschiedene Betriebszustände.

Im Folgenden ist ein Kommunikationszyklus exemplarisch dargestellt:

  • Ein vollständiger Zyklus enthält immer die weiß dargestellten Teile
  • Optional sind zusätzlich bis zu 15 LPF (grau gekennzeichnet) möglich
  • Die Protokollinhalte REQ, HPF, LPH und die einzelnen LPF sind jeweils über einen CRC (Cyclic Redundancy Check) abgesichert

       

Background-Kommunikation

Zusätzlich gibt es Aufgaben mit einer niedrigeren zeitlichen Anforderung, z. B. Lesen und Schreiben des Messgerätespeichers. Für diese Aufgaben ist bei EnDat 3 ein Background-Kanal definiert. Die Background- Kommunikation ist eingebettet in die Foreground- Kommunikation und benutzt deren Frames (REQ, LPH, LPF) als Transportcontainer. Damit erlaubt der Background-Kanal z.B. ein Lesen und Schreiben des Messgerätespeichers im Reglertakt. Allerdings gibt es für den Background-Kanal keine Echtzeitanforderungen.

Busbetrieb

Für spezielle Applikationen bietet EnDat 3 neben dem Punkt-zu-Punkt Betrieb die Möglichkeit einer Kommunikation im Busbetrieb. Dann wird der Request um einen Bus Request Frame vor dem normalen Request Frame erweitert. Dadurch können Responses mehrerer Teilnehmer in einem Kommunikationszyklus erfolgen.

Diagnose

Über EnDat ist eine weitgehende Überwachung und Diagnose des Messgerätes ohne zusätzliche Leitung möglich. Die Diagnose gilt als wesentliche Voraussetzung für die hohe Verfügbarkeit des Gesamtsystems und generiert dafür:

  • Bewertungszahlen
  • Fehlermeldungen
  • Warnungen

Entscheidende Faktoren sind:

  • Planbarkeit des Maschineneinsatzes
  • Unterstützung des Servicetechnikers vor Ort
  • Einfache Beurteilung der Funktionsreserve des Messgeräts
  • Vereinfachung der Fehlersuche im Reparaturfall
  • Erstellung aussagekräftiger Qualitätsstatistiken

Zur Bewertung der Funktionalität des Messgerätes können bei EnDat-Geräten sogenannte Bewertungszahlen zyklisch aus dem Messgerät ausgelesen werden.

Die Bewertungszahlen

  • geben den aktuellen Zustand des Messgeräts wieder
  • bestimmen die Funktionsreserve eines Messgeräts

Ihre Skalierung ist für alle HEIDENHAIN-Messgeräte identisch. Damit ist eine durchgängige Bewertung möglich.

Zusammen mit weiteren Sensordaten bilden die Funktionsreserven die Basis für Condition Monitoring und Predictive Maintenance durch die übergeordnete Folgeelektronik.

       

Systeminformationen

Systeminformationen, also das sogenannte elektronische Typenschild, stehen über EnDat sowohl zum Messgerät als auch zum System zur Verfügung:

  • Die Messgeräte-Parameter, also alle zur Inbetriebnahme notwendigen Parameter des Messgeräts, sind im Messgerät gespeichert.
  • Systemparameter können vom OEM bzw. Anlagenbauer im Speicher des Messgeräts abgelegt werden. Die Zugangsbereiche können über Passwörter geschützt werden.
  • Zustandsdaten des Systems oder des Prozesses, die sogenannten Betriebszustandsdaten, können im Regelbetrieb im Messgerät abgelegt werden. Betriebszustandsdaten kann das Messgerät auch selbstständig erfassen.

Zugriffssteuerung

Speicherbereiche können durch die entsprechende Benutzer-Authentifizierung auf verschiedenen Ebenen geschützt werden. Als Zugriffsebenen stehen OEM1, OEM2 und Benutzer zur Verfügung. Die Authentifizierung erfolgt über ein 32-Bit-Passwort. Bei Auslieferung sind OEM1, OEM2 und Benutzer offen und können durch verschiedene Passwörter geschützt werden.

Außerdem können Single- und Multiturninformationen unabhängig voneinander eingestellt und geschützt werden.

Typische Anwendungen sind:

  • OEM1 (Motorenhersteller): Singleturn ist eingestellt und OEM1-Speicher wird beschrieben. Dafür ist ein Passwort festgelegt, der OEM1-Bereich ist geschützt
  • OEM2 (Maschinenhersteller): Multiturn ist eingestellt und OEM2-Speicher wird beschrieben. Dafür ist ein separates Passwort festgelegt, der OEM2-Bereich ist geschützt
  • Benutzer (Kunde): Benutzer-Speicher kann beschrieben werden. Dafür ist ein separates Passwort festgelegt, der Benutzer-Bereich ist geschützt  

EnDat Master

Der EnDat 3 Master übernimmt die Kommunikation zu den EnDat 3-Messgeräten von HEIDENHAIN. Damit wird auf einfache Weise die Übermittlung der über die EnDat 3-Schnittstelle übertragenen Informationen an die übergeordnete Applikation ermöglicht. Aufgrund der hohen Übertragungsfrequenzen wird üblicherweise ein FPGA oder ASIC verwendet. Für die Integration in ein FPGA oder ASIC ist von HEIDENHAIN ein EnDat 3 Master als VHDL-Code verfügbar.

EnDat 3 Evaluation Board

Die EnDat 3 Evaluation Board Software (im Folgenden als „Software“ bezeichnet) erlaubt zusammen mit einem EnDat 3 Evaluation Board einen umfangreichen Test der EnDat 3-Schnittstelle. Das EnDat 3 Evaluation Board kann dabei als EnDat 3 Master verwendet werden und erlaubt so zusammen mit der Software eine direkte Kommunikation mit dem Messgerät bzw. die Kommunikation mit einer externen API.