{"id":17729,"date":"2021-02-16T09:00:01","date_gmt":"2021-02-16T08:00:01","guid":{"rendered":"https:\/\/blog.wika.com\/de\/?p=17729"},"modified":"2021-08-31T10:09:10","modified_gmt":"2021-08-31T08:09:10","slug":"canopen-digitale-statt-analoge-signale","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.wika.com\/de\/know-how\/canopen-digitale-statt-analoge-signale\/","title":{"rendered":"CANopen: digitale statt analoge Signale"},"content":{"rendered":"<p><strong>Im Gegensatz zu einem analogen Signal, das als physikalische Gr\u00f6\u00dfe kontinuierliche Werte annehmen kann, besteht ein digitales Signal aus diskreten Werten. Mir pers\u00f6nlich kommen dabei immer lange Zahlenreihen aus Nullen und Einsen in den Sinn, die durch den Raum schweben: 0101 0111 0100 1001 0100 1011 0100 0001 0011 1101 0101 0001 0111 0101 0110 0001 0110 1100 0110 1001 0111 0100 0110 0001 0110 0101 0111 0100.<\/strong><\/p>\n<p>Als digitales Signal hat sicher jeder schon einmal den Begriff CANopen geh\u00f6rt. CANopen ist ein auf CAN basierendes Kommunikationsprotokoll, um das sich seit 1995 die Organisation CAN in Automation (CiA) k\u00fcmmert. Es ist als Standard in der europ\u00e4ischen Norm EN 50325-4 festgehalten. Das Protokoll wurde als ein standardisiertes, eingebettetes Netzwerk mit hochflexiblen Konfigurationsm\u00f6glichkeiten entwickelt.<\/p>\n<h2>Wof\u00fcr braucht es CANopen?<\/h2>\n<p>Allgemein beschrieben stellt CANopen mehrere Kommunikationsobjekte zur Verf\u00fcgung, die es erm\u00f6glichen, das gew\u00fcnschte Netzwerkverhalten in einem Ger\u00e4t zu implementieren. Mit diesen Kommunikationsobjekten k\u00f6nnen Ger\u00e4te bzw. Sensoren angeboten werden, die Prozessdaten kommunizieren, ger\u00e4teinterne Fehlerzust\u00e4nde anzeigen oder das Netzwerkverhalten beeinflussen und steuern k\u00f6nnen.<\/p>\n<h2>Ausgangssignale n\u00e4her betrachtet<\/h2>\n<p>Doch was hei\u00dft das \u00fcberhaupt und warum lohnt es sich, die bew\u00e4hrten Analogsignale digital zu ersetzen? Dieser Beitrag beleuchtet m\u00f6glichst allgemein verst\u00e4ndlich die f\u00fcnf Bereiche: Genauigkeit, Zuverl\u00e4ssigkeit, Diagnostik, Systemarchitektur und Handhabbarkeit des digitalen Ausgangsignals CANopen, das standardm\u00e4\u00dfig f\u00fcr WIKA-Sensoren angeboten wird.<\/p>\n<h2>1) Fehleranf\u00e4lligkeit<\/h2>\n<p>Bereits 2015 zeigte eine genaue Analyse der Unterschiede in der Genauigkeit zwischen analogen und CANopen-Sensoren der beiden WIKA-Kollegen Bildstein &amp; Heusel (Digital transmission in pressure sensors, WIKA Alexander Wiegand SE &amp; Co. KG, CAN-Newsletter, 1\/2015, CAN in Automation, pp. 24-27) die h\u00f6here Fehleranf\u00e4lligkeit analoger Sensoren. Diese r\u00fchrt daher, dass das Signal gleich dreifach gewandelt wird: erst von analog zu digital (AD), dann zur\u00fcck von digital auf analog (DA), um schlie\u00dflich in der Steuerung erneut digitalisiert zu werden. Typischerweise wird das Signal sogar zus\u00e4tzlich noch linearisiert, was zu weiteren Fehlern f\u00fchrt.<\/p>\n<p>Der schw\u00e4chste Punkt analoger Messtechnik ist der Signalweg vom Sensor \u00fcber die Verkabelung mit Steckverbindung in das Endger\u00e4t. Nur wenn das Signal den typischen Bereich verl\u00e4sst, kann ein Fehler erkannt werden. Auch kann der Sensor nicht \u00fcber das Signal identifiziert werden.<\/p>\n<h2>2) Verl\u00e4sslichkeit<\/h2>\n<p>Der Vorteil eines digitalen Signals liegt die Verl\u00e4sslichkeit betreffend darin, dass genau festgelegt ist, welche Art von Werten erwartet werden. Die \u00fcbertragenen Bits k\u00f6nnen durch feste Felder sowie durch die Nachrichtenl\u00e4nge auf Plausibilit\u00e4t \u00fcberpr\u00fcft werden. Wird beispielsweise ein Paket mit 16 Ziffern (z. B. 0101 0111 0100 1001) erwartet, wovon aber nur 14 ankommen, ist klar, dass w\u00e4hrend der \u00dcbertragung etwas schiefgelaufen ist. Dadurch sinkt die Fehleranf\u00e4lligkeit aufgrund externer Einfl\u00fcsse erheblich. Auch eine Zeit\u00fcberschreitung bei der Daten\u00fcbermittlung l\u00e4sst auf Fehler schlie\u00dfen.<\/p>\n<p>Weiterhin kommt es im Endeffekt bei einem digitalen Signal nur darauf an, 0 und 1 richtig zu erkennen. Ob das Signal 0 V oder 0,5 V betr\u00e4gt, tut nichts zur Sache, da es immer noch als 0 erkannt wird. Dadurch haben beispielsweise Temperaturschwankungen, Rauschen oder elektromagnetische St\u00f6rungen weniger Chancen, das Signal zu st\u00f6ren.<\/p>\n<h2>3) Diagnose<\/h2>\n<p>Die sogenannte Signalsprung-Elektronik wurde speziell f\u00fcr bestimmte Kraftsensoren entwickelt. Durch sie kann \u00fcberpr\u00fcft werden, ob die entsprechenden Sensoren noch das erwartete analoge Ausgangssignal zur\u00fccksenden. Die Regel sind solche speziellen Schaltungskreise aber nicht.<\/p>\n<p>Eine detaillierte \u00dcberpr\u00fcfung der Systemstruktur, also beispielsweise welche Art von Ger\u00e4t in welcher Position installiert ist, wie auch eine Verifikation der digitalen Sensoren geh\u00f6rt auf der anderen Seite zum standardisierten Anlaufprozess. Auch w\u00e4hrend des Betriebs kann ein digitales Signal immer wieder verifiziert werden (z. B. \u00fcber das Heartbeat-Protokoll oder Timeouts). Dies ist mit analogen Sensoren nicht m\u00f6glich.<\/p>\n<p>\u00dcber einen Bus kann \u00fcbrigens nicht nur ein Signal verschickt werden, sondern beliebig viele weitere Informationen. So k\u00f6nnen beispielsweise unterschiedliche Messgr\u00f6\u00dfen innerhalb eines Sensors versendet werden: Kraft und Temperatur, Druck und F\u00fcllstand oder ganz andere Kombinationen.<\/p>\n<h2>4) Erweiterung des Systems<\/h2>\n<p>Ein gro\u00dfer Vorteil eines digitalen Systems ist die Zusammenf\u00fchrung der Signale. In einer Steuerung k\u00f6nnen bis zu 127 Kan\u00e4le zusammengef\u00fchrt werden. Wird mit weniger gestartet, ist eine sp\u00e4tere Erweiterung der Systemarchitektur kein Problem. Zudem ist die Verkabelung einfach und die Steuerungen werden g\u00fcnstiger, da keine 127 hochgenaue, analoge Kan\u00e4le notwendig sind.<\/p>\n<h2>5) Wiederverwendbarkeit und Wartungsfreundlichkeit<\/h2>\n<p>F\u00fcr einen Austausch und eventuelle Anpassungen bieten analoge Sensoren Vorteile. Werden die standardisierten Ausgangssignale verwendet, k\u00f6nnen die Ger\u00e4te herstellerunabh\u00e4ngig ohne \u00c4nderungen in der Anwendungssoftware einfach ausgetauscht oder erneuert werden. Dadurch vereinfachen sich Logistikprozesse und das Risiko, das Systemverhalten zu beeinflussen, gibt es nicht. In der Praxis hat sich f\u00fcr digitale Sensoren gezeigt, dass es keine zwei Hersteller gibt, die zu 100 % die gleichen Objekte anbieten.<\/p>\n<p>Daf\u00fcr wird aber der gesamte Skalierungs- und Kalibrierungsprozess auf jedem digitalen Sensor selbst durchgef\u00fchrt: wenn beispielsweise ein 150 bar Drucksensor gegen einen 250 bar-Drucksensor getauscht wird, ist das kein Problem. Eine \u00c4nderung der Steuerungsparametrierung ist nicht mehr notwendig, kalibriert werden die Sensoren nur beim Hersteller.<\/p>\n<h2>Fazit zu CANopen und analogen Signalen<\/h2>\n<p>\u201eNever change a winning team\u201d k\u00f6nnte auch auf die Sensorik eines Systems zutreffen. Solange die Sensorik mit den althergebrachten Analogsignalen einwandfrei funktioniert, gibt es sicher keinen Anlass, das Gesamtsystem zu st\u00f6ren. Wenn es aber um Erweiterungen, Reparaturen oder Erneuerungen geht, sollten die Vorteile eines digitalen Ausgangssignals durchaus in Erw\u00e4gung gezogen werden. Fragen kostet schlie\u00dflich nichts.<\/p>\n<p><strong>Hinweis<\/strong><br \/>\n<span>Weitere Informationen zu unseren Produkten erhalten Sie auf der<a href=\"https:\/\/www.wika.com\/de-de\/produkte.WIKA\" rel=\"external\" target=\"_blank\"> WIKA-Webseite<\/a>. F\u00fcr weitergehende Fragen steht Ihnen Ihr <\/span><a href=\"https:\/\/www.wika.com\/de-de\/kontakt.WIKA\" target=\"_blank\" rel=\"external noopener noreferrer\">Ansprechpartner<\/a><span>\u00a0gerne zur Verf\u00fcgung.<\/span><\/p>\n<p><strong>Lesen Sie auch unsere Beitr\u00e4ge<br \/>\n<\/strong><a href=\"https:\/\/blog.wika.com\/de\/know-how\/kraft-was-ist-das-eigentlich\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\">Kraft &#8211; was ist das eigentlich?<\/a><br \/>\n<a href=\"https:\/\/blog.wika.com\/de\/allgemein\/unsere-welt-in-zahl-und-messung\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\">Unsere Welt in Zahl und Messung<\/a><br \/>\n<a href=\"https:\/\/blog.wika.com\/de\/know-how\/drucksensor-mit-ic-kommunikation-moeglichkeiten-und-randbedingungen\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener noreferrer\">Drucksensor mit I\u00b2C-Kommunikation &#8211; M\u00f6glichkeiten und Randbedingungen<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Im Gegensatz zu einem analogen Signal, das als physikalische Gr\u00f6\u00dfe kontinuierliche Werte annehmen kann, besteht ein digitales Signal aus diskreten Werten. 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