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Anhang
9.11.1.8
Zeitliche Aspekte der analog/digital Wandlung
Die Umwandlung des stetigen analogen elektrischen Eingangssignals in eine wertdiskrete digitale und
maschinenlesbare Form wird in den Beckhoff analogen Eingangsbaugruppen EL/KL/EP mit sog. ADC
(analog digital converter) umgesetzt. Obgleich verschiedene ADC-Technologien gängig sind, haben sie alle
aus Anwendersicht ein gemeinsames Merkmal: nach dem Ende der Umwandlung steht ein bestimmter
digitaler Wert zur Weiterverarbeitung in der Steuerung bereit. Dieser Digitalwert, das sog. Analoge
Prozessdatum, steht in einem festen zeitlichen Zusammenhang mit der „Ur-Größe", dem elektrischen
Eingangswert. Deshalb können für Beckhoff analoge Eingangsgeräte auch entsprechende zeitliche
Kenndaten ermittelt und spezifiziert werden.
In diesen Prozess sind mehrere funktionale Komponenten involviert, die mehr oder weniger stark ausgeprägt
in jeder AI (analog input) Baugruppe wirken:
• die elektrische Eingangsschaltung
• die Analog/Digital-Wandlung
• die digitale Weiterverarbeitung
• die finale Bereitstellung der Prozess- und Diagnosedaten zur Abholung an den Feldbus (EtherCAT, K-
Bus etc.)
Abb. 385: Signalverarbeitung Analogeingang
Aus Anwendersicht sind dabei zwei Aspekte entscheidend:
• „Wie oft bekomme ich neue Werte?", also eine Sampling-Rate im Sinne einer Schnelligkeit in Bezug
auf das Gerät/den Kanal
• Wieviel Verzögerung verursacht die (gesamte) AD-Wandlung des Gerätes/des Kanals?
Also Hard- und Firmware-Teile in toto. Aus technologischen Gründen muss zur Bestimmung dieser
Angabe die Signalcharakteristik betrachtet werden: je nach Signalfrequenz kann es zu
unterschiedlichen Laufzeiten durch das System kommen.
Dies ist die „äußere" Betrachtung des Systems „Beckhoff AI Kanal" – intern setzt sich insbesondere die
Signalverzögerung aus den verschiedenen Anteilen Hardware, Verstärker, Wandlung selbst, Datentransport
und Verarbeitung zusammen. Auch kann ggf. intern eine höhere Abtastrate verwendet werden (z.B. bei
deltaSigma-Wandlern) als „außen" aus Anwendersicht angeboten wird. Dies ist aber für ein nutzseitige
Betrachtung der Komponente „Beckhoff AI Kanal" normalerweise ohne Belang bzw. wird entsprechend
spezifiziert, falls es doch für die Funktion relevant ist.
Damit können für Beckhoff AI Geräte folgende Spezifikationsangaben zum AI Kanal aus zeitlicher Sicht für
den Anwender angegeben werden:
1. Minimale Wandlungszeit [ms, µs]
Dies ist der Kehrwert der maximalen Sampling-Rate [Sps, Samples per second]:
Gibt an, wie oft der analoge Kanal einen neu festgestellten Prozessdatenwert zur Abholung durch den
Feldbus bereitstellt. Ob der Feldbus (EtherCAT, K-Bus) diesen dann auch genauso schnell (also im
Gleichtakt), schneller (weil der AI Kanal im langsame FreeRun läuft) oder langsamer (z.B. bei Oversampling)
abholt, ist dann eine Frage der Einstellung des Feldbusses und welche Betriebsmodi das AI Gerät
unterstützt.
Bei EtherCAT Geräten zeigt das sog. ToggleBit bei den Diagnose-PDO an (indem es toggelt), dass ein neu
ermittelter Analogwert vorliegt.
Entsprechend kann eine maximale Wandlungszeit, also eine minimal vom AI Gerät unterstützte
Samplingrate spezifiziert werden.
Entspricht IEC 61131-2 Kap 7.10.2 2) „Abtast-Wiederholzeit"
886
Version: 2.11
ELM3xxx
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