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Digitale oder analoge Interfaces?
Die Anbindung des Piezocontrollers über eine analoge Schnittstelle ermöglicht eine hohe Bandbreite und ist am weitesten verbreitet. Sie wird vor allem dann gewählt, wenn das verwendete Steuersignal als Analogsignal vorliegt. Analoge Schnittstellen ermöglichen Echtzeitbetrieb, was PCgestützte Systeme nach wie vor vor große Schwierigkeiten stellt.
Anders, wenn keine analogen Signale bereitstehen, oder die Quelle des Steuersignal so weit vom Controller entfernt ist, dass die Signalqualität nicht gewährleistet ist. Dann ist die digitale Signaleinspeisung notwendig – die übrigens nicht mit digitaler Signalverarbeitung zu verwechseln ist.
Digitale Signale können über Kupferkabel übertragen werden oder über optische Fasern, die gegenüber elektromagnetischen Störsignalen vollständig immun sind.
Unterstützte digitale Schnittstellen
PI Controller verfügen über schnelle TCP/IP, USB und RS-232 Interfaces (Details im jeweiligen Datenblatt). Die Bewegungskommandos werden direkt in SI-Einheiten eingegeben (z. B. Mikrometer und Mikroradian), was Programmierung und Bedienung deutlich vereinfacht. Zusätzlich können die Parameter für die Regelung, Tiefpass- und Notchfilter einfach angepasst und in einem nichtflüchtigen Speicher erfasst werden.
Optional bietet eine Parallelschnittstelle (PIO) die Möglichkeit, den Kommandoparser zu umgehen und bis zu 20000 Positionen pro Sekunde zu lesen oder zu schreiben. Mit schnellen PCI Schnittstellen erreicht man so Datentransferraten bis zu 1 MHz.
Bandbreite der Schnittstelle und Timing
Piezogetriebene Versteller führen innerhalb von Milli- oder gar Mikrosekunden eine kommandierte Bewegung aus.
Infolgedessen besitzt die Synchronisation von Bewegungen mit anderen Ereignissen einen hohen Einfluss in der Automatisierung, wie zum Beispiel in der Mikroskopie oder der Bildgebung. USB-Schnittstellen sind beispielsweise daraufhin ausgelegt, große Datenpakete möglichst schnell zu übertragen, das Timing spielt dabei eine untergeordnete Rolle. Bei Hochgeschwindigkeits-Tracking oder -Scanning Aufgaben ist die Übertragung kurzer Befehle ohne Verzögerung wichtiger als die Übertragung großer Datenmengen.
Verschiedene Faktoren beeinflussen das Verhalten digitaler Schnittstellen: Das Timing des Betriebssystems auf der Host-Seite, das Übertragungsprotokoll, die Bandbreite der Schnittstelle und die Verarbeitungszeit des Interfaces für Befehle auf der Controllerseite. Parallelschnittstellen erfordern kein Kommandoparsing und bieten das beste Verhältnis von Durchsatz und Timing.
Darüber hinaus ist die Bandbreite des Positioniersystems von Belang. Langsamere Systeme mit einer Resonanzfrequenz von z.B. 100 Hz profitieren weniger von einer schnellen Datenübertragung als schnelle Scanner.
Analoge Ein- und Ausgänge
Optional erhältliche Analogeingänge können beliebig konfiguriert werden: Wahlweise als Steuereingang, wobei die angelegte Spannung die Sollposition vorgibt, oder als externer Sensorwert, z.B. für ein Autofokus Signal.
Optionale Analogausgänge steuern externe Linearverstärker oder dienen als Sensorsignaloder Spannungsmonitor.
Die einzelnen Datenblätter geben Auskunft über die Verfügbarkeit und den Spannungsbereich der analogen Ein- und Ausgänge. Üblicherweise beträgt der Spannungsbereich ±10 V.
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