Technische Information

EnDat 3: Bewährte Schnittstellentechnologie
konsequent weiterentwickelt
EnDat ist die ideale Schnittstelle für digitale Antriebssysteme und Lageregelkreise mit Positionsmessgeräten zur Messwerterfassung.
Denn EnDat gewährleistet eine schnelle Datenübertragung mit hoher Übertragungssicherheit. Darüber hinaus überträgt die serielle
Schnittstelle weitere Daten wie antriebsspezifische Kennwerte, Sensorikdaten etc. Die Einbindung der Messgeräte in Routinen zur­Fehlererkennung und umfassende Diagnosemöglichkeiten sorgen für eine hohe Systemsicherheit.
Dank dieser Vorteile und Merkmale hat sich EnDat als Standard und weltweit anerkannte Schnittstelle für Positionsmessgeräte in den­Applikationen Werkzeugmaschine, Elektronikindustrie und Automatisierung etabliert. Für die Hersteller von Maschinen und Anlagen steht
ein breites Messgeräteportfolio verschiedener Hersteller mit unterschied­lichen Messprinzipien zur Wahl. Damit können sie immer daspassende EnDat-Messgerät für die jeweilige Anwendung und die spezifischen Anforderungen nutzen.
EnDat 3 überführt die Eigenschaften und Vorteile von EnDat in die Zukunft einer digitalen Fertigung. Dafür setzt EnDat 3 auf eine neue­Architektur, die Bewährtes weiterführt und bestmöglich die Durchgängigkeit und Kompatibilität zu den Vorgängerschnittstellen aufrecht­
erhält.
Neu bei EnDat 3 sind:• Datenübertragung im Hybridkabel• Bus-Topologien• Sensorik: Flexibilität der Dateninhalte und Sensorbox• Funktionale Sicherheit: Kommunikation nach dem Black Channel-Prinzip• Höhere Datenbandbreite• Definition von Sendelisten• Systeminstallation: Einführung von Z­ ugriffsebenen

3
Universell
Performant
Kommunikativ
Diagnosefähig
Sicher

EnDat 3: Zukunftsfähig für die digitale Fertigung

Startschuss: EnDat 2.1
Die EnDat-Geschichte begann 1995 mit derEinführung von EnDat 2.1. Schon diese erste
Version der EnDat-Schnittstelle ermöglichte:• Automatische Systeminstallation– Elektronisches Typenschild– OEM-Speicher– Nullpunktverschiebung• Alarm- und Warnmeldungen
Rein seriell: EnDat 2.2
Mit der Einführung von EnDat 2.2 im
Jahr 2003 wurde die Schnittstelle auf eine
rein serielle Datenübertragung umgestellt.
Dabei wurde großer Wert auf Durchgängigkeit und Kontinuität zur Vorgängerversion
gelegt. Mit EnDat 2.2 kamen neue Funktionen ­hinzu in den Bereichen:• Funktionale Sicherheit• Temperatursensorik• Online-Diagnose – Funktionsreserve• Hybridkabel-Technik HMC 6• Unterstützung weiterer Messgeätetypen,
z.B. mit Batteriepufferung

1995

2003

2019

analog + seriell

seriellseriell

EnDat 3
EnDat 2.2
EnDat 2.1

Zukunftsfähig: EnDat 3
Mit EnDat 3 kommt eine neue Schnitt­stellengeneration auf den Markt, die die Eigenschaften der EnDat-Familie konsequent
für die digitale Zukunft der indus­triellen Fertigung erweitert und weiterentwickelt:
Universell• Breites Messgeräteportfolio­verschiedener Hersteller• Einfache Verkabelung– Hybridkabel-Technik HMC 2– Bus-Betrieb– Einbindung von Sensorboxen• Einbindung von Zusatzsensorik– Messgeräteintegrierte Sensorik– Externe Sensorik
Performant• Kurze Zykluszeiten–1 5 µs sind bei gleichzeitig sehr­geringem Jitter der Positions­erfassung erreichbar• Hohe Bandbreite– 12,5 MBit/s bei 100 m bzw.
25 MBit/s bei 40 m Kabellänge
Kommunikativ• Übertragung von Positionswerten
und Sensordaten–S endelisten erlauben eine Vor­definition der Kommunikation für­verschiedene ­Betriebsfälle– Zugriff auf den Messgerätespeicher
im laufenden Regelbetrieb• Umfangreiches System-Monitoring
für Industrie 4.0– Automatische Systeminstallation
und ­Diagnose– Sensorikdaten

2

Diagnosefähig• Elektronisches Typenschild für automa­tische Systeminstallation– Daten für Messgerät – Motor – Anlage• Online-Diagnose der Messgeräte– Zusammen mit weiteren Sensordaten
Basis für Condition Monitoring und­Predictive Maintenance• Ablage von Betriebszustandsdaten– Ablage durch die Folge-Elektronik– Erfassung durch das Messgerät

Sicher• Für sicherheitsgerichtete Anwendungenbis SIL 3– Kommunikation nach dem
Black Channel-Prinzip– Einfache Implementierbarkeit durch
Trennung der Daten für Motion- und
Safety-Controller

Ein breit gefächertes Messgeräteprogramm
mit EnDat 2.2-Schnittstelle sorgt dafür,dass für jede Applikation auch das bestgeeignete Messergerät zur Verfügung steht:• Messgeräte mit unterschiedlichen Messund Abtastverfahren– Absolut, inkremental– Photoelektrisch, induktiv, magnetisch– Singleturn, Multiturn mit Getriebe,­Multiturn batteriegepuffert• Messgeräte mit anbaukompatiblen­Lösungen

AMO

RSF

Für EnDat 3 wird das Produktprogramm
entsprechend ausgebaut.

Die Schwerpunktbranchen, für die EnDat
entwickelt wurde und jetzt EnDat 3­weiterentwickelt wird, profitieren vor­allem von folgenden Merkmalen:
Automatisierung• Hybridkabel HMC 2• Busbetrieb• Sensorintegration (z. B. einfache Anbindung des Temperatursensors im Servomotor mit Auswahl der Auswertekennlinie
für KTY 84-130 bzw. PT 1000)• Erfassen und Speichern von Betriebs­
zustandsdaten• Systeminformation für die automatische
Inbetriebnahme• Diagnosefähigkeit• Funktionale Sicherheit
Werkzeugmaschine• Mechanisch robuste Verkabelung• Einbindung von komplexer Sensorik und
Sensorboxen• Multidimensionale Messtechnik• Systeminformation für automatische­Inbetriebnahme• Diagnosefähigkeit• Funktionale Sicherheit
Elektronikindustrie• Gewichtsreduktion durch dünnere Kabel
und Busbetrieb• Multidimensionale Messtechnik• Systeminformation für automatische­Inbetriebnahme• Diagnosefähigkeit

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NUMERIK JENA

www.endat.de
Zusammen mit dem breiten Portfolio an Messgeräten erlauben die E­ igenschaften der EnDat-Schnittstelle eine Umsetzung von flexiblen M­ aschinenkonzepten mit zukunftsfähiger Technologie.

3

EnDat 3: Basis-Features im Überblick

Schnittstelle
Protokoll

Request-Response-Verfahren im Halbduplex

Physik

RS-485: 4-Adern oder 2-Adern

Datenrate

12,5 MBit/s (25 MBit/s)

Kabellänge

max. 100 m bei 12,5 MBit/s / max. 40 m bei 25 MBit/s

HPF-Sendezeit (Verfügbarkeit der Position im Master)typ. 10 µs

Zykluszeit

typ. > 25 µs

Bus-Betrieb

Daisy-Chain

Funktionale Sicherheit

ausgelegt bis SIL 3, Kommunikation nach dem Black Channel-Prinzip

Funktionen
Diagnose

für Condition Monitoring und Predictive Maintenance

Systeminformationen

automatische Inbetriebnahme und ­Ablage von Betriebszustandsdaten

Zugriffssteuerung

Benutzer-Authentifizierung für z.B. Nullpunktverschiebung, OEM-Speicher

Bestellbezeichnungen
Die Bestellbezeichnung definiert grundlegende Eigenschaften der Kommunikation
Unterstützte ­Kommunikationsarten

E30-R2

E30-R4

E30-RB

EnDat 3:
Kommunikation auf Versorgungsadern aufmoduliert



–

–

EnDat 3:
Kommunikation + separate Versorgungsadern (4 Adern)

–





EnDat 3: Busbetrieb

–

–



Einbindung Sensorbox

–





D
Encoder+Connection
designation

Housing

4

Subsequent unit

D
Cc

Blockschaltbild 2-wire

UE

L

-

Ubat
GND

L

RS-485

P_SD+

C TR

R

P_SD-

Rs

R

Cm

Housing

EnDat 3: Kommunikation

Die Schnittstelle benötigt für die Kommunikation zwei Adern. In der Regel werden bei
EnDat 3 zwei weitere Adern für die Spannungsversorgung des Messgeräts verwendet. Die Gleichanteilsfreiheit des digitalen
Datenstroms erlaubt es, die Kommunikation
auf die Versorgungsadern zu modulieren unddamit 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 FolgeElektronik als Master. Die Kommunikation
erfolgt im Halbduplexverfahren. Ein Kommunikationszyklus besteht aus einem Request
des Masters und einer darauffolgenden­Response des Slaves. Des Weiteren ist die
Kommunikation zwischen Master und Slavein zwei Bereiche unterteilt, die ForegroundKommunikation und die Background-­Kommunikation.
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 übertragenwerden• Einen LPH (Low Priority Header)
Der LPH enthält Statusinformationenüber die folgenden Dateninhalte. Er überträgt auch Informationen zur Anzahl derübertragenen 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 z. B. Diagnosewerte, Sensorinformationen oder redundante Informationen
für die Funktionale Sicherheit

Anwendungsschicht

47
Angle

31

0

16 Bit MT

32 Bit ST

BGD
ForegroundandBackground

Transportschicht

Foreground
Background (eingebettet in den Foreground)
Sendelisten (vordefinierte Kommunikation)
Busbetrieb....

Wort 0Wort 1
Wort 2Sicherungs- /Vermittlungsschicht

BUS REQ

Standardisierte Positionsformate
Messgeräteprofile
Fehlerbehandlung
Zugriffsebenen....

Request-Response Verfahren
Feste Datenrahmen....

HPF LPH LPF LPF

RS-485, 2-Adern / 4-Adern
12,5 MBit/s / 25 MBit/s
Busbetrieb....

Bitübertragungsschicht

Schichtenmodell der EnDat 3-Kommunikation

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 gekennzeichneten Teile; optional sind zusätzlich bis
zu 15 LPF (grau gekennzeichnet) möglich.
Die Protokollinhalte REQ, HPF, LPH und dieeinzelnen LPF sind jeweils über einen CRC(Cyclic Redundancy Check) abgesichert.

Background-Kommunikation
Zusätzlich gibt es Aufgaben mit einer niedrigeren zeitlichen Anforderung, z. B. Lesenund Schreiben des Messgerätespeichers.
Für diese Aufgaben ist bei EnDat 3 ein
Background-Kanal definiert. Die BackgroundKommunikation ist eingebettet in die­Foreground-Kommunikation und benutzt
deren Frames (REQ, LPH, LPF) als Transportcontainer. Damit erlaubt der BackgroundKanal z.B. ein Lesen und Schreiben desMessgerätespeichers im Reglertakt. Allerdings gibt es für den Background-Kanalk­ eine 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 normalen­Request Frame erweitert. Dadurch können
Responses mehrerer Teilnehmer in einem
Kommunikationszyklus erfolgen.

RequestPRE

REQ
4 ByteResponse
POST

PRE

HPF

LPH

LPF

8 Byte4 Byte8 BytePOST

Kommunikationszyklus

Weitere Informationen:• EnDat 3 Schnittstellenspezifikation

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EnDat 3: Kommunikation

Funktionale Sicherheit
EnDat unterstützt grundsätzlich den
Einsatz von Messgeräten in sicherheits­
gerichteten Applikationen. Dazu werden
die Normen DIN EN ISO 13849-1 (Nach­folger der EN 954-1) sowie EN 61508
und EN 61800-5-2 als Basis herangezogen.
In diesen Normen erfolgt die Beurteilung
sicherheitsgerichteter Systeme unter an­
derem auf Basis von Ausfallwahrschein­lichkeiten integrierter Bauelemente bzw.
Teilsysteme. Der modulare Ansatz erleichtert den Herstellern sicherheitsgerichteter
Anlagen die Realisierung ihrer Komplett­systeme, da sie auf bereits qualifizierten
Teilsystemen aufbauen können.
Die Basis der Funktionalen Sicherheit mit
EnDat 3-Messgeräten für Applikationen bis
SIL 3 bilden folgende Faktoren:• Positionswert– Zwei unabhängige Positionswerte Pos1
(hochaufgelöst) und Pos2 (ggf. niedriger
aufgelöst)– Vergleich von Pos1 und Pos2 durch die
Sichere Steuerung (Safe CU)• Zwangsdynamisierung–Z yklischer Test der Überwachungsfunktion im Messgerät• Fehlermeldungen– Überwachung der Fehlerbits F1 und F2• Ein sicherer EnDat Master wird nicht benötigt (Black Channel) und ist damit nicht
Bestandteil der Sicherheitskette• Trennung der Kommunikation zum­Motion Controller und zur Sicheren Steuerung (Safe CU), z. B. getrennte Fehlermeldungen

DiagnoseÜber EnDat ist eine weitgehende Überwachung und Diagnose des Messgerätes ohne
zusätzliche Leitung möglich. Die Diagnose
generiert Bewertungszahlen, Fehlermeldungen und Warnungen und gilt als wesentliche Voraussetzung für die hohe Verfügbarkeit des Gesamtsystems.
Entscheidende Faktoren sind:• Planbarkeit des Maschineneinsatzes• Unterstützung des Servicetechnikers
vor Ort• Einfache Beurteilung der Funktions­reserve des Messgeräts• Vereinfachung der Fehlersuche im­Reparaturfall• Erstellung aussagekräftiger Qualitäts­
statistiken
Zur Bewertung der Funktionalität des Messgerätes können bei EnDat-Geräten sogenannte Bewertungszahlen zyklisch aus dem
Messgerät ausgelesen werden. Die Bewertungszahlen geben den aktuellen Zustanddes Messgeräts wieder und bestimmen
die Funktionsreserve eines Messgeräts.
Ihre Skalierung ist für alle HEIDENHAINMessgeräte identisch. Damit ist eine durchgängige Bewertung möglich. Zusammen
mit weiteren Sensordaten bilden die Funktionsreserven die Basis für Condition Monitoring und Predictive Maintenance durchdie übergeordnete Folgeelektronik.

Zusammengefasst heißt das:Einfache Implementierbarkeit durch den
Black Channel-Ansatz in Kombination mit
standardisierten Positionsformaten und derVerlagerungsmöglichkeit der Zwangsdynamisierung in das Messgerät.

Weitere Informationen:• EnDat 3 AnwendungsbedingungenFunktionale Sicherheit

Beispielhafte Darstellung der Funktionsreserve

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Systeminformationen
Systeminformationen, also das sogenannte
elektronische Typenschild, stehen über­EnDat sowohl zum Messgerät als auch zum
System zur Verfügung:• Die Messgeräte-Parameter, also alle zur
Inbetriebnahme notwendigen Parameterdes Messgeräts, sind im Messgerät gespeichert.
• Systemparameter können vom OEM bzw.
Anlagenbauer im Speicher des Mess­
geräts abgelegt werden. Die Zugangsbereiche können über Passwörter geschützt
werden.
• Zustandsdaten des Systems oder desProzesses, die sogenannten Betriebs­
zustandsdaten, können im Regelbetrieb
im Messgerät abgelegt werden. Betriebszustandsdaten kann das Messgerät auchselbstständig erfassen.
Zugriffssteuerung
Speicherbereiche können durch die entsprechende Benutzer-Authentifizierung aufverschiedenen Ebenen geschützt werden.
Als Zugriffsebenen stehen OEM1, OEM2
und Benutzer zur Verfügung. Die Authenti­
fizierung erfolgt über ein 32-Bit-Passwort.
Bei Auslieferung sind OEM1, OEM2 undBenutzer 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): Multiturnist 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 3: Verbindungstechnik

Bei Messgeräten mit rein serieller EnDatSchnittstelle werden hauptsächlich 8-polige
M12-Steckverbindungen, aber auch 9-polige
M23-Steckverbindungen verwendet. Diese
weitverbreitete Steckertechnik bietet viele
Vorteile:• Kostenoptimierte Verbindungstechnik• Kleinere Abmessungen der Stecker unddünnere Verbindungskabel

Kabel
Hohe Übertragungsfrequenzen in Kombination mit großen Kabellängen stellen hohetechnische Anforderungen an das Kabel.
HEIDENHAIN-Kabel sind dafür qualifiziert –auch aufgrund des speziell für diese Anwendung entwickelten Kabelaufbaus. Daher
empfehlen wir HEIDENHAIN-Kabel zu verwenden.

EnDat 3 bietet durch die reduzierte Anzahl
von Adern weitere Möglichkeiten, die Verbindungstechnik zu miniaturisieren bzw.
­optimal an die Anforderungen der Applikation
anzupassen.

4-Ader-Technik
In der 4-Ader-Variante versorgt der Master
auf einem Adernpaar das Messgerät und
kommuniziert über ein zweites Adernpaar
mit dem Messgerät.

Connection
designation
Encoder

UE

Up
0V

SD+
SD-

Housing

Subsequent unit

GND

2-Ader-Technik (HMC 2)
Die 2-Ader-Variante erfordert im Vergleich
zur 4-Ader-Variante zusätzlich Hardware.
Bei der 2-Ader-Variante versorgt die FolgeElektronik auf einem einzigen Adernpaar
das Messgerät und kommuniziert auf demselben Adernpaar mit dem Messgerät.
Dazu werden Messgeräteversorgung undDatenstrom mit einer Frequenzweiche auf
Master-Seite und mit einer Frequenzweicheauf Slave-Seite voneinander getrennt.
4-Ader-Bus im Daisy-Chain-Betrieb
Mit der Variante 4-Ader-Bus im Daisy-ChainBetrieb können Messgeräte an einem DaisyChain-Bus betrieben werden. Im Vergleich
zur 4-Ader-Variante wird bei der Variante
4-Ader-Bus im Daisy-Chain-Betrieb ein zusätzlicher Sende- und Empfangszweig(Transceiver) im Messgerät benötigt. Der
zusätzliche Sende- und Empfangszweig stellt
die Datenverbindung zum nachfolgenden
Messgerät im Bus her. Die Variante 4-AderBus im Daisy-Chain-Betrieb unterstützt
auch die 4-Ader-Variante.

RS-485R

Cm

Sensorbox
Bei der 4-Ader-Variante kann eine Sensorbox eingeschleift werden.

R

Housing

Blockschaltbild 4-wire

Spannungsversorgung
Bei Versorgungsspannung und Leistungsaufnahme sind die Vorgaben des jeweiligen
Messgeräts einzuhalten. Für Messgeräte
mit EnDat 3-Schnittstelle wird eine Versorgungsspannung von 12 V (±5 %) empfohlen.

Weitere Informationen:• EnDat 3 Hardware-Spezifikation• Prospekt Kabel- und Steckverbinder• Produktinformation HMC 6• Produktinformation HMC 2
Ein-Kabel-Lösung HMC 2:
Standardkomponenten für eine sichere­Verbindung

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Das Produktprogramm mit EnDat 3-SchnittstelleDrehgeber und Verbindungstechnik zur
Markteinführung:• Induktive Drehgeber ECI/EQI 1100 für
kleine Motoren• Induktive Drehgeber ECI/EQI 1300 für
größere Motoren• Hybrid-Motorkabel HMC 2 mit M12- oder
M23-Stecker

Weitere Informationen zur Implementierung:          
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Der Implementierungsleitfaden gibt eine Übersicht, welche Dokumente oder Doku­
menteninhalte für welche Leser gedacht sind und welche Hilfsmittel für die Implemen­tierung zur Verfügung stehen.
Folgende Spezifikationen zu EnDat 3 senden wir Ihnen auf Wunsch gerne zu:• EnDat 3 Schnittstellenspezifikation• EnDat 3 Hardware-Spezifikation• EnDat 3 Anwendungsbedingungen Funktionale Sicherheit• EnDat 3 Master-Anleitung• EnDat 3 Application Notes
Den Implementierungsleitfaden und ein Anfrageformular für die weiteren Spezifikationen
finden Sie auf www.endat.de1305415-10 · 10 · 11/2019 · H · Printed in Germany