INHALTSVERZEICHNIS Betriebsanleitung Ladungsverstärker 1 Funktionsbeschreibung ...........................................................................................................................4 2 Sicherheits- und Betriebshinweise .........................................................................................................4 2.1 Bestimmungsgemässer Gebrauch.......................................................................................................4 2.2 Inbetriebnahme ....................................................................................................................................4 2.3 Sicherheitshinweise .............................................................................................................................4 2.4 Transport und Lagerung.......................................................................................................................4 2.5 Organisatorische Massnahmen ...........................................................................................................5 Instruction Manual Charge Amplifier 3 Montage......................................................................................................................................................5 4 Funktion .....................................................................................................................................................6 4.1 Blockschaltbild .....................................................................................................................................6 4.2 Elektrische Anschlüsse ........................................................................................................................7 4.3 Ladungsbereiche..................................................................................................................................8 5 Inbetriebnahme..........................................................................................................................................8 5.1 Steuerungsseitig anschliessen.............................................................................................................8 5.2 Sensorseitig anschliessen ...................................................................................................................8 5.3 Einstellung der Messbereiche..............................................................................................................9 5.4 Alarmausgänge .................................................................................................................................. 11 5.5 RESET – Funktion ............................................................................................................................. 11 5.6 PEAK – Funktion................................................................................................................................ 11 5.7 80% Test.............................................................................................................................................12 5.8 Polaritätsumschaltung........................................................................................................................12 5.9 Identifikation des Ladungsverstärkers ...............................................................................................12 6 Serielle Schnittstelle ...............................................................................................................................13 6.1 Beschreibung .....................................................................................................................................13 6.2 Datenformat Master ...........................................................................................................................13 6.3 Datenformat Slave (DACU)................................................................................................................17 7 Technische Daten....................................................................................................................................18 7.1 Elektrische Daten ...............................................................................................................................18 7.2 Mechanische Daten ...........................................................................................................................18 7.3 Umgebungsbedingungen ...................................................................................................................18 7.4 Abmessungen ....................................................................................................................................19 8 Zubehör ....................................................................................................................................................19 9 Service......................................................................................................................................................20 DACU 820-2.0-500BS Baumer Electric AG P.O. Box Hummelstrasse 17 CH-8501 Frauenfeld http://www.baumer.com DACU_820_BA_V2_1M.doc Irrtum sowie Änderungen in Technik und Design vorbehalten. This Manual is subjected to change without notice. 1/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 2/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland CONTENT 1 1 Funktionsbeschreibung Functional Description ...........................................................................................................................22 Der DACU 820 ist ein Mehrbereichsladungsverstärker für den industriellen Einsatz. Er wandelt die von einem piezoelektrischen Sensor abgegebene Ladung in zwei proportionale Spannungssignale um, die in ihrer Empfindlichkeit separat eingestellt werden können. Dieser Ladungsverstärker eignet sich somit in Verbindung mit einem hochempfindlichen Dehnungssensor sowohl zur Schliesskraftmessung als auch zur gleichzeitigen Überwachung des Formschutzes ohne dass die Ladungsbereiche umgeschaltet werden müssen. Die wichtigsten Merkmale zusammengefasst: 2 Safety and operating notes ....................................................................................................................22 2.1 Use as specified.................................................................................................................................22 2.2 Putting into operation .........................................................................................................................22 2.3 Safety notes .......................................................................................................................................22 2.4 Transport and storage........................................................................................................................22 2.5 Organizational actions .......................................................................................................................22 3 Mounting ..................................................................................................................................................23 • • • • • • • • • • • 4 Function ...................................................................................................................................................23 4.1 Block diagram ....................................................................................................................................23 4.2 Electrical connections ........................................................................................................................24 4.3 Measuring ranges ..............................................................................................................................25 5 Start up .....................................................................................................................................................25 5.1 Connection on controller side ............................................................................................................25 5.2 Connecting on sensor side ................................................................................................................25 5.3 Setting the measurement ranges.......................................................................................................26 5.4 Alarm outputs .....................................................................................................................................28 5.5 RESET function..................................................................................................................................28 5.6 PEAK function ....................................................................................................................................28 5.7 80% test .............................................................................................................................................29 5.8 Change polarity ..................................................................................................................................29 5.9 Identification of charge amplifier ........................................................................................................29 6 Serial Interface.........................................................................................................................................30 6.1 Description .........................................................................................................................................30 6.2 Data format Master ............................................................................................................................30 6.3 Data format Slave (DACU).................................................................................................................34 7 Technical data..........................................................................................................................................35 7.1 Electrical data.....................................................................................................................................35 7.2 Mechanical data .................................................................................................................................35 7.3 Ambient conditions.............................................................................................................................35 7.4 Dimensions ........................................................................................................................................36 8 Accessories .............................................................................................................................................36 9 Service......................................................................................................................................................37 2 Sicherheits- und Betriebshinweise 2.1 Bestimmungsgemässer Gebrauch • 2.2 • • • 2.3 • Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland Vor Inbetriebnahme der Anlage alle elektrischen Verbindungen überprüfen. Wenn die Montage, das elektrische Anschliessen oder sonstige Arbeiten am Ladungsverstärker nicht fachgerecht ausgeführt werden, kann es zu Fehlfunktionen oder Ausfall des Ladungsverstärkers kommen. Eine Gefährdung von Personen, eine Beschädigung der Anlage und Betriebseinrichtungen durch den Ausfall oder Fehlfunktion des Ladungsverstärkers muss durch geeignete Sicherheitsmassnahmen ausgeschlossen werden. Der Ladungsverstärker darf nicht ausserhalb der Grenzwerte betrieben werden, welche in den Technischen Daten (s. Kapitel 7 Technische Daten) angegeben sind. Bei Nichtbeachtung der Sicherheitshinweise kann es zu Fehlfunktionen, Sach- und Personenschäden kommen! Transport und Lagerung • • 3/40 Einbau und Montage des Ladungsverstärkers darf ausschliesslich durch eine Elektrofachkraft erfolgen. Verdrahtungsarbeiten am Stecker oder im Schaltschrank dürfen nur in spannungslosen Zustand durchgeführt werden. Betriebsanleitung des Maschinenherstellers beachten. Sicherheitshinweise • • 2.4 Der Ladungsverstärker darf ausschliesslich in den für ihn spezifizierten Leistungen betrieben werden. Inbetriebnahme • DACU_820_BA_V2_1M.doc geringe Drift der Messkette durch abgeglichene Eingangsoffsetspannung robustes Aludruckguss-Gehäuse 3 fixe Bereiche von 100.000pC – 500.000pC (Kanal 1) 1 einstellbarer Bereich von 100.000pC – 500.000pC (Kanal 1) 4 fixe Bereiche von 2.000pC – 20.000pC (Kanal 2) Test-Funktion schneller Spitzenwertspeicher einstellbare Grenzwerte mit Schaltausgängen Versorgungsspannungsbereich von 10 bis 40V Serielle Schnittstelle RS 232 Polaritätsumschaltung der Ausgangssignale Transport und Lagerung nur in Originalverpackung Ladungsverstärker nicht fallen lassen oder grösseren Erschütterungen aussetzen DACU_820_BA_V2_1M.doc 4/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 2.5 Abmessungen), Gewindetiefe mindestens 8mm. Die Schrauben können durch die Deckelbohrungen mit einem Inbusschlüssel (3mm) angezogen werden, ggf. mit Loctite sichern. Sollten längere Schrauben benötigt werden ist der Deckel aufzuschrauben. Neue Schrauben mit Zahnscheibe einsetzen. Anschluss der Stecker s. Kapitel 5 Inbetriebnahme. Organisatorische Massnahmen • • Stellen Sie sicher, dass das Personal die Betriebsanleitung, und hier besonders das Kapitel „Sicherheits- und Betriebshinweise“ gelesen und verstanden hat. Ergänzend zur Betriebsanleitung allgemeingültige gesetzliche und sonstige verbindliche Regelungen zur Unfallverhütung und zum Umweltschutz beachten und sicherstellen. 3 Montage Der Ladungsverstärker wird mit zwei rostfreien Befestigungsschrauben M4 geliefert. Das Gehäuse muss für die Montage nicht geöffnet werden, da die Schrauben bereits eingelegt sind. Die Masse für die Montagelöcher betragen 86 x 36mm (s. Kapitel 7.4 Hinweise: Aus EMV-Gründen empfehlen wir, die Montageplatte (Montageort) zu erden. Der Ladungsverstärker kann in jeder beliebigen Lage montiert werden, bei vertikaler Anordnung ist jedoch eine Montage mit nach unten abgehenden Steckern vorzuziehen. 4 Funktion 4.1 Supply + Blockschaltbild 10 Supply 9,22 GND = +5V = 11 +12V - 12V Block diagram DACU 820 L1 Level 1 Level 0 RX TX Alarm 1 Alarm 0 Com Logik Output 3 DIP-3 GW-1 4 24 12 RS232 18 TTL Range B0 7 Range A1 uP 8 Range A0 16 20 Reset 25 21 + Charge Offset adjust (sealed) Gain 80%-Test Offset 10Ω - 1 5/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 80% Test CH 1 Out 14 Signal GND 10Ω 2 Gain DIP-2 polarity 80%-Test change Offset DACU_820_BA_V2_1M.doc Operate 19 Com Logik Input 20kHz Range var. + Code 0 6 15 DIP-1 polarity change Code 1 13 Code Supply + 5 Range B1 DIP-4 GW-2 L0 17 Code 2 Peak Out Case 10Ω - 20kHz 6/40 23 CH2 Out Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 4.3 4.2 Ladungsbereiche Elektrische Anschlüsse Wahl der Messbereiche Elektrische Anschlüsse D-Sub 25 Pin Funktion Aderfarbe nach DIN47100 1 Signal out CH1 weiss 2 Peak out braun 3 Level 1 (In or Out) grün 4 Level 0 (In or Out) Range B1 (CH2) gelb 5 6 Range B0 (CH2) rosa 7 Range A1 (CH1) blau 8 Range A0 (CH1) rot 9 Supply GND schwarz 10 + Supply Code 2 violett 11 12 Code 0 rot-blau 13 Code Supply + weiss-grün 14 Signal GND braun-grün 15 Alarm 1 (CH1) weiss-gelb 16 Alarm 0 (CH1) gelb-braun 17 RX weiss-grau 18 TX grau-braun 19 Com Logic Input weiss-rosa 20 Operate rosa-braun 21 80% Test weiss-blau 22 Supply GND braun-blau 23 Signal out CH2 weiss-rot 24 Code 1 braun-rot 25 Com Logic Output (Alarm) weiss-schwarz Range CH1 A1 A0 Messbereich pC/10V 1 0 0 2 0 1 200’000 3 1 0 100’000 1 1 100’000...500’000 4 500’000 Range CH2 B1 B0 grau grau-rosa 5 0 0 20’000 6 0 1 10’000 7 1 0 5’000 8 1 1 2’000 5 Inbetriebnahme 5.1 Steuerungsseitig anschliessen Die Ein- und Ausgänge sind galvanisch getrennt und können sowohl als positive als auch als negative Logik geschaltet werden. Die Eingänge haben den gemeinsamen Anschluss an Pin 19 – Com Logic Input, die beiden Schaltausgänge an Pin 25 – Com Logic Output. Beispiele für das Operate Signal: S 20 Operate 19 Com Logic Input Negative Logik, Operate aktiv bei geschlossenem Schalter S Vs Maschinensteuerung DACU D-Sub DACU D-Sub Positive Logik, Operate aktiv bei geschlossenem Schalter S 20 Operate 19 Com Logic Input Vs S Maschinensteuerung Hinweis: Wenn während dem Betrieb keine Umschaltung der Ladungsbereiche erfolgen muss, können die benötigten Range-Eingänge mit der Speisespannung fix verbunden werden. Der Com Logic Input wird dann mit dem Supply GND verbunden. 5.2 Sensorseitig anschliessen Für den Anschluss eines Sensors müssen grundsätzlich hochisolierende Kabel verwendet werden. Schliessen sie den Sensor vor dem Anschliessen nach Möglichkeit kurz, denn piezoelektrische Sensoren können hohe Spannungen erzeugen. Diese könnten die Elektronik des Ladungsverstärkers beschädigen. Vermeiden Sie es die Isolation der BNC - Stecker zu berühren und achten Sie darauf, dass kein Staub und keine Feuchtigkeit eindringen kann. Durch Feuchtigkeit und sonstige Verschmutzung wird die Isolation vermindert, dies kann zu erhöhter Drift führen. DACU_820_BA_V2_1M.doc 7/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 8/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 5.3.2 Fixe Bereiche L0 1 Es stehen 3 fixe Bereiche von 100’000pC bis 500’000pC für Kanal 1 und 4 fixe von 2’000pC bis 20’000pC für Kanal 2 zu Verfügung. Wählen Sie je nach zu erwartender Ladung den passenden Messbereich aus. O N 5.3.1 Variabler Bereich Mit dem variablen Bereich kann die Messkette bei bekannter Messgrösse auf ein beliebiges Ausgangssignal abgeglichen werden. Nehmen Sie die Anlage in Betrieb und stellen sie das Ausgangssignal auf den gewünschten Spannungswert mit dem Range-Poti ein. Dazu muss der Deckel des Ladungsverstärkers geöffnet werden. Beispiel: Es soll die Schliesskraft mit einem Piezoelektrischen Dehnungssensor gemessen werden. 4 Die beiden Messbereiche werden über die vier Range-Eingänge angewählt (Anschluss s. Kapitel 5.1 Steuerungsseitig anschliessen). 3 Einstellung der Messbereiche 2 5.3 Range L1 -Empfindlichkeit Sensor: -920pC/µε -max. Schliesskraft 400kN Dehnung an der Messstelle: 180µε Die max. Ladung berechnet sich: Qmax = −920 pC µε ∗ 180µε = −165600 pC gewählter Messbereich (-)200.000pC/10V Anordnung der Poti und DIP-Schalter Eingang Range A0 (Pin 8) auf high setzen (bei pos. Logik) Die Ausgangspannung beträgt dann bei 400kN: U CH 1 = − 165600 pC ∗ 10V = 8.28V − 200000 pC Bemerkung Der andere Range-Eingang A1 muss nicht beschaltet werden! Die Ladung des Sensors darf bei maximaler Kraft höchstens 500’000pC betragen. Die maximal tolerierte Kraft für den Formschutz wird mit 0.5%FS = 2kN festgesetzt. QS = −920 pC Eingang Range A1 und A0 (Pin 7 und 8) auf high setzen (bei pos. Logik) Anlage in Betrieb nehmen und bei maximaler Kraft mit dem Range-Poti die Ausgangspannung auf 8V abgleichen. die Dehnung wird dann 0.9µε betragen (0.5% von 180µε) Der Sensor liefert ein Ausgangssignal von: Beispiel: Die Messkette soll bei maximaler Kraft auf eine Ausgangsspannung von 8V abgeglichen werden. µε ∗ 0.9µε = −828 pC Wichtiger Hinweis: Der Ladungsverstärker muss nach der letzten Justage des variablen Bereichs noch mind. 5min in Betrieb sein. Erst dann wird die Einstellung im nichtflüchtigen Speicher übernommen. gewählter Messbereich: 2.000pC/10V Eingang Range B1 und B0 (Pin 5 und 6) auf high setzen (bei pos. Logik) Der Pegel für die Formschutzüberwachung (Maschinensteuerung) ist dann auf: U CH 2 = DACU_820_BA_V2_1M.doc − 828 pC ∗ 10V = 4.14V einzustellen − 2000 pC 9/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 10/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 5.4 1 Alarmausgänge Operate Die beiden Alarmausgänge überwachen das Ausgangssignal von Kanal 1 oder Kanal 2 und können zur Signalisierung von Grenzwerten oder zur Definition von Messfenstern eingesetzt werden. Die Schwellspannung von 0 – 10V kann auf zwei Arten eingestellt werden: 0 t +10V 1. Die Schwellspannung wird über den Eingang an Pin 3 bzw. 4 extern eingespeist oder t Peak out -10V Signal out CH1 2. sie wird nach Öffnen des Deckels mit den beiden Poti L0 und L1 (s. Bild 5.3.2) eingestellt. Die eingestellte Spannung kann an Pin 3 bzw. 4 gemessen werden. Kanalselektion: Die beiden Alarmausgänge können über DIP-Schalter wie folgt den jeweiligen Kanälen (K1, K2) zugeordnet werden: ON OFF DIP 3 GW 1 K1 GW 1 K2 5.7 80% Test Diese Funktion ermöglicht die Überprüfung der Messkette ohne dass ein Sensor angeschlossen ist und kann somit für die Fehlereingrenzung genutzt werden. Die Amplitude beträgt ca. 8V (80%FS) an beiden Kanälen. DIP 4 GW 2 K1 GW 2 K2 Beispiel: 1 t Operate Beide Alarmausgänge schliessen den Kontakt sobald der jeweils eingestellte Schwellwert überschritten ist und bleiben bis zum nächsten Reset gesetzt. 0 1 Bemerkung: Als Schaltelemente dienen zwei Photo-Mos Relais. Die Ausgänge sind galvanisch getrennt und für AC und DC geeignet. Sie sind aber nicht kurzschlussfest und dürfen nicht jenseits der Spezifikation betrieben werden. Bei einem Defekt sind die Photo-Mos Relais jedoch schnell austauschbar (gesockelt). 80%-Test 0 t +8V Signal out CH1=CH2 t 5.5 -8V RESET – Funktion Durch die endlichen Isolationswiderstände der Sensoren, Kabel und der elektronischen Komponenten geht ein Teil der vom Sensor abgegebene Ladung verloren. Das bedeutet, dass bei konstanter physikalischer Messgrösse (z.B. Kraft) sich das Ausgangssignal in positiver oder negativer Richtung verändert. Durch diese „Drift“ können statische Messungen nur bedingt bzw. über kurze Zeiträume durchgeführt werden. Es ist deshalb notwendig den Ladungsverstärker zyklisch zu resetieren. 5.8 Polaritätsumschaltung Sollten die Ausgangssignale des Ladungsverstärkers nicht die gewünschte Polarität haben, kann diese mit den jeweiligen DIP-Schaltern (DIP-1 Kanal 1, DIP-2 Kanal 2) gekehrt werden. Der Ladungsverstärker wird über den Operate – Eingang aktiv geschaltet Bemerkung: Der Ladungsverstärker sollte immer auf „Reset“ geschaltet sein wenn kein Messergebnis benötigt wird. 5.6 5.9 Identifikation des Ladungsverstärkers Der Ladungsverstärker kann anhand eines Codes am Anschlussstecker identifiziert werden. Dazu muss an Pin 13 eine definierte Spannung angelegt werden. An den Pins 11,12 und 24 kann der Code ausgelesen werden, der diesem Typ entspricht. Code für DACU 820: PEAK – Funktion Die Peak - Funktion liefert für die Dauer eines Messzyklus den Maximalwert des Ausgangssignals von Kanal 1. Sie wird mit dem Steuereingang Operate automatisch zurückgesetzt. Pegel Bedeutung: DACU_820_BA_V2_1M.doc 11/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc Code 2 0 Code 1 1 Code 0 0 0 Supply GND 1 Code Supply + 12/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 6.2.3 6 Serielle Schnittstelle 6.1 Operate, Reset Schaltet den Verstärker auf Reset bzw. Operate. Beschreibung Befehls-Datenstruktur: Der DACU 820 ist mit einer seriellen Schnittstelle RS232 ausgerüstet. Darüber können mit den entsprechenden Befehlen alle Funktionen eingestellt und die Messwerte der Analogausgänge (CH1 und CH2) ausgelesen werden. Start 02h STX Übertragungsformat Die Informationen werden seriell über den Bus gesendet. Dabei gilt folgendes Format: • 1 Start-Bit • 8 Daten-Bits (das niederwertigste zuerst) • 1 Stop-Bit • Übertragungsgeschwindigkeit: 9’600 Baud (Default) – 115’200 Baud 6.2 6.2.1 ASCII Checksumme Befehl 63h c 0: 1 Parameter 2 & 3 02: Range 2 03: Range 3 04: Range 4 06: 07: 08: 09: Remote Funktion Schaltet den Verstärker auf Remotebetrieb, oder wieder zurück. Im Remotebetrieb haben alle Steuersignale (Operate, Range, Test) keinen Einfluss mehr. Nach einem Stromunterbruch bzw. nach dem Einschalten ist die Remotefunktion inaktiv. 2 Der DACU lädt nach der Reaktivierung alle gespeicherten Einstellungen aus dem E Prom. Befehls-Datenstruktur: Beispiel: Remote aktiv Start 02h STX Parameter Parameter 31h 1 Checksumme 34h 4 (94h) P. 3 37h 7 Checksumme 44h D(FDh) CH1 CH2 Range 6 Range 7 Range 8 Range 9 500'000 pC 200'000 pC 100'000 pC CH1 CH1 CH1 20'000 pC 10'000 pC 5'000 pC 2'000 pC CH2 CH2 CH2 CH2 Range variabler Bereich Schaltet CH1 des Verstärkers in einen variablen Bereich zwischen 100’000pC und 500’000pC Start 02h STX Remote inaktiv, Steuerung über die Sub-D Leitungen Remote aktiv, Steuerung über RS232 Achtung Die Schnittstelle ist nach jedem Einschalten des DACU immer auf 9’600 Baud gesetzt! Die Baudrate kann wie unter 6.2.9 beschrieben eingestellt werden. DACU_820_BA_V2_1M.doc P. 2 30h 0 Befehls-Datenstruktur: Beispiel: 230’000pC Befehl 61h a 0: 1: 6.2.5 P. 1 31h 1 Parameter 1 Checksumme: Summe aller ASCII-Zeichen, immer 1Byte lang (niederwertigste 4 Bit in ASCII gewandelt). 6.2.2 Reset Operate Range fixe Bereiche Start 02h STX Jede vom Master gesendete Botschaft hat folgendes Format: ASCII n-Parameter Checksumme 35h 5 (95h) Befehls-Datenstruktur: Beispiel: CH2 auf 10’000pC Allgemein Der Befehl beginnt mit einem Startzeichen STX (02h), gefolgt vom Befehl und einer festen Anzahl von Parametern und einer abschliessenden Checksumme. Der DACU gibt nach erfolgreicher Überprüfung der Checksumme und der Ausführung des Befehls ein ACK (06h) an den Master zurück. ASCII Befehl Parameter 31h 1 Schaltet den Verstärker in einen fixen Bereich. Datenformat Master ASCII Startzeichen 0: 1: Parameter 6.2.4 Somit ergeben sich 10 Bit pro übertragenem Zeichen. Befehl 62h b 13/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland Befehl 64h d P. 1 30h 0 P. 2 32h 2 P. 3 33h 3 P. 4 30h 0 Parameter 1 0: Parameter 2 - 7 Zahlenwerte im ASCII-Format DACU_820_BA_V2_1M.doc P. 5 30h 0 P. 6 30h 0 P. 7 30h 0 Checksumme 42h B (1BBh) CH1 14/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 6.2.6 Alarmausgänge 6.2.9 Stellt den Level ein, bei dem eine Umschaltung erfolgt. Befehls-Datenstruktur: Beispiel: Alarm 2 auf (0)8’500mV Start 02h STX Befehl 65h e P. 1 31h 1 P. 2 30h 0 P. 3 38h 8 P. 4 35h 5 Parameter 1 0: 1: Parameter 2 - 6 Zahlenwerte im ASCII-Format Übertragungsrate Konfiguriert die Schnittstelle auf die entsprechende Übertragungsrate. Der DACU gibt auf der vorherigen Übertragungsrate ein ACK (06h) zurück und wechselt dann auf die neue Einstellung. P. 5 30h 0 P. 6 30h 0 Checksumme 35h 5 (195h) Alarm 1 Alarm 2 Befehls-Datenstruktur: Beispiel: 38’400Baud Start 02h STX Parameter 1 6.2.7 P. 1 37h 7 Befehl 68h h 80% Test 5: 6: 7: 8: 9: Checksumme 31h 1 (A1h) 9'600 (default) 19’200 38’400 57’600 115’200 Testfunktion, bei welcher der Ladungsverstärker ca. 8V ausgibt Übertragung der Messwerte: Befehls-Datenstruktur: Beispiel: Test on Start 02h STX Baud P. 1 31h 1 Befehl 66h f 0: 1: Parameter 1 Checksumme 39h 9 (99h) 9k6 19k2 38k4 57k6 115k2 Test off Test on Abtastfrequenz [Hz] 40 50 50 100 200 Zeitfenster [ms] 25 20 20 10 5 6.2.10 Einstellungen speichern 2 6.2.8 Speichert folgende Werte im E Prom. • Fixe Bereiche von CH1 und CH2 oder variabler Bereich • Level der Alarmausgänge Diese werden nach dem aktivieren wieder eingelesen ( 6.2.2). Signal Fragt den aktuellen Messwert ab. Befehls-Datenstruktur: Start 02h STX Befehl 67h g Parameter 1 Befehls-Datenstruktur: P. 1 31h 1 0: 1: 2 3 Checksumme 41h A (9Ah) Start 02h STX Ausgabe eines Messwertes CH1 Kontinuierliche Ausgabe der Messwerte CH1 Ausgabe eines Messwertes CH2 Kontinuierliche Ausgabe der Messwerte CH2 Befehl 73h s Parameter 1 P. 1 30h 0 0: Checksumme 35h 5 (A5h) Immer 0 Bemerkung: Die kontinuierliche Ausgabe muss mit der Abfrage eines Einzelwertes beendet werden! (Parameter 1 = 0 oder 2) DACU_820_BA_V2_1M.doc 15/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 16/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 6.3 6.3.1 Datenformat Slave (DACU) 7 Technische Daten Messwerte 7.1 Spannungsversorgung Leistungsaufnahme Messbereich Kanal 1 Messbereich Kanal 2 Ausgangssignal Genauigkeit Linearität Ausgangsoffset Störspannung Ausgangswiderstand Reset Operate Sprung Drift Offsetspannung Q-Eingang Frequenzgang (-3dB) Steuereingänge Gibt den aktuellen Messwert an den Master aus. Die Messwerte werden als Hex-Zahl ausgegeben. Negative Werte als 2er-Komplement. Als Startwert dient die Kanalkennung a bzw. b. Checksumme: Summe aller Hex-Werte, immer 1Byte lang als ASCII-Zeichen Antwort-Datenstruktur: P. 1 P. 2 P. 3 P. 4 P. 5 Parameter 1 a: b Parameter 2 - 5 Messwert als Hex Zahl Checksumme Messwerte CH1 Messwerte CH2 Beispiel 1: Messwert: 7685mV an CH1 Hex: 1E05h, Checksumme 13C P. 1 61h a P. 2 31h 1 P. 3 45h E P. 4 30h 0 Schaltausgänge P. 5 35h 5 Checksumme 43h C (13Ch) 7.2 P. 2 46h F DACU_820_BA_V2_1M.doc P. 3 45h E P. 4 44h D Mechanische Daten Anschluss Steuerungsseitig Anschluss Sensor P. 5 34h 4 Checksumme 35h 5 (165h) 17/40 10...40VDC (1) < 1.5W ± 100’000..500’000pC ± 2’000..20’000pC ± 10V <± 1%FS < 0.02%FS <± 5mV (2) < 5mVpp (0.1Hz..100kHz) 10Ω <± 10mV (3) < 0.03pC/s bei 23°C <50µV 0..20kHz ± 5V.. ± 45V, galv. getrennt max. 45V max. 100mA galv. getrennt 1) < 55mA bei 24V 2) <20mVpp im 2000pC Bereich 3) Geltungsbereich: Ladungseingang offen und abgeschirmt, DACU für min. 30min an der Betriebsspannung angeschlossen, RESET aktiv, Deckel fest geschlossen. Beispiel 2: Messwert -300mV an CH2 Hex: FED4h, Checksumme 165h P. 1 62h b Elektrische Daten 7.3 Umgebungsbedingungen Betriebstemperatur Lagertemperatur Schutzart EMV Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland D-Sub 25-Pol, male BNC DACU_820_BA_V2_1M.doc -5...+60°C -20...+80°C IP 40 EN 61000-6-2 Immunität EN 61000-6-4 Emission 18/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 7.4 Abmessungen 9 Service Unsere Verkaufs- und Beratungsteams stehen Ihnen gerne zur Verfügung. 36 Baumer Electric AG P.O. Box Hummelstrasse 17 CH-8501 Frauenfeld Tel. +41 (0)52 728 11 22 Fax +41 (0)52 728 13 95 [email protected] www.baumer.com 15 15 15 6 34 64 86 98 8 Zubehör Anschlusskabel 5m, D-Sub 25 female, anderes Ende offen (Aderfarben siehe Kapitel 4.2) Bestellbezeichnung DZCS 05/DACU 8 Weiteres Zubehör auf Anfrage. DACU_820_BA_V2_1M.doc 19/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 20/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 1 Functional Description The DACU 820 is a multi-range charge amplifier for industrial use. It converts the charge which is output by one piezo-electric sensor into two proportional voltage signals. The measuring range of both output signals can be set separately. The DACU 820 is especially suitable in combination with the high resolution strain sensor DSPN. Clamping force measurement and mold protection on injection molding machines can be realized contemporaneously without switching the measuring range. Here the most important features: • • • • • • • • • • • small drift of measuring chain because of compensated input offset voltage robust die cast aluminum housing 3 fix ranges 100.000pC – 500.000pC (Channel 1) 1 adjustable range 100.000pC – 500.000pC (Channel 1) 4 fix ranges 2.000pC – 20.000pC (Channel 2) test function peak value memory adjustable limits with switching outputs RS232 Interface Supply voltage range 10 to 40V Polarity change-over of the output signals 2 Safety and operating notes 2.1 Use as specified • 2.2 Putting into operation • • • 2.3 The charge amplifier must be operated exclusively at the specified purposes. The charge amplifier must be mounted only by a qualified electrician. Wiring on the plug or in the control cabinet must be carried out only in the off-power state. Follow the machine manufacturer's instructions. Safety notes • • • • Before the system is put into operation, check all electrical connections. If the mounting, electrical connection or other work on the charge amplifier is not carried out correctly, wrong functioning or failure of the charge amplifier may result. Danger to personnel and damage to the system and operating equipment because of failure or wrong functioning of the charge amplifier must be excluded by suitable safety actions. The charge amplifier must not be operated outside the limits which are given in the Technical Data (see Section 7 Technical Data). Failure to observe the safety notes can result in wrong functioning and material and personal damage! 2.4 Transport and storage • • 2.5 Organizational actions • • DACU_820_BA_V2_1M.doc 21/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland Transport and storage only in original packing Do not let the charge amplifier fall or allow it to be shaken vigorously Ensure that the personnel have read and understood the operating instructions, particularly the section "Safety and operating notes". In addition to the operating instructions, generally applicable legal and other binding regulations for accident prevention and environmental protection must be reliably observed. DACU_820_BA_V2_1M.doc 22/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 4.2 3 Mounting The charge amplifier is supplied with two stainless mounting screws M4. The housing does not have to be opened for mounting, because the screws are already inserted. The dimensions of the mounting holes are 86 x 36mm (see Section 7.4), minimum thread depth 8mm. The screws can be tightened through the holes in the lid using an hex wrench (3mm), and secured with Loctite if necessary. If longer screws are required, the lid must be unscrewed. Insert new screws with tooth lock washer. For connecting the plug, see Section 5 Start up. Notes: For EMC reasons, we recommend to connect the mounting plate to earth (mounting position). The charge amplifier can be fitted in any position, but if it is arranged vertically, mounting with plugs pointing downward is preferred. 4 Function 4.1 Supply + Block diagram 10 Supply 9,22 GND = +5V = 11 +12V - 12V Block diagram DACU 820 L1 Level 1 Level 0 RX TX Alarm 1 Alarm 0 Com Logik Output 3 DIP-3 GW-1 4 24 12 RS232 18 6 TTL uP 8 Range A0 20 Reset 25 + Offset adjust (sealed) Gain 80%-Test Offset 10Ω - 80% Test 19 Com Logik Input 1 Pin Function Leads color DIN47100 1 Signal out CH1 white 2 Peak out brown 3 Level 1 (In or Out) green 4 yellow 5 Level 0 (In or Out) Range B1 (CH2) 6 Range B0 (CH2) pink 7 Range A1 (CH1) blue 8 Range A0 (CH1) red 9 Supply GND black 10 violet 11 + Supply Code 2 12 Code 0 red-blue 13 Code Supply + white-green 14 Signal GND brown-green 15 Alarm 1 (CH1) white-yellow 16 Alarm 0 (CH1) yellow-brown 17 RX white-gray 18 TX gray-brown 19 Com Logic Input white-pink 20 Operate pink-brown 21 80% Test white-blue 22 Supply GND brown-blue 23 Signal out CH2 white-red 24 Code 1 brown-red 25 Com Logic Output (Alarm) white-black gray gray-pink CH 1 Out 14 Signal GND 10Ω 2 Gain DIP-2 polarity 80%-Test change Offset DACU_820_BA_V2_1M.doc Electrical connections D-Sub 25 Operate 21 20kHz Range var. + Range B0 Range A1 16 Charge Code 0 7 15 DIP-1 polarity change Code 1 13 Code Supply + 5 Range B1 DIP-4 GW-2 L0 17 Code 2 Electrical connections Peak Out Case 10Ω - 20kHz 23/40 23 CH2 Out Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 24/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 4.3 Measuring ranges 5.3 The measurement ranges are selected via the four range inputs (for connection see Section 5.1 Connecting on controller side). Choice of measuring range Range CH1 A1 A0 5.3.1 measuring range pC/10V 1 0 0 2 0 1 200’000 3 1 0 100’000 1 1 100’000...500’000 4 Setting the measurement ranges 500’000 Example: The intention is to measure a clamping force using a piezo-electric strain sensor. Range CH2 B1 B0 5 0 0 20’000 6 0 1 10’000 7 1 0 5’000 8 1 1 2’000 Fix ranges 3 fix ranges from 100’000pC to 500,000pC for channel 1 and 4 fix ranges from 2’000pC to 20’000pC for channel 2 are available. Select the suitable measurement range according to the expected charge. -Sensor sensitivity: -920pC/µε -max. clamping force 400kN strain on the measuring spot: 180µε The maximum charge is calculated as: Qmax = −920 pC µε ∗ 180µε = −165600 pC 5 Start up chosen measurement range (-)200.000pC/10V 5.1 Connection on controller side The inputs and outputs are galvanically separated and can be connected as both positive and negative logic. The inputs have the common connection on pin 19 – Com Logic Input. The two outputs are on pin 25 – Com Logic Output. Examples of the Operate Signal: S 20 Operate 19 Com Logic Input negative logic, operate active with closed switch S Vs machine controller DACU D-Sub DACU D-Sub positive logic, operate aktiv with closed switch S 20 Operate 19 Com Logic Input Vs Set Range A0 (Pin 8) input to high (with positive logic) Output voltage at 400kN: U CH 1 = − 165600 pC ∗ 10V = 8.28V − 200000 pC Comment The other range input A1 must not be connected! The maximum specified force for the mold protection is 0.5% = 2 S machine controller die strain will have a value of 0.9µε (0.5% of 180µε) The sensor has an output signal of: Note: If no change of charge range has to take place during operation, the required range inputs can be permanently connected to the supply voltage. The Com Logic Input is then connected to the Supply GND. 5.2 Connecting on sensor side To connect a sensor, high-insulation cables must always be used. If possible, short-circuit the sensor before connecting it, because piezo-electric sensors can generate high voltages, which could damage the electronics of the charge amplifier. Avoid touching the insulation of the BNC plug, and ensure that no dust or humidity can penetrate it. Humidity and other contamination reduce the insulation, and can cause increased drift. DACU_820_BA_V2_1M.doc 25/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland QS = −920 pC µε ∗ 0.9µε = −828 pC choose measuring range: 2.000pC/10V Input Range B1 und B0 (Pin 5 und 6) set on high (with pos. Logic) the level for the mold protection should be set as follows: U CH 2 = DACU_820_BA_V2_1M.doc − 828 pC ∗ 10V = 4.14V − 2000 pC 26/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 5.3.2 Variable range With the variable range, the measuring chain can be adjusted for any output signal with a known measured magnitude. Select the suitable measurement range according to the charge to be expected. Now put the system into operation and set the output signal to the desired voltage value using the range potentiometer. To do this, the lid of the charge amplifier must be opened. 5.4 Alarm outputs The two alarm outputs monitor the output signal of channel 1, and can be used to signal limits or to define measurement windows. The threshold voltage of 0 – 10V can be set in two ways: 3. The threshold voltage is fed in externally via the input on pin 3 or 4 or L0 4 3 2 1 O N 4. It is set after the lid is opened, using the two potentiometers L0 and L1 (see Fig. 5.3.2). The set voltage can be measured on pin 3 or 4. Both alarm outputs close the contact as soon as the set threshold value is exceeded, and remain set until the next reset. Range L1 Channel selection: Both alarm outputs can be assigned to one of the two analog outputs (CH1, CH2) by a DIP-switch: ON OFF Arrangement of potentiometer and DIP-switches DIP 4 TH 2 CH 1 TH 2 CH 2 Comment: Two Photo-Mos relays are used as circuit elements. The outputs are galvanically separated and suitable for AC and DC. However, they are not short-circuit-proof and must not be operated beyond the specification. However, the Photo-Mos relays can be replaced quickly in the case of a defect (socketed). Example: The measuring chain should be adjusted for a maximum force to an output voltage of 8V Charge of sensor for maximum force: 500.000pC. 5.5 Input Range A1 and A0 (Pin 7 and 8) set on high (with pos. Logic) DIP 3 TH 1 CH1 TH 1 CH 2 RESET function Because of the finite insulation resistances of the sensors, cables and electronic components, part of the charge which the sensor outputs is lost. This means that with a constant physical measured magnitude (e.g. force), the output signal changes in the positive or negative direction. Because of this "drift“, static measurements can only be carried out to a limited extent or over short periods. It is therefore necessary to reset the charge amplifier cyclically. Put the system into operation and set the output signal to 8V using the range potentiometer for maximum force. Important note: The charge amplifier has to be in operational mode for five minutes after adjustment of the variable range. After this time the setting is stored in the non-volatile memory. The charge amplifier is switched active via the Operate input. Comment: The charge amplifier should always be switched to "Reset“ if no measurement result is required. 5.6 PEAK function For the duration of one measurement cycle, the peak function supplies the maximum value of the output signal of Channel 1. It is reset automatically using the control input Operate. 1 Operate 0 t +10V Peak out -10V DACU_820_BA_V2_1M.doc 27/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc t Signal out CH1 28/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 5.7 80% test 6 Serial Interface This function makes it possible to check the measuring chain without a sensor being connected, and can thus be used to limit errors. The amplitude is approx. 8V (80%FS). 6.1 Description The DACU 820 has an implemented serial interface RS232. With the corresponding commands it is possible to set the Charge Amplifier and to read out the output signals (CH1 und CH2). Example: Transmission format 1 The Information are transmitted serially with following format: • 1 Start-Bit • 8 Data-Bits (the low order first) • 1 Stop-Bit • Transmission rate: 9’600 Baud (Default) – 115’200 Baud t Operate 0 1 80%-Test 0 That results 10 bit per transmitted character. t +8V Signal out CH1=CH2 6.2 t 6.2.1 -8V 5.8 Change polarity If the polarity of the output channel is not as favored it can be changed by the DIP-switch (DIP-1 channel 1, DIP-2 channel 2). 5.9 ASCII Start character The charge amplifier can be identified on the basis of a code on the connecting plug. For this purpose, a defined voltage must be applied to pin 13. On pins 11, 12 and 24, the code corresponding to this type can be read out. Level Code 1 1 ASCII command ASCII n-Parameter ASCII Checksum Checksum: Sum of all ASCII-characters, always 1Byte long (lowest order 4 Bit in ASCII converted). 6.2.2 Code 2 0 General The command starts with the character STX (02h), followed by a command and a fix number of parameters and finally a checksum. After checking the checksum and the execution of the command, the DACU returns an ACK (06h) back to the master. The message of the master has always following format: Identification of charge amplifier Code for DACU 820: Data format Master Remote Function Enables and disables the remote function of the DACU. When the remote function is enabled, the control functions (Operate, Range, Test..) are disabled. Code 0 0 An interruption of the power supply or a power up causes the disabling of the remote function. After 2 each enabling the settings are loaded from the E Prom. Meaning: 0 Supply GND 1 Code Supply + Command data structure: Example: Remote active Start 02h STX Parameter command 61h a 0: 1: Parameter 31h 1 Checksum 34h 4 (94h) Remote inactive, control by the Sub-D connection Remote active, control by RS232 Note After each power up of the DACU the transmission rate is set on 9’600 Baud! The baud rate can be set as explained under 6.2.9. DACU_820_BA_V2_1M.doc 29/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 30/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 6.2.3 Operate, Reset 6.2.6 Alarm output setting of the threshold. Command data structure: Command data structure: Example: Alarm 2 auf (0)8’500mV Start 02h STX command 62h b 0: 1: Parameter 6.2.4 Alarm outputs Turns the DACU on Reset resp. Operate. Parameter 31h 1 Checksum 35h 5 (95h) Start 02h STX Reset Operate Fix Range command 65h e P. 1 31h 1 P. 2 30h 0 P. 3 38h 8 P. 4 35h 5 Parameter 1 0: 1: Parameter 2 - 6 Numerical value in ASCII-Format P. 5 30h 0 P. 6 30h 0 Checksum 35h 5 (195h) Alarm 1 Alarm 2 Setting a fix measuring range. 6.2.7 Command data structure Example: CH2 10’000pC Start 02h STX command 63h c P. 1 31h 1 Parameter 1 0: 1 Parameter 2 & 3 02: Range 1 03: Range 2 04: Range 3 06: 07: 08: 09: 80% Test Test function to check the measuring chain. Output value 8V P. 2 30h 0 P. 3 37h 7 Checksum 44h D(FDh) Command data structure: Example: Test on Start 02h STX CH1 CH2 Range 5 Range 6 Range 7 Range 8 500'000 pC 200'000 pC 100'000 pC CH1 CH1 CH1 20'000 pC 10'000 pC 5'000 pC 2'000 pC CH2 CH2 CH2 CH2 command 66h f Parameter 1 6.2.8 P. 1 31h 1 0: 1: Checksum 39h 9 (99h) Test off Test on Signal Read out of the actual measuring value. Command data structure: 6.2.5 Variable Range Start 02h STX Setting the variable range of CH1 between 100’000pC and 500’000pC Command data structure: Example: 230’000pC Start 02h STX command P. 1 64h 30h d 0 Parameter 1 P. 2 32h 2 P. 3 33h 3 P. 4 30h 0 Parameter 1 0: Parameter 2 - 7 Numerical value ASCII-Format DACU_820_BA_V2_1M.doc Command 67h g P. 5 30h 0 P. 6 30h 0 P. 7 30h 0 Checksum 42h B (1BBh) Checksum 41h A (9Ah) Read out of measuring value CH1 Continuous read out of measuring values CH1 Read out of measuring value CH2 Continuous read out of measuring values CH2 Comment: The continuous read out oft the measuring values can be stopped by changing the parameter 1 (Parameter 1 = 0 or 2) CH1 31/40 0: 1: 2 3 P. 1 31h 1 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 32/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 6.2.9 Baud rate 6.3 The DACU send the answer (ACK;06h) with the previous baud rate back to the master and changes afterwards to the new baud rate. 6.3.1 Command data structure: Example: 38’400Baud Start 02h STX command 68h h Parameter 1 P. 1 37h 7 5: 6: 7: 8: 9: P. 1 9'600 (default) 19’200 38’400 57’600 115’200 9k6 19k2 38k4 57k6 115k2 Sampling rate [Hz] 40 50 50 100 200 Measuring values Actual measuring value will be sent to the master. The measuring values are sent as hex value. Negative values are sent as two complements. Checksum: Sum of all hex values, always 1Byte long as ASCII-character Answer data structure: Checksum 31h 1 (A1h) P. 2 P. 3 P. 4 P. 5 Checksum Parameter 1 a: b: Measuring value CH1 Measuring value CH2 Parameter 2 - 5 Measuring value as Hex value Example 1: Measuring value: 7685mV on CH1 Hex: 1E05h, Checksum 13C Transmission of the measuring values: Baud Data format Slave Time frame [ms] 25 20 20 10 5 P. 1 61h a P. 2 31h 1 P. 3 45h E P. 4 30h 0 P. 5 35h 5 Checksum 43h C (13Ch) P. 5 34h 4 Checksum 35h 5 (165h) Example 2: Measuring value -300mV on CH2 Hex: FED4h, Checksum 165h 6.2.10 Save settings 2 Save the following actual settings in the E Prom. • Fix range of CH1 and CH2 or variable range • Level of alarm output The values will be reloaded after enabling the remote function ( 6.2.2). P. 1 61h b P. 2 46h F P. 3 45h E P. 4 44h D Command data structure: Start 02h STX command 73h s Parameter 1 DACU_820_BA_V2_1M.doc 0: P. 1 30h 0 Checksum 35h 5 (A5h) always 0 33/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 34/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 7.4 7 Technical data Electrical data Switching output 64 6 15 8 Accessories 5m connecting cable, D-Sub 25 female, open leads (for leads colors see Section 4.2) Order code DZCS 05/DACU 8 Other accessories on request. Mechanical data Control side connection Sensor connection 7.3 15 98 1) < 55mA at 24V 2) <20mVpp in the 2000pC range 3) Scope: charge input open and screened, DACU connected to operating voltage for min. 30min, RESET active, lid tightly closed. 7.2 36 86 10...40VDC (1) < 1.5W ± 100’000..500’000pC ± 2’000..20’000pC ± 10V <± 1%FS < 0.02%FS <± 5mV (2) < 5mVpp (0.1Hz..100kHz) 10Ω <± 10mV (3) < 0.03pC/s at 23°C <50µV 0..20kHz ± 5V.. ± 45V, galv. separated max. 45V max. 100mA galv. Separated 34 Supply voltage range Current draw Measuring ranges CH1 Measuring ranges CH2 Output signal Accuracy Linearity Output offset Noise Output resistance Reset Operate Offset Drift Offset voltage Q-input Frequency response (-3dB) Control inputs 15 7.1 Dimensions D-Sub 25-Pol, male BNC Ambient conditions Operating temperature Storage temperature Protection class EMC DACU_820_BA_V2_1M.doc -5...+60°C -20...+80°C IP 40 EN 61000-6-2 Immunity EN 61000-6-4 Emission 35/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland DACU_820_BA_V2_1M.doc 36/40 Baumer Electric AG Frauenfeld, Switzerland 9 Service Our sales and consulting teams are at your disposal. Baumer Electric AG P.O. 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