New Automation Technology 2019 - download.beckhoff.com · Sonder-funktionen EPP5xxx 347 Winkel-/Wegmessung EPP6xxx 349 Kommunikation EPP7xxx 351 Motion System EPP1111 353 EtherCAT-P-Box

Highlights . Ethernet bis in die Klemme –

vollständige Durchgängigkeit . Ethernet-Prozessinterface,

skalierbar von 1 Bit bis 64 kByte . Ethernet-Lösung für die Feldebene . exaktes Timing und synchronisierbar

36

Ethe

rCAT

Produktübersicht

Systembeschreibung

Systemübersicht

EtherCAT-Technologien

EtherCAT P

XFC

Safety-over-EtherCAT

EtherCAT-Entwicklungs-

produkte

EtherCAT-Komponenten

Industrie-PC

Embedded-PC

EtherCAT-Klemmen

EtherCAT Box

EtherCAT-Steckmodule

Infrastrukturkomponenten

EtherCAT-Servoverstärker

TwinCAT

TwinSAFE

Zubehör

38

46

40

58

48

48

52

67

u www.beckhoff.de/EtherCAT

EtherCATDer Echtzeit-Ethernet-Feldbus

16

184

252

364

610

334

70

456

542

634

1

1

1

1

1

37

Ethe

rCAT

https://www.beckhoff.de/EtherCAT

Produktübersicht EtherCAT-Komponenten

EtherCAT-Komponenten

PC-based Control

Industrie-

PC

CPxxxx 1 30

Panel-PCs

(EtherCAT-Master)

Cxxxx 1 86

Schaltschrank-PCs

(EtherCAT-Master)

Embedded-

PC

CXxxxx 1 184

Embedded-PCs

(EtherCAT-Master)

Software-

SPS/Motion

Control

TwinCAT 1 456

EtherCAT-Master und

Entwicklungsumgebung

Safety TwinSAFE 1 542

offene und skalierbare

Sicherheitstechnologie

Redundanz TwinCAT 1 527

EtherCAT

RedundancyErweiterung des

EtherCAT-Masters um die

Kabelredundanzfähigkeit

EtherCAT Box

Digital-I/O EP1xxx, 272

ER1xxx, EQ1xxx*Digital-Eingang

EP2xxx, 279

ER2xxx, EQ2xxx*Digital-Ausgang

EP23xx, 288

ER23xx, EQ23xx*Digital-Kombi

Analog-I/O EP3xxx, 294

ER3xxx, EQ3xxx*Analog-Eingang

EP4xxx, 302

ER4xxx*Analog-Ausgang

EP43xx 303

Analog-Kombi

Sonder-

funktionen

EP5xxx, 304

ER5xxx*Winkel-/Wegmessung

EP6xxx, 307

ER6xxx*Kommunikation

EP7xxx, 311

ER7xxx*Motion

EP8xxx, 315

ER8xxx*Multifunktionale I/O-Box

System EP1111 316

EtherCAT Box mit ID-Switch

EP1122 316

2-Port-EtherCAT-Abzweig

EP9214, 318

EP92247/8“-Stecker, 7/8“-Buchse

EtherCAT-P-Box

Digital-I/O EPP1xxx 324

Digital-Eingang

EPP2xxx 330

Digital-Ausgang

EPP23xx 336

Digital-Kombi

Analog-I/O EPP3xxx 342

Analog-Eingang

EPP4xxx 346

Analog-Ausgang

Sonder-

funktionen

EPP5xxx 347

Winkel-/Wegmessung

EPP6xxx 349

Kommunikation

EPP7xxx 351

Motion

System EPP1111 353

EtherCAT-P-Box mit

ID-Switch

EPP9001 355

EtherCAT-P-/EtherCAT-

Connector mit Spannungs-

weiterleitung

EPP9022 355

4 x Diagnose (US, UP, IS, IP)

EPP1322 354

3 Ports, mit Einspeisung

EPP1332 354

3 Ports, mit Auffrischung

EPP1342 354

3 Ports

EtherCAT-Klemmen

Koppler EK1xxx 98

EtherCAT-Koppler E-Bus

BK1xxx 107

EtherCAT-Koppler K-Bus

EKxxxx 108

Buskoppler für

EtherCAT-Klemmen

Digital-I/O EL1xxx 112

Digital-Eingang

EL2xxx 126

Digital-Ausgang

Analog-I/O EL3xxx 148

Analog-Eingang

EL4xxx 192

Analog-Ausgang

Sonder-

funktionen

EL5xxx 200

Winkel-/Wegmessung

EL6xxx 205

Kommunikation

EL7xxx 226

Motion

System EL9xxx 233

Systemklemmen

*EPxxxx: Industriegehäuse in IP 67, ERxxxx: Zinkdruckguss-Gehäuse in IP 67, EQxxxx: Edelstahlgehäuse in IP 69K

Technische Änderungen vorbehalten

38

Ethe

rCAT

Antriebstechnik

Servo-

verstärker

AX5000 1 344

Digital Kompakt-

Servoverstärker

AX8000 1 336

Multiachs-Servosystem

für OCT-Motoren

EL72xx 228

Servomotorklemme,

Ieff = 4,5 A, 50 V DC

EP7211-9034 311

Servomotorbox, Ieff = 4,5 A,

50 V DC, OCT, STO

EJ7211-xxxx 392

Servomotor-EtherCAT-

Steckmodul, Ieff = 4,5 A,

50 V DC, OCT

Dezentrales

Servo-

antriebs-

system

AMP8000 1 356

Synchron Servomotoren

mit integriertem

Antriebsverstärker

Servo-

motoren

AM80xx 1 366

Synchron Servomotoren mit

One Cable Technology (OCT)

AM85xx 1 378


erhöhtem Trägheitsmoment

und One Cable Technology

(OCT)

AM88xx 1 392

Edelstahl-Synchron-

Servomotoren mit


ALxxxx 1 400

Linear Servomotoren

Kompakte

Antriebs-

technik

AM81xx 1 414



für die Servo-I/Os

AA1121 1 412

Linearaktuator

Transport-

system

XTS 1 428

eXtended Transport System

EtherCAT-P-Box

Digital-I/O EPP1xxx 324

Digital-Eingang

EPP2xxx 330

Digital-Ausgang

EPP23xx 336

Digital-Kombi

Analog-I/O EPP3xxx 342

Analog-Eingang

EPP4xxx 346

Analog-Ausgang

Sonder-

funktionen

EPP5xxx 347

Winkel-/Wegmessung

EPP6xxx 349

Kommunikation

EPP7xxx 351

Motion

System EPP1111 353

EtherCAT-P-Box mit

ID-Switch

EPP9001 355

EtherCAT-P-/EtherCAT-

Connector mit Spannungs-

weiterleitung

EPP9022 355

4 x Diagnose (US, UP, IS, IP)

EPP1322 354

3 Ports, mit Einspeisung

EPP1332 354

3 Ports, mit Auffrischung

EPP1342 354

3 Ports

Infrastrukturkomponenten

PCI-

Ethernet

FC9xxx 630

PCI-, Mini-PCI-, PCIe-Karten

1 GBit/s

FC9xxx 631

PCI-, Mini-PCI-, PCIe-Karten

100 MBit/s

PCI-

EtherCAT

FC1100 622

PCI-EtherCAT-Slave-Karte

FC1121 622

PCI-Express-EtherCAT-

Slave-Karte

Port-

Multiplier

CU2508 617

1 x RJ45 (+ 8 x RJ45:

100 MBit/s)

EtherCAT-

Verteiler

CU1128 619

8 x RJ45, IP 20

EP9128-0021 619

8 x M8, IP 67

EtherCAT-

Medien-

konverter

LWL

CU1521-0000 620

Multimode, IP 20

EP9521-0020 621

Multimode, IP 67

Feldbus Box

Feldbus

Box

IL230x-B110 559

IP-67-Koppler-Box mit

EtherCAT-Interface

IExxxx 576

Erweiterungs-Box-

Module für IP-Link

Feldbus

Module

FM33xx-B110 606

Thermoelement-

Feldbus-Module mit

EtherCAT-Schnittstelle

EtherCAT-Steckmodule

Koppler EJ1100 371

EtherCAT-Koppler E-Bus

Digital-I/O EJ1xxx 372

Digital-Eingang

EJ2xxx 376

Digital-Ausgang

Analog-I/O EJ3xxx 380

Analog-Eingang

EJ4xxx 384

Analog-Ausgang

Sonder-

funktionen

EJ5xxx 386

Winkel-/Wegmessung

EJ6xxx 388

Kommunikation

EJ7xxx 391

Motion

System EJ9xxx 394

Systemmodule


39

Ethe

rCAT

EtherCAT – Ultra high-speed for automation

Highlights

– Ethernet bis in die Klemme – vollständige Durchgängigkeit– das Ethernet-Prozessinterface, skalierbar von 1 Bit bis 64 kByte– die erste wirkliche Ethernet-Lösung für die Feldebene– exaktes Timing und synchronisierbar

Performance

– 256 Digital-I/Os in 12 µs– 1000 Digital-I/Os in 30 µs– 200 Analog-I/Os (16 Bit) in 50 µs,

entspricht 20-kHz-Sampling-Rate– 100 Servoachsen alle 100 µs– 12.000 Digital-I/Os in 350 µs

Topologie

– Linien-, Baum- oder Sterntopologie– bis zu 65.535 Teilnehmer in einem Netzwerk– Netzwerkausdehnung: nahezu unbeschränkt (> 500 km)– Betrieb mit und ohne Switche– kostengünstige Verkabelung: Industrial-Ethernet-Patchkabel (Kat. 5)– Übertragungsphysik:

– Ethernet 100BASE-TX über Twisted-Pair, bis 100 m zwischen 2 Teilnehmern

– Ethernet 100BASE-FX über Lichtwellenleiter, bis zu 20 km zwischen 2 Teilnehmern

– Hot-Connect von Bussegmenten

Adressraum

– netzwerkweites Prozessabbild: 4 Gigabyte– Teilnehmerprozessabbild: 1 Bit bis 64 kByte– Adresszuordnung: frei konfigurierbar– Adresseinstellung Teilnehmer: automatisch per Software

Kostenvorteile

– kein Netzwerktuning mehr: niedrige Engineering-Kosten– harte Echtzeit mit Software-Master: Verzicht auf Einsteckkarten– keine aktiven Infrastruktur-Komponenten (Switche etc.)

erforderlich– Ethernet-Kabel- und Steckerkosten: niedriger als beim Feldbus– EtherCAT bis in die I/O-Klemme: keine aufwendigen Buskoppler– niedrige Anschaltkosten dank hochintegrierter EtherCAT Slave

Controller

Protokoll

– optimiertes Protokoll direkt im Ethernet-Frame– vollständig in Hardware implementiert– für Routing und Socket-Interface: UDP-Datagramm– Verarbeitung im Durchlauf– Distributed-Clocks für präzise Synchronisation– Timestamp-Data-Types für Auflösung im Nanosekundenbereich– Oversampling-Data-Types für hochauflösende Messungen

Diagnose

– Bruchstellenerkennung– ständige „Quality-of-Line“-Messung ermöglicht

exakte Lokalisierung von Übertragungsstörungen– Topology View

Schnittstellen

– Switchport-Klemme für Standard-Ethernet-Geräte– Feldbusklemmen für Feldbusgeräte– dezentrale serielle Schnittstellen– Kommunikationsgateways– Gateway zu anderen EtherCAT-Systemen

Offenheit

– vollständig Ethernet-kompatibel– Betrieb an Switchen und Routern möglich– auch Mischbetrieb mit anderen Protokollen– Internettechnologien (Webserver, FTP etc.)– kompatibel zum bestehenden Busklemmenprogramm– offen gelegtes Protokoll– EtherCAT ist IEC-, ISO- und SEMI-Standard.

EtherCAT Technology Group

– internationales Firmenkonsortium– umfasst Anwender und Hersteller– unterstützt Technologieentwicklung– gewährleistet Interoperabilität– Integration und Entwicklung von Geräteprofilen


40

Ethe

rCAT

Protokollbearbeitung vollständig in Hardware | Protokoll-ASICs flexibel konfigurierbar. Prozessinterface von 1 Bit bis 64 kByte.

weniger schnell und exakt zu den ange-schlossenen Ethernet-Knoten transportieren – jedoch ist die Bandbreitennutzung speziell bei typischen Automatisierungsgeräten sehr gering, da auch für kleinste Datenmengen stets ein vollständiger Ethernet-Rahmen ver-schickt werden muss. Zudem sind die Zeiten, die für die Weiterleitung zu den Ausgängen oder Antriebsreglern und für das Einlesen der Eingangsdaten benötigt werden, stark imple-mentierungsabhängig. Speziell bei modularen I/O-Systemen kommt hier in der Regel noch ein Sub-Bus hinzu, der wie der Beckhoff-K-Bus zwar synchronisiert und schnell sein kann, jedoch grundsätzlich kleine Verzöge-rungen zur Kommunikation hinzufügt.

Mit der EtherCAT-Technologie über-windet Beckhoff diese prinzipiellen Begren-zungen anderer Ethernet-Lösungen: Das Telegramm wird nicht mehr in jeder Anschal-tung zunächst empfangen, dann interpretiert und die Prozessdaten weiter kopiert. Der EtherCAT Slave Controller in jedem Teilneh-mer – bis hinunter zur einzelnen Klemme – entnimmt die für das Gerät bestimmten Daten, während das Telegramm durchläuft. Ebenso werden Eingangsdaten im Durch- lauf in den Datenstrom eingefügt. Die Tele-gramme werden, bei einer Verzögerung um nur wenige Nanosekunden, bereits weiterge-schickt. Der Slave erkennt für sich bestimmte Kommandos und führt sie entsprechend aus. Der Vorgang findet hardwareimplementiert im Slave Controller statt und ist daher unab-hängig von den Softwarelaufzeiten der Pro-

Echtzeit-Ethernet: Ultra-Highspeed bis zur KlemmeÜberragende Performance, flexible Topologie und einfache Konfiguration kennzeichnen EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology), die Echtzeit-Ethernet-Techno-logie von Beckhoff. Wo herkömmliche Feld-bussysteme an ihre Grenzen kommen, setzt EtherCAT Maßstäbe: 1000 verteilte I/Os in 30 µs; nahezu unbeschränkte Netzwerk-ausdehnung und, dank Ethernet- und Inter-nettechnologien, optimale vertikale Inte-gration. Mit EtherCAT kann die aufwendige Ethernet-Sterntopologie durch eine einfache Linien- oder Baumstruktur ersetzt werden – teure Infrastrukturkomponenten entfallen. Dabei können beliebige Ethernet-Geräte via Switchport integriert werden.

Während andere Echtzeit-Ethernet-Ansätze spezielle Anschaltungen in der Steuerung erfordern, kommt EtherCAT mit äußerst kostengünstigen Standard-Ethernet-Schnittstellen im Master aus.

FunktionsprinzipEs gibt viele verschiedene Ansätze, mit denen Ethernet echtzeitfähig gemacht werden kann: So wird z. B. das Zugriffsver-fahren CSMA/CD durch überlagerte Proto-kollschichten außer Kraft gesetzt und durch ein Zeitscheibenverfahren oder durch Polling ersetzt. Andere Vorschläge sehen spezielle Switche vor, die Ethernet-Telegramme zeitlich präzise kontrolliert verteilen. Diese Lösungen mögen Datenpakete mehr oder

tokollstacks oder der Prozessorleistung. Der letzte EtherCAT-Slave im Segment schickt das bereits vollständig verarbeitete Telegramm zurück, sodass es vom ersten Slave – quasi als Antworttelegramm – zur Steuerung gesendet wird.

Aus Ethernet-Sicht ist ein EtherCAT- Bussegment nichts anderes als ein einzelner großer Ethernet-Teilnehmer, der Ethernet-Telegramme empfängt und sendet. Innerhalb des „Teilnehmers“ befindet sich aber nicht ein einzelner Ethernet-Controller mit nach-geschaltetem µ-Prozessor, sondern eine Viel- zahl von EtherCAT-Slaves. Wie bei jedem anderen Ethernet-Teilnehmer auch, kann eine direkte Kommunikation ohne Switch aufge-baut werden, wodurch ein reines EtherCAT-System entsteht.

Ethernet bis in die KlemmeDas Ethernet-Protokoll bleibt bis in jeden Teilnehmer – und damit bis in die einzelne Klemme – erhalten, der Sub-Bus entfällt. Lediglich die Übertragungsphysik wird im Koppler von 100BASE-TX oder -FX auf E-Bus gewandelt, um den Anforderungen der elek-tronischen Reihenklemme gerecht zu werden. Die E-Bus-Signalform (LVDS) innerhalb der Klemmenreihe wird bei Ethernet z. B. auch für 10-GBit-Ethernet genutzt. Am Ende der Klemmenreihe wird die Busphysik wieder auf 100BASE-TX-Standard gewandelt.

Als Hardware in der Steuerung kommen der bereits vorhandene Ethernet-Con-troller oder sehr preiswerte, handelsübliche

Ethernet for Control Automation Technology


41

Ethe

rCAT

Vom Master

Zum Master

Telegrammbearbeitung vollständig in Hardware

EtherCAT Slave Controller (ESC) | EtherCAT ist nicht nur außer halb des I/O-Gerätes schneller, sondern auch innerhalb: Digitale I/Os werden direkt vom ESC bedient, ohne Verzögerungen durch lokale Firmware und unabhängig von der installierten µC-Performance.

Master/Slave-Prinzip, auch hervorragend für die Kommunikation zwischen Steuerungen (Master/Master). Mit frei adressierbaren Netzwerkvariablen für Prozessdaten und vielfältigen Diensten für Parametrierung, Diagnose, Programmierung und Fernsteue-rung wird das ganze Anforderungsspektrum abgedeckt. Dabei sind die Datenschnittstellen bei Master/Slave- und Master/Master-Kom-munikation identisch.

PerformanceMit EtherCAT werden neue Dimensionen in der Netzwerk-Performance erreicht. Die Update-Zeit für die Daten von 1000 verteilten Ein-/Ausgängen beträgt nur 30 µs – einschließlich Klemmendurchlaufzeit. Mit einem einzigen Ethernet-Frame können bis zu 1486 Byte Prozessdaten ausgetauscht werden – das entspricht fast 12.000 digitalen Ein- und Ausgängen. Für die Übertragung dieser Datenmenge werden dabei nur 300 µs benötigt.

Die Kommunikation mit 100 Servoach-sen erfolgt alle 100 µs. Mit dieser Zykluszeit werden alle Achsen mit Sollwerten und Steuerdaten versehen und melden jeweils ihre Istposition und ihren Status. Durch das Distributed-Clocks-Verfahren können die Achsen mit einer Abweichung von deutlich weniger als einer Mikrosekunde synchroni-siert werden.

Die extrem hohe Performance der EtherCAT-Technologie ermöglicht Steuerungs- und Regelungskonzepte, die mit klassischen

Standardnetzwerk-Interfacekarten (NIC) zum Einsatz. Der Datentransfer zum PC erfolgt per DMA (Direct-Memory-Access): Dadurch wird keine CPU-Performance für den Netzwerk-zugriff abgezweigt. Dieses Prinzip verwenden auch die Beckhoff-Multiportkarten, die bis zu vier Ethernet-Kanäle auf einem PCI-Steck-platz bündeln.

ProtokollDas für Prozessdaten optimierte EtherCAT-Protokoll wird entweder direkt im Ethernet-Frame transportiert oder in UDP/IP-Data-gramme verpackt. Die UDP-Variante wird dann eingesetzt, wenn EtherCAT-Segmente in anderen Subnetzen über Router hinweg angesprochen werden. Ein Ethernet-Rahmen kann mehrere EtherCAT-Telegramme enthal-ten, die jeweils einen Speicherbereich des bis zu 4 Gigabyte großen logischen Prozessab-bildes bedienen. Die datentechnische Reihen-folge ist dabei unabhängig von der physika-lischen Reihenfolge der EtherCAT-Klemmen im Netz; es kann wahlfrei adressiert werden. Broadcast, Multicast und Querkommunikation zwischen Slaves sind möglich. Das Protokoll beherrscht auch die typischerweise azyklische Parameterkommunikation. Struktur und Bedeutung der Parameter werden durch die Geräteprofile nach CANopen vorgegeben, die für eine große Vielfalt von Geräteklassen und Anwendungen definiert sind. Zudem unter-stützt EtherCAT auch das SERCOS-Servoprofil nach IEC 61800-7-240. EtherCAT eignet sich, neben dem Datenaustausch nach dem

Feldbussystemen nicht realisierbar waren. So können auch sehr schnelle Regelkreise über den Bus geschlossen werden. Funktionen, die bislang dedizierte lokale Hardwareunterstüt-zung benötigten, lassen sich nun in Software abbilden. Die enorme Bandbreite erlaubt es, zu jedem Datum z. B. auch Statusinformatio-nen zu übertragen. Mit EtherCAT steht eine Kommunikationstechnologie zur Verfügung, die der überlegenen Rechenleistung moder-ner Industrie-PCs entspricht. Das Bussystem ist nicht mehr der „Flaschenhals“ im Steue-rungskonzept. Verteilte I/Os werden schneller erfasst, als dies mit den meisten lokalen I/O-Schnittstellen möglich ist.

Die Vorteile dieser Netzwerk-Performance werden auch bei kleinen Steuerungen mit vergleichsweise moderater Rechenleistung deutlich. Der EtherCAT-Zyklus ist so schnell, dass er zwischen zwei Steuerungszyklen


42

Ethe

rCAT

Freiheit bei der Topologiewahl | Maximale Flexibilität bei der Verdrahtung: mit und ohne Switch, Linien- und Baumtopologien frei wähl- und kombinierbar. Die Adressvergabe erfolgt automatisch, IP-Adresseinstellung ist überflüssig.

ausgeführt werden kann. Damit stehen der Steuerung stets aktuellste Eingangsdaten zur Verfügung und die Ausgänge werden mit minimaler Verzögerung angesprochen. Das Reaktionsverhalten der Steuerung ver-bessert sich erheblich, ohne dass die Rechen-leistung selbst erhöht wurde.

Das EtherCAT-Technologieprinzip ist skalierbar und nicht an die Baudrate von 100 MBaud gebunden – eine Erweiterung auf GBit-Ethernet ist möglich.

EtherCAT statt PCIMit der fortschreitenden Verkleinerung der PC-Komponenten wird die Baugröße von Industrie-PCs zunehmend von der Anzahl der benötigten Steckplätze bestimmt. Die Bandbreite von Fast-Ethernet, zusammen mit der Datenbreite der EtherCAT-Kommuni-kationshardware (EtherCAT Slave Controller), ermöglicht die Auslagerung von PC-Schnitt-stellen in intelligente Schnittstellenklemmen am EtherCAT-System. Über einen einzigen Ethernet-Port im PC können dann, neben den dezentralen I/Os, Achsen und Bediengeräten, auch komplexe Systeme, wie Feldbusmaster, schnelle serielle Schnittstellen, Gateways und andere Kommunikationsinterfaces, angespro-chen werden. Selbst weitere Ethernet-Geräte mit beliebigen Protokollvarianten lassen sich über dezentrale Switchport-Klemmen anschließen. Der zentrale IPC wird kleiner und damit kostengünstiger; eine Ethernet-Schnittstelle genügt zur kompletten Kommu-nikation mit der Peripherie.

TopologieLinie, Baum oder Stern: EtherCAT unterstützt nahezu beliebige Topologien. Die von den Feldbussen her bekannte Bus- oder Linien-struktur wird damit auch für Ethernet ver- fügbar. Besonders praktisch für die Anlagen-verdrahtung ist die Kombination aus Linien und Abzweigen bzw. Stichleitungen. Die be-nötigten Schnittstellen sind auf den Kopplern vorhanden; zusätzliche Switche werden nicht benötigt. Natürlich kann aber auch die klas-sische Ethernet-Sterntopologie mit Abzweig-klemmen eingesetzt werden.

Die maximale Flexibilität bei der Verdrah-tung wird durch die Auswahl verschiedener Leitungen vervollständigt. Flexible und preis-werte geschirmte Industrial-Ethernet-Feldbus-kabel übertragen die Signale auf Ethernet- Art (100BASE-TX) bis zu 100 m zwischen zwei Teilnehmern. Die gesamte Bandbreite der Ethernet-Vernetzung – wie verschie-denste Lichtleiter und Kupferkabel – kann in der Kombination mit Switchen und Medien-konvertern zum Einsatz kommen. Für jede Leitungsstrecke kann die Signalvariante individuell ausgewählt werden. Da bis zu 65.535 Teilnehmer angeschlossen werden können, ist die Netzausdehnung nahezu unbeschränkt.

Distributed-ClocksDer exakten Synchronisierung kommt immer dann eine besondere Bedeutung zu, wenn räumlich verteilte Prozesse gleichzeitige Aktionen erfordern. Das kann z. B. bei Appli-

kationen der Fall sein, in denen mehrere Servoachsen gleichzeitig koordinierte Bewe-gungen ausführen.

Der leistungsfähigste Ansatz zur Synchro-nisierung ist der exakte Abgleich verteilter Uhren. Im Gegensatz zur vollsynchronen Kommunikation, deren Synchronisations-qualität bei Kommunikationsstörungen sofort leidet, verfügen verteilte, abgeglichene Uhren über ein hohes Maß an Toleranz gegenüber möglichen, störungsbedingten Verzögerungen im Kommunikationssystem. Bei EtherCAT basiert der Datenaustausch vollständig auf einer reinen Hardwaremaschine. Da die Kommunikation eine logische (und dank Vollduplex-Fast-Ethernet auch physikalische) Ringstruktur nutzt, kann die Reference-Clock den Laufzeitversatz zu den einzelnen Local-Clocks einfach und exakt ermitteln – und umgekehrt. Auf Basis dieses Wertes werden die verteilten Uhren nachgeführt, und es steht eine hochgenaue, netzwerkweite Zeit-basis zur Verfügung, deren Jitter deutlich unter einer Mikrosekunde beträgt.

Hochauflösende verteilte Uhren dienen aber nicht nur der Synchronisierung, sondern können auch exakte Informationen zum lokalen Zeitpunkt der Datenerfassung liefern. Dank erweiterter Datentypen lässt sich ein Messwert mit einem hochgenauen Zeitstem-pel versehen.

Hot-ConnectViele Applikationen erfordern eine Änderung der I/O-Konfiguration während des Betriebes.


43

Ethe

rCAT

Distributed-Clocks | Dezentrale absolute Systemsynchronisation für CPU, I/O und Antriebsgeräte

SSSS

SM

t

SS

Beispiele sind Bearbeitungszentren mit wechselnden, sensorbestückten Werkzeug-systemen, Transfereinrichtungen mit intel-ligenten, flexiblen Werkstückträgern oder Druckmaschinen, bei denen einzelne Druck-werke abgeschaltet werden. Die Protokoll-struktur des EtherCAT-Systems trägt diesen Anforderungen Rechnung: Die Hot-Connect-Funktion erlaubt es, Teile des Netzwerkes im laufenden Betrieb an- und abzukoppeln, umzukonfigurieren und so flexibel auf wech-selnde Ausbaustufen zu reagieren.

HochverfügbarkeitErhöhten Anforderungen an Anlagenverfüg-barkeit wird mit optionaler Leitungsredundanz Rechnung getragen, die auch Gerätetausch im laufenden Netzwerk ermöglicht. Auch redun-dante Master mit Hot-Stand-by-Funktionalität werden von EtherCAT unterstützt. Da die EtherCAT Slave Controller das Frame bei Unterbrechung automatisch sofort zurück-schicken, führt ein Teilnehmerausfall nicht zum Stillstand des gesamten Netzwerkes. So lassen sich beispielsweise Schleppketten-Applikatio-nen gezielt als Stichleitungen ausführen, um für Kabelbruch gewappnet zu sein.

Safety-over-EtherCATZur Realisierung einer sicheren Datenübertra-gung für EtherCAT ist das Protokoll Safety-over-EtherCAT offen gelegt. Das Protokoll hält die Anforderungen der IEC 61508 bis zum Safety-Integrity-Level (SIL) 3 und der IEC 61784-3 ein; dies wurde vom TÜV bestätigt.

EtherCAT wird als einkanaliges Kommunika-tionssystem genutzt; das Transportmedium wird dabei als „Black Channel“ betrachtet und nicht in die Sicherheitsbetrachtung einbezogen. Damit ist das Protokoll auch geeignet, über andere Kommunikationssys-teme, Backplanes oder WLAN übertragen zu werden. Der Übertragungszyklus kann beliebig kurz gewählt werden, ohne die Restfehlerwahrscheinlichkeit zu beeinflussen. Der zyklische Austausch der sicheren Daten zwischen einem Safety-over-EtherCAT-Master und einem Safety-over-EtherCAT-Slave wird als Connection bezeichnet, die über einen Watchdog-Timer überwacht wird. Ein Master kann mehrere Connections zu verschiedenen Slaves aufbauen und überwachen.

DiagnoseVerfügbarkeit und Inbetriebnahmezeiten – und damit die Gesamtkosten – hängen ent-scheidend von der Diagnosefähigkeit eines Netzwerkes ab. Nur eine schnell und präzise erkannte und eindeutig lokalisierbare Störung kann kurzfristig behoben werden. Deshalb wurde bei der Entwicklung des EtherCAT-Systems besonderer Wert auf umfassende Diagnoseeigenschaften gelegt.

Bei der Inbetriebnahme gilt es zu prüfen, ob die Istkonfiguration der I/O-Klemmen mit der Sollkonfiguration übereinstimmt. Auch die Topologie sollte der Konfiguration entsprechen. Durch die eingebaute Topolo-gieerkennung, bis hinunter zu den einzelnen Klemmen, kann nicht nur die Überprüfung

beim Systemstart stattfinden – auch ein automatisches Einlesen des Netzwerkes ist möglich (Konfigurations-Upload).

Bitfehler in der Übertragung werden durch die Auswertung der CRC-Checksumme in jedem Teilnehmer zuverlässig erkannt. Neben der Bruchstellenerkennung und -loka-lisierung erlauben Protokoll, Übertragungs-physik und Topologie des EtherCAT-Systems eine individuelle Qualitätsüberwachung jeder einzelnen Übertragungsstrecke. Die automa-tische Auswertung der entsprechenden Fehl-erzähler ermöglicht die exakte Lokalisierung kritischer Netzwerkabschnitte. Schleichende oder wechselnde Fehlerquellen wie EMV-Einflüsse, fehlerhafte Steckverbindungen oder Kabelschäden werden erkannt und lokalisiert.

EtherCAT-KomponentenHardwareseitig ist die EtherCAT-Technologie z. B. in den EtherCAT-Klemmen unterge-bracht. Das I/O-System in Schutzart IP 20 basiert auf dem Gehäuse des bewährten Beckhoff-Busklemmensystems. Im Unter-schied zu den Busklemmen, bei denen das Feldbussignal im Buskoppler auf den inter-nen, feldbusunabhängigen Klemmenbus umgesetzt wird, bleibt das EtherCAT-Proto-koll bis zur einzelnen Klemme vollständig erhalten. Neben den EtherCAT-Klemmen mit E-Bus-Anschluss lassen sich auch die bewährten Standard-Busklemmen mit K-Bus-Anschluss über den EtherCAT-Buskoppler BK1120 anschließen. Damit sind Kompatibi-lität und Durchgängigkeit zum bestehenden


44

Ethe

rCAT

Data 2HDR 2Data 1HDR 1Ethernet HDR Data nHDR n

Subtelegramm 1 Subtelegramm 2 Subtelegramm n

CRC

Logi

sche

s Pr

ozes

sabb

ild: b

is 4

GBy

te

Protokollstruktur | Die Prozessabbildzuordnung ist frei konfigurierbar. Daten werden direkt in der I/O-Klemme an die gewünschte Stelle im Prozessabbild kopiert: Zusätzliches Mapping ist überflüssig. Sehr großer Adressraum von 4 Gigabyte.

den. Geräte mit Feldbusschnittstelle werden über EtherCAT-Feldbusmasterklemmen inte-griert. Die UDP-Protokollvariante lässt sich auf jedem Socket-Interface implementieren. Das EtherCAT-Protokoll ist vollständig offen gelegt und als offizielle IEC-Spezifikation anerkannt und erhältlich (IEC 61158, Typ 12).

EtherCAT Technology GroupIn der EtherCAT Technology Group (ETG) schließen sich immer mehr Automatisierungs-anwender und Gerätehersteller zusammen, um die EtherCAT-Technologieentwicklung zu unterstützen. Im Konsortium ist eine große Bandbreite von Branchen und Anwendungs-feldern vertreten. So wird gewährleistet, dass die EtherCAT-Technologiefunktionen und -Schnittstellen ideal für vielfältigste Appli-kationen vorbereitet sind. Die Organisation sorgt dafür, dass sich EtherCAT einfach und kostengünstig in einer Vielfalt von Automa-tisierungsgeräten integrieren lässt und stellt auch die Interoperabilität der Implementie-rungen sicher.

Die EtherCAT Technology Group ist offizielle IEC-Partnerorganisation für Feld-busnormung; die Mitgliedschaft steht jeder Firma offen.

Weitere Informationen siehe www.ethercat.org

System gewährleistet; bestehende und zukünftige Investitionen werden geschützt.

EtherCAT ist durchgängig in die Steue-rungsarchitektur von Beckhoff integriert: Die EtherCAT-Box-Module verfügen über ein integriertes EtherCAT-Interface und können ohne Koppler Box direkt an ein EtherCAT-Netzwerk angeschlossen werden. Die Serie EPxxxx im Industriegehäuse eignet sich durch die Schutzart IP 67 für den Einsatz direkt an der Maschine in rauer Industrieumgebung. Die Serie EQxxxx im Edelstahlgehäuse bietet sich durch Schutzart IP 69K für Anwendungen mit hohen hygienische Standards, wie bei-spielsweise in der Lebensmittel-, Chemie- oder Pharmaindustrie an.

Die Beckhoff Industrie-PCs, die Embed-ded-PCs der CX-Serie, die Control Panel mit Steuerungsfunktionalität sowie die Ethernet-PCI-Karten sind „von Haus aus“ EtherCAT-tauglich. Auch die Beckhoff-Servoantriebe sind mit EtherCAT-Schnittstelle erhältlich.

OffenheitDie EtherCAT-Technologie ist nicht nur vollständig Ethernet-kompatibel, sondern „by design“ durch besondere Offenheit gekennzeichnet: Das Protokoll verträgt sich mit weiteren Ethernet-basierten Diensten und Protokollen auf dem gleichen physika-lischen Netz – in der Regel nur mit minimalen Einbußen bei der Performance. Beliebige Ethernet-Geräte können ohne Einfluss auf die Zykluszeit innerhalb des EtherCAT-Segments via Switchport-Klemme angeschlossen wer-


45

Ethe

rCAT

Safety-Inputs/-OutputsTwinSAFE-Logic

100 m

(100BASE-TX)

Flexible Topologie EtherCAT-Bridge

EtherCAT P

SafetyFeldbus-Integration

Ethernet TCP/IP

E-Bus K-Bus

IPC

IPC

IPC

IPC

BK1250

EL6695

IPC

Bus/Linie

Baum/Stern

Safety-Drives mitTwinSAFE-Optionskarten

LichtwellenleiterASE-FX)

50 m (POF)2000 m (multimode)20.000 m (singlemode)

100BASE-FX

(100B

Automatisierungssuite,EtherCAT-Master

Industrial-Ethernet-Kabel

Kabelredundanz

EtherCAT-Systemübersicht


46

Ethe

rCAT

Safety-Inputs/-OutputsTwinSAFE-Logic

100 m

(100BASE-TX)

Flexible Topologie EtherCAT-Bridge

EtherCAT P

SafetyFeldbus-Integration

Ethernet TCP/IP

E-Bus K-Bus

IPC

IPC

IPC

IPC

BK1250

EL6695

IPC

Bus/Linie

Baum/Stern

Safety-Drives mitTwinSAFE-Optionskarten

LichtwellenleiterASE-FX)

50 m (POF)2000 m (multimode)20.000 m (singlemode)

100BASE-FX

(100B

Automatisierungssuite,EtherCAT-Master

Industrial-Ethernet-Kabel

Kabelredundanz


47

Ethe

rCAT

u www.beckhoff.de/EtherCATP

Steckerfamilie optimal skalierbar von 24 V DC bis 630 V AC/850 V DC

Reduzierung von Material- und Montagekosten

One Cable Connection: EtherCAT + 2 x 24 V DC (UP, US) auf nur 4 Adern

Stromversorgungs-weiterleitung in den Teilnehmern

Die freie und flexible Topologiewahl von EtherCAT bleibt erhalten.

Minimierung des Bauraums in Schleppketten, Schalt-

schrank und Maschine

Überragende EtherCAT-Performance zu geringen Anschaltkosten

EtherCAT P | Ultraschnelle Kommuni- kation und Power auf einem Kabel


48

Ethe

rCAT

Technische Daten EtherCAT P

Spannungen 2 x 24 V DC nach IEC 61131 (-15 %/+20 %), max. 3 A jeweils für US und UP

Steckverbinder Fehlstecken wird durch neuen EtherCAT-P-kodierten M8-Stecker verhindert.

Topologie kaskadierbar in allen Topologievarianten

Netzwerkplanung toolgestützte Berechnung der Ströme und Spannungen, somit optimale Auslegung und Verteilung der Einspeisepunkte

Prozessdaten EtherCAT-Prozessdaten skalierbar von 1 Bit…64 kByte pro Teilnehmer

Teilnehmer bis zu 65.535 Devices in einem Netzwerk

Performance Zykluszeiten von < 100 µs, Synchronisierung Distributed-Clocks << 1 µs,

Signalabtastung mit Oversampling << 1 µs mit n = 1…1000

Mit EtherCAT P erweitert Beckhoff die als weltweiten Standard etablierte EtherCAT-Technologie. Die Lösung vereint in einem Kabel die ultraschnelle EtherCAT-Kommunikation mit der 24-V-System- und -Peripheriespannung – und bei Bedarf mit einer zusätzlichen Leistungsversorgung. Damit lässt sich die One Cable Automation (OCA) für die Feldebene realisieren, um Maschinen und Anlagen einfach steckbar und schaltschranklos vom Sensor bis zum Antrieb zu vernetzen.

In der EtherCAT-P-Leitung ist die 24-V-DC-Versorgung der EtherCAT-P- Slaves und der angeschlossenen Sensoren und Aktoren in einer einzelnen 4-adrigen Standard-Ethernet-Leitung kombiniert. Dabei sind US (System- und Sensorver-sorgung) und UP (Peripheriespannung für Aktoren) galvanisch voneinander getrennt. Versorgt werden die angeschlossenen Kom-ponenten mit jeweils bis zu 3 A Strom.

EtherCAT P: Vom 24-V-DC-Sensor bis zum 630-V-AC-/850-V-DC-AntriebVorteile bietet EtherCAT P sowohl bei der Verbindung von abgesetzten kleineren I/O-Stationen im Klemmenkasten als auch bei dezentralen I/O-Komponenten vor Ort im Prozess. Um hierbei – ganz im Sinne der One Cable Automation – auch Komponenten mit höheren Anforderungen bzgl. Spannung und/oder Strom anschließen zu können, wurde eine komplette Steckerfamilie ent-wickelt. Die ENP-/ECP-Steckerfamilie deckt alle Anwendungsfälle bis hin zu Antrieben mit 650 V AC oder 850 V DC und einem Strom von maximal 64 A ab.

Für die Übertragung größerer Leistungen wurde ein kompaktes EtherCAT-P-Element, mit der gleichen Belegung wie beim M8- Stecker, mit zusätzlichen Power-Pins kombiniert. Ergebnis sind die ENP-/ECP-Steckver-binder B12, B17, B23 und B40 für unterschiedliche Leistungsklassen. Mit einem Bajonett-

verschluss und Schutzart IP 67 ermöglichen sie eine einfache, schnelle und zuverlässige Verbindung direkt an der Maschine sowie die optimale Skalierbarkeit von EtherCAT für folgende Anwendungsfälle:– B12 zur Anbindung von kompakten

Motoren mit integrierten Enstufen, mit maximal 48 V DC und 10 A

– B17 für Asynchronmotoren mit Frequenz-umrichter, mit bis zu 230 V DC und 14 A

– B23 für komplette Schaltschränke, mit maximal 400 V AC und 30 A

– B40 für die Versorgung von Roboter-stationen, mit bis zu 64 A

EPPxxxx | EtherCAT-P-

Produkte in IP 67

EPPxxxx-006x | Kompakte

EtherCAT-P-Produkte in IP 67

EK13xx | EtherCAT-P-

Produkte in IP 20

ENP/ECP | Steckerfamilie

für alle Anwendungsfälle


49

Ethe

rCAT

Die Grundidee von EtherCAT P liegt darin, die Anzahl der Anschlüsse an den Auto-matisierungskomponenten und -geräten zu reduzieren und somit die Systemverkabelung zu vereinfachen. Einsetzbar ist diese optimal entsprechend der jeweiligen Leistungs-anforderungen skalierbare Einkabellösung in der gesamten Feldebene: Für den 24-V- Bereich wird eine konventionelle Standard-Ethernet-Leitung verwendet. Bei höheren Spannungen und Strömen wird EtherCAT P in die entsprechende Powerleitung mit inte-griert. Hierfür bietet Beckhoff mit der ENP-/ECP-Steckerfamilie ein umfangreiches Port-folio an Kabeln und Steckern.

Durch den Wegfall der separaten Ver- sorgungsleitungen reduzieren sich Material-kosten, Montage- bzw. Zeitaufwand sowie die Fehlerquote bei der Installation. Zudem wird der benötigte Bauraum in Schlepp- ketten, Schaltschränken und in der Maschine selbst minimiert. Außerdem sind kleinere und übersichtlichere Kabeltrassen ebenso wie kleinere Sensoren bzw. Aktoren möglich. Insgesamt eröffnet dies deutlich mehr Frei-heiten im Anlagendesign, und das bei mini-mierten Material- bzw. Systemkosten durch eine toolgestützte Systemauslegung.

EtherCAT P – der ideale Sensor-, Aktor- und Messtechnik-BusBei EtherCAT P werden die Ströme von US und UP direkt auf die Adern der 100-MBit/s-Leitung eingekoppelt, woraus eine sehr kostengünstige und kompakte Anschaltung resultiert. Damit erweist sich EtherCAT P als idealer Sensor-, Aktor- und Messtechnik-Bus, mit Vorteilen sowohl bei der Verbindung von abgesetzten kleineren I/O-Stationen im Klemmenkasten als auch bei dezentralen I/O-Komponenten vor Ort im Prozess. Ent-wickelt wurde dafür ein M8-Steckverbinder, der durch eine mechanische Kodierung zuverlässig vor einem Fehlstecken mit Standard-EtherCAT-Slaves schützt.

Um auch Komponenten mit höheren Anforderungen bezüglich Spannungs- und/oder Stromversorgung anschließen zu können, wurde eine komplette Stecker-familie entwickelt: Die ECP-/ENP-Stecker-familie deckt alle Anwendungsfälle bis hin zu Antrieben mit 630 V AC oder 850 V DC und bis 64 A ab. Auf diese Weise lassen

sich alle Komponenten der Feldebene sehr einfach verbinden. So gibt es für den I/O-Bereich die Anschaltungen in Schutzart IP 20 und IP 67. Weiterhin eignet sich das System für Aktoren, wie z. B. AC- und DC-Motoren, Stellantriebe und Ventilinseln, sowie für Sensoren, d. h. Näherungsschalter, Licht-schranken oder Drehgeber. Für Vision-Auf-gaben lassen sich Kameras, Barcodescanner und 3D-Scanner anbinden.

EtherCAT-P-Box-Module für die gesamte DatenerfassungFür die 24-V-I/O-Ebene ist bereits ein komplettes Spektrum an System- und I/O-Komponenten in Schutzart IP 67 verfügbar. Zum Anschluss der Sensoren und Aktoren steht die ganze Vielfalt der bewährten EP-Box-Module als EPP-Ausführung für EtherCAT P bereit. Hierzu zählen verschie-dene 4-, 8- und 16-kanalige Digital-Eingangs-Box-Module (3,0 ms bzw. 10 µs Filter) bzw. 4-, 8-, 16- und 24-kanalige Digital-Ausgangs-Module (0,5 A bzw. 2 A Ausgangsstrom), zahlreiche 4-, 8- und 16-kanalige IP-67-I/Os mit kombinierten Digital-Ein-/Ausgängen sowie serielle Schnittstellen RS232 und RS422/RS485. Dazu kommen EPP-Box-Modu-le für analoge Ein- und Ausgangsgrößen, wie z. B. ±10 V/0 bis 20 mA, Differenz-/Absolut-druck sowie Daten von Widerstandssensoren, Thermoelementen und Inkremental-Encodern.

Die gewohnte freie und flexible Topolo-giewahl bleibt auch bei EtherCAT P erhalten. Die Stromtragfähigkeit von 3 A je EtherCAT-P- Segment erlaubt bereits den Einsatz einer Vielzahl von Sensoren/Aktoren. Dem Aufbau der gewünschten Netzwerkstruktur direkt im Feld dienen folgende IP-67-Infrastruktur-komponenten:– EtherCAT-P-Box EPP1111 mit ID-Switch– EtherCAT-P-Sternverteiler mit Einspeisung

(EPP1322), mit und ohne Auffrischung (EPP1332/EPP1342)

– EtherCAT-P-Powerverteiler (EP9224-0037), mit B17-ENP-Einspeisung

– EtherCAT-P-Abzweig aus dem EtherCAT-Box-System heraus (EP1312)

– EtherCAT-P-/EtherCAT-Connector EPP9001 mit Spannungsweiterleitung

– EtherCAT-P-/EtherCAT-Connector ZS7000-0005 ohne Spannungsweiter-leitung

– EtherCAT-P-Box EPP9022 zur Diagnose von US (System- und Sensorversorgung) und UP (Peripheriespannung für Aktoren)

EtherCAT-P-Koppler zum Anschluss der IP-20-WeltDie EtherCAT-P-Koppler EK13xx in IP 20 bieten die Möglichkeit eines durchgängigen Einsatzes von EtherCAT P vom Schaltschrank bis direkt an die Maschine. Der Koppler EK1300 bindet EtherCAT-Klemmen (ELxxxx) in das EtherCAT-P-Netzwerk ein. Mit der obe- ren EtherCAT-P-Schnittstelle wird der Koppler an das Netzwerk angeschlossen, die untere EtherCAT-P-kodierte M8-Buchse dient zur optionalen Weiterführung der EtherCAT-P-Topologie. Da EtherCAT P die Spannungs-versorgung und Kommunikation auf nur einer Leitung integriert, entfällt die zusätzliche Spannungsversorgung des Kopplers über die Klemmenpunkte. Je nach Anwendungsfall kann die System- und Sensorversorgung US oder die Peripheriespannung für Aktoren UP auf die Powerkontakte gebrückt werden.

Der 2-Port-EtherCAT-P-Abzweig EK1322 ermöglicht den Aufbau von EtherCAT-P-Sterntopologien. An den Ports können ein-zelne EtherCAT-P-Devices oder auch ganze EtherCAT-P-Stränge angeschlossen werden. Der EK1322 kann in einem EtherCAT-Strang an beliebiger Stelle zwischen den EtherCAT-Klemmen (ELxxxx) eingesetzt werden. Über die frontseitigen Klemmstellen werden die System- und Sensorversorgung US und die Peripheriespannung für Aktoren UP für die EtherCAT-P-Abgänge eingespeist.

Die EtherCAT-P-Verlängerung EK1310 bietet die Möglichkeit, von EtherCAT auf EtherCAT P umzusetzen oder ein EtherCAT-P- Netzwerk zu verlängern. Über Klemmen-punkte werden die System- und Sensor-versorgung US und die Peripheriespannung für Aktoren UP für den EtherCAT-P-Abgang eingespeist.

EtherCAT-P-Produkte in IP 67 siehe Seite

EtherCAT-P-Produkte in IP 20 siehe Seite

EtherCAT-P-Zubehör siehe Seite

EtherCAT P vereinfacht die Systemverkabelung

322

106

661


50

Ethe

rCAT

Schaltschrank Maschinenmodul 1

Maschinenmodul 4

Maschinenmodul 2

Maschinenmodul 3

EtherCAT P verbindet unterschiedliche Maschinenmodule direkt mit Power und ultraschneller Kommunikation auf nur einem Kabel.

2-Port- EtherCAT-P-Abzweig mit Einspeisung EK1322

EtherCAT-P-Sternverteiler EPP1322

EP2809- 0021

EP2809- 0022

EPP2008- 0001

EPP3174-0002

EPP2008- 0001

EPP2008- 0001

EPPxxxx-006x

EPPxxxx-006x

EPP1008-0002

EPP2008- 0001

EtherCAT-P- Sternverteiler mit Auf-frischungEPP1332

EtherCAT-P-KopplerEK1300

EtherCAT-P-KopplerEK1300

1-Port- EtherCAT-P-Verlängerung mit EinspeisungEK1310

24 V DC 24 V DC24 V DC

24 V DC 24 V DC

EtherCAT P zu EtherCAT: ZS7000-0005

24 V DC

EPP2334-0061

EPP9022-0060

EtherCAT-P-Komponenten


51

Ethe

rCAT

XFC | Erhöhte Produktionseffizienz durch extrem schnelle Steuerungstechnik

Die I/O-Response-Time beinhaltet alle in der Hardware (IPC, EtherCAT und I/O-System) auftretenden Bearbei-tungszeiten vom physikalischen Eingangsereignis bis zur Reaktion am Ausgang. Mit einer Zeit < 100 µs steht damit jedem SPS-Programmierer eine Performance zur Verfügung, die es bisher z. B. nur innerhalb von Servo-reglern mit digitalen Signal- Prozessoren gab.

u www.beckhoff.de/XFC


52

Ethe

rCAT

Industrie-PC Schnelle I/Os AntriebstechnikTwinCAT

EtherCAT | Noch schneller durch XFCMit der XFC-Technologie (eXtreme Fast Control) präsentiert Beckhoff eine extrem schnelle Steue rungslösung: XFC basiert auf einer optimierten Steuerungs- und Kommuni-kationsarchitektur, die aus einem modernen Industrie-PC, ultraschnellen I/O-Klemmen mit erweiterten Echt zeit-Eigenschaften, dem Highspeed-Ethernet-System EtherCAT und der Automatisierungssoftware TwinCAT besteht. Mit XFC ist es möglich, I/O-Response-Zeiten < 100 µs zu realisieren. Diese Tech-nologie eröffnet dem Anwender neue Mög-lichkeiten der Prozessoptimierung, die bisher technisch bedingt nicht möglich waren.

XFC steht für eine Steuerungstechnolo-gie, die sehr schnelle und extrem determi-nistische Reaktionen ermöglicht. Sie umfasst dabei alle an der Steuerung beteiligten Hard- und Softwarekomponenten: optimierte Ein- und Ausgangsbaugruppen, die mit hoher Genauigkeit Signale aufnehmen bzw. Aktio-nen auslösen können, EtherCAT als extrem schnelles Kommunikationsnetzwerk, leis-tungsfähige Industrie-PCs und TwinCAT, die Automatisierungssoftware, die alle System bestandteile miteinander verbindet.

Es ist noch nicht lange her, da waren Steuerungszykluszeiten im Bereich von 10 bis 20 ms normal. Die Kommunikations-anbindung war freilaufend, sodass auch der Determinismus, mit dem auf Signale aus dem Prozess reagiert werden konnte, ent-sprechend ungenau war. Durch die zuneh-mende Verbreitung von leistungsfähigen

Industrie-PC-Steuerungen ließen sich die Zykluszeiten auf 1 bis 2 ms senken – also um etwa eine 10er-Potenz. Viele spezielle Regelkreise ließen sich dadurch auf die zentrale Maschinensteuerung verlagern, was neben Kostenersparnis auch einen flexibleren Einsatz intelligenter Algorithmen erlaubte. XFC bringt eine weitere 10er-Potenz und erlaubt Zykluszeiten von 100 µs und darunter, ohne auf die zentrale Intelligenz und ihre leistungsfähigen Algorithmen verzichten zu müssen.

XFC beinhaltet aber auch weitere Tech-nologien, die neben der reinen Zykluszeit speziell die zeitliche Genauigkeit verbessern und die Auflösung erhöhen.

Dadurch eröffnen sich dem Anwender Möglichkeiten, um seine Maschine qualitativ zu verbessern und Reaktionszeiten zu verkür-zen. Messtechnische Aufgaben, wie z. B. prä-ventive Wartungsmaßnahmen, Überwachung von Standzeiten oder die Dokumentation der Teilequalität, lassen sich in einfacher Weise in die Maschinensteuerung integrieren, ohne dass zusätzliche, teure Spezialgeräte benötigt werden.

Natürlich muss in einer praktischen Automatisierungslösung nicht alles extrem schnell und genau sein – viele Teilaufgaben lassen sich weiterhin mit „normalen“ Anforderungen lösen. Die XFC-Technologie ist daher vollständig kompatibel zu bestehen-den Lösungen und kann gleichzeitig auf ein und derselben Hard- und Software genutzt werden.

TwinCAT – Die extrem schnelle Echtzeit-Steuerungssoftware– Echtzeit unter Microsoft Windows

mit Zykluszeiten bis 12,5 µs– Programmierung in XFC-Real-Time-

Tasks nach IEC 61131-3– Standardeigenschaften von Windows

und TwinCAT sind XFC-kompatibel.

EtherCAT – Die extrem schnelle Steuerungskommunikationstechnik– 1000 dezentrale digitale I/Os

in 30 µs– EtherCAT bis zu den einzelnen I/O-

Klemmen, kein Sub-Bus erforderlich– optimierte Verwendung von

Standard-Ethernet-Controllern, z. B. Intel®-PC-Chipsatz-Architektur im EtherCAT-Master

– erweiterte Echtzeitfunktion basierend auf Distributed-Clocks– Synchronisation– Zeitstempel– Oversampling

EtherCAT-Klemmen – Die extrem schnelle I/O-Technologie– gesamte Breite des I/O-Spektrums

für alle Signaltypen– digitale und analoge Highspeed-I/Os– Zeitstempel und Oversampling

ermöglichen extrem hohe Zeit- auflösung (bis 10 ns).

IPC – Die extrem schnelle Steuerungs-CPU– Industrie-PC mit hochleistungs-

fähigen Echtzeit-Motherboards– kompakte Formfaktoren, optimiert

für Steuerungsanwendungen


53

Ethe

rCAT

Timestamp/Multi-Timestamp

Normalerweise werden Prozessdaten in ihrem jeweiligen Daten-format übertragen (z. B. ein Bit für einen digitalen Wert oder ein Wort für einen analogen Wert). Die zeitliche Bedeutung des Prozessdatums ergibt sich entsprechend aus dem Kommunikationszyklus, in dem das Datum übertragen wird. Dadurch sind aber auch die zeitliche Auf-lösung und Genauigkeit auf den Kommunikationszyklus beschränkt.

Timestamp-Data-Types beinhalten, zusätzlich zu ihren Nutzdaten, einen Zeitstempel. Dieser Zeitstempel – natürlich in der überall ver-fügbaren Systemzeit – ermöglicht, wesentlich genauere Informationen zum zeitlichen Bezug des Prozessdatums zu geben. Zeitstempel kön-nen sowohl für Eingänge – wann hat sich etwas ereignet – als auch für Ausgänge – wann soll eine Reaktion erfolgen – genutzt werden. So kann z. B. der genaue Zeitpunkt übermittelt werden, zu dem ein Ausgang geschaltet werden soll. Der Schaltauftrag wird dann unab-hängig vom Buszyklus ausgeführt.

Während die Timestamp-Klemmen einen Schaltauftrag bzw. ein Schaltereignis pro Buszyklus verarbeiten können, ist es mithilfe der Multi-Timestamp-Klemmen möglich, bis zu 32 Schaltaufträge bzw. Schaltereignisse pro Zyklus zu verarbeiten.

XFC-Technologien

Distributed-Clocks

Betrachtet man einen normalen, diskreten Regelkreis, dann wird zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Istwerterfassung (Eingangs-komponente) durchgeführt, das Ergebnis an die Steuerung geliefert (Kommunikationskomponente), die Reaktion berechnet (Steuerungs-komponente), deren Ergebnis an die Sollwertausgabebaugruppe (Ausgangskomponente) kommuniziert und an den Prozess (Regel-strecke) ausgegeben.

Für den Regelprozess entscheidend ist, neben einer möglichst kurzen Reaktionszeit, sowohl eine deterministische, d. h. zeitlich exakt berechenbare, Istwerterfassung, als auch eine damit korrespon-dierende, deterministische Sollwertausgabe. Zu welchem Zeitpunkt in der Zwischenzeit kommuniziert und berechnet wird, spielt keine Rolle, solange die Ergebnisse bis zum nächsten Ausgabezeitpunkt in der Ausgabeeinheit zur Verfügung stehen. Die zeitliche Exaktheit wird also in den I/O-Komponenten benötigt und nicht in der Kommunika-tion oder in der Berechnungseinheit.

Die verteilten Uhren von EtherCAT (Distributed-Clocks) stellen daher eine XFC-Basistechnologie dar und sind allgemeiner Bestandteil der EtherCAT-Kommunikation.

Jeder EtherCAT-Teilnehmer verfügt über eine eigene lokale Uhr, die automatisch durch die EtherCAT-Kommunikation mit allen anderen Uhren ständig abgeglichen wird. Unterschiedliche Kommunikations-laufzeiten werden ausgeglichen, sodass die maximale Abweichung aller Uhren untereinander in der Regel unter 100 Nanosekunden beträgt. Die aktuelle Zeit der verteilten Uhren wird daher auch als Systemzeit bezeichnet, da sie im gesamten System jederzeit zur Verfügung steht.

Signaltechnik bei Klemmen mit Timestamp (Zeitauflösung 64 Bit)– extrem präzise Zeitmessung für digitale Einzel-

Ereignisse je Zyklus: Auflösung 1 ns, interne Abtastung 10 ns, Genauigkeit durch Distributed-Clocks << 1 µs (+ Eingangsverzögerung)

– exakte Zeitmessung von positiven und negativen Flanken dezentraler digitaler Eingänge

– exaktes Timing dezentraler Ausgangssignale, unabhängig vom Steuerungszyklus

– absolute Distributed-Clocks-Zeit mit 64-Bit-Auflösung, einfaches Zeithandling über > 580 Jahre

Signaltechnik bei Klemmen mit Multi-Timestamp (Zeitauflösung 32 Bit)– präzise Zeitmessung von bis zu 32 Ereignissen

je Zyklus: Auflösung 1 ns, interne Abtastung < 10 bis 40 µs abhängig von der Konfiguration

– exakte Zeitmessung von positiven und negativen Flanken dezentraler digitaler Eingänge

– exaktes Timing dezentraler Ausgangssignale, unabhängig vom Steuerungszyklus

– Distributed-Clocks-Zeit mit 32-Bit-Auflösung, ausreichend für Aktionen in einem Zeitbereich von ±4 Sekunden

Distributed-Clocks– dezentrale absolute Systemsynchronisation

für CPU, I/O und Antriebsgeräte– interne Abtastung 10 ns– Genauigkeit Distributed-Clocks << 1 µs


54

Ethe

rCAT

Unterlagerte Spezialsteuerung (eingeschränktes Prozessabbild)

Schnelle Zentralsteuerung (vollständiges Prozessabbild)

Oversampling

Normalerweise werden Prozessdaten genau einmal pro Kommunika-tionszyklus übertragen. Dadurch ist im Umkehrschluss die zeitliche Auflösung eines Prozessdatums direkt von der Kommunikationszyklus-zeit abhängig. Höhere zeitliche Auflösungen sind nur durch Verrin-gerung der Zykluszeit möglich – was natürlich praktischen Grenzen unterliegt.

Oversampling-Data-Types ermöglichen die mehrfache Abtastung eines Prozessdatums innerhalb eines Kommunikationszyklus und die anschließende (Eingänge) oder vorherige (Ausgänge) Übertragung aller Daten in einem Array. Der Oversampling-Faktor beschreibt dabei die Anzahl der Abtastungen innerhalb eines Kommunikationszyklus und ist daher ein Vielfaches von Eins. Abtastraten von 200 kHz sind ohne weiteres auch mit moderaten Kommunikationszykluszeiten möglich.

Das jeweilige Triggern der Abtastung in den I/O-Komponenten wird wiederum durch die lokale Uhr – bzw. die globale Systemzeit – gesteuert, was entsprechende zeitliche Beziehungen zwischen ver-teilten Signalen im gesamten Netzwerk ermöglicht.

Schnelle I/Os

Um sehr schnelle physikalische Reaktionen zu bekommen, sind in jedem Fall entsprechend kurze Steuerungszykluszeiten in der zugeord-neten Steuerung notwendig. Eine Reaktion kann erst dann erfolgen, wenn die Steuerung ein Ereignis erkannt und verarbeitet hat.

Der klassische Ansatz, um Zykluszeiten im Bereich von 100 µs zu erreichen, sind ausgelagerte Spezialsteuerungen, die über eigene, direkt angesteuerte I/Os verfügen. Dieser Ansatz hat klare Nachteile, da die ausgelagerte Steuerung nur über sehr beschränkte Informa-tionen des Gesamtsystems verfügt und daher keine übergeordneten Entscheidungen treffen kann. Eine Umparametrisierung – z. B. für neue Werkstücke – ist ebenfalls nur eingeschränkt möglich. Großer Nachteil ist aber auch die starre I/O-Konfiguration, die sich in der Regel nicht erweitern lässt.

Extrem schnelle I/O-Ansprechzeit– ab 85 µs– Deterministisch synchronisierte Konvertierung des

Eingangs- und Ausgangssignals führt zu geringerem Prozess-Timing-Jitter.

– Prozess-Timing-Jitter ist unabhängig von Kommuni- kations- und CPU-Jitter.

Signal Oversampling– mehrfache Signalkonvertierung in einem

Steuerungszyklus– harte Zeitsynchronisation durch Distributed-Clocks– für digitale Eingangs-/Ausgangssignale– für analoge Eingangs-/Ausgangssignale– Unterstützung für analoge I/O-EtherCAT-Klemmen

– Signalkonvertierung bis 100 kHz– Zeitauflösung bis 10 µs

– Unterstützung für digitale I/O-EtherCAT-Klemmen– bis 1 MHz– Zeitauflösung bis 1 µs

– Anwendung– schnelles Signal-Monitoring– schneller Signalgeneratorausgang– Signalabtastung unabhängig von Zykluszeit– schnelle Regelstrecken

Extrem kurze Zykluszeit der Steuerung– 100 µs (min. 12,5 µs)– neue Leistungsklasse für SPS-Anwendung:

Regelkreise mit 100 µs


55

Ethe

rCAT

Kommunikationskomponente – EtherCAT voll ausgenutztEtherCAT bietet mit der hohen Kommuni- kationsgeschwindigkeit und der extrem hohen Nutzdatenrate die Grundvorausset-zung für XFC. Geschwindigkeit ist dabei aber nicht alles. Gerade die Möglichkeit, über den Bus mehrere unabhängige Prozessabbilder austauschen zu können, die, entsprechend der Steuerungsapplikation, auf ihm angeord-net sind, ermöglicht die parallele Nutzung von XFC und Standardsteuerungstechnik. Die zentrale Steuerung wird von zeitaufwen-digen Kopier- und Mappingaufgaben entlas-tet und kann die verfügbare Rechenleistung voll für die Steuerungsalgorithmen nutzen. Die verteilten Uhren von EtherCAT, die das zeitliche Rückgrat der XFC-Technologien bilden, sind ohne nennenswerten Mehr- aufwand in allen Kommunikationsteil-nehmern vorhanden.

Entscheidend für XFC ist aber auch die Möglichkeit, alle I/O-Komponenten direkt in die EtherCAT-Kommunikation mit einzu-binden, sodass vollständig auf unterlagerte Kommunikationssysteme (Sub-Bus) verzichtet werden kann. In vielen XFC-Klemmen ist der AD- oder DA-Konverter direkt am EtherCAT-Chip angeschlossen, sodass keine Zeitverluste auftreten.

Steuerungskomponente – Leistungsfähige Industrie-PCsZentrale Steuerungstechnik kann ihre Vorteile insbesondere dann ausspielen, wenn in der Zentrale schnellere und leistungsfähigere Steuerungsalgorithmen ablaufen können als in vielen verteilten Kleinsteuerungen.

Schnelle Multi-Core-Prozessoren bieten optimale Eigenschaften, um neben den Steuerungsaufgaben auch die Bedien-oberfläche der Maschine mit ablaufen zu lassen. Große Caches der modernen CPUs sind gerade für die XFC-Technologie optimal, da die schnellen Algorithmen im Cache ablaufen und daher noch einmal deutlich schneller abgearbeitet werden können.

Wichtig für die kurzen XFC-Zykluszeiten ist aber auch, dass die CPU nicht mit aufwen-digen Kopieraktionen der Prozessdaten belas-tet wird, wie sie bei klassischen Feldbussen mit ihren auf DPRAM basierenden Zentral-karten verursacht werden. Die Prozessdaten-kommunikation bei EtherCAT kann vollstän-

Zur Umsetzung der beschriebenen XFC-Technologien bedarf es einer durchgängigen Unterstützung in allen an der Steuerung beteiligten Hard- und Softwarekomponenten. Hierzu gehören, neben der schnellen, deter-ministischen Kommunikation, sowohl die I/O- als auch die Steuerungshardware. Einen entscheidenden Anteil an XFC besitzen die Softwarekomponenten, die, neben der schnel-len Abarbeitung der Steuerungsalgorithmen, vor allem eine optimierte Konfiguration des Gesamtsystems vornehmen.

Beckhoff bietet für die XFC-Technologie eine entsprechende Produktpalette die vor-rangig auf vier Säulen basiert: EtherCAT als Feldbus, EtherCAT-Klemmen als I/O-System, IPCs als Hardwareplattform und TwinCAT als überlagerte Software. Alle Komponenten haben gemeinsam, dass sie auf offenen Standards basieren. Damit ist jeder Ingenieur oder Programmierer in der Lage, basierend auf Standard-Komponenten – also ohne spezielle Hardwarebaugruppen – extrem schnelle und leistungsfähige Steuerungs-lösungen zu erstellen.

I/O-Komponenten mit XFC-TechnologieBereits die Standard-EtherCAT-Klemmen unterstützen die XFC-Technologie voll und ganz. Synchronisierung der I/O-Wandlung mit der Kommunikation oder – noch genauer – mit den Distributed-Clocks ist bei EtherCAT bereits Standard und wird von den entspre-chenden Klemmen unterstützt.

XFC-Klemmen bieten aber darüber hinaus noch spezielle Eigenschaften, die sie für besonders schnelle oder besonders genaue Einsatzfälle prädestinieren:– digitale EtherCAT-Klemmen mit

extrem kurzen TON/TOFF-Zeiten oder analoge Klemmen mit besonders kurzen Wandlungszeiten

– EtherCAT-Klemmen und EtherCAT-Box-Module mit Timestamp/Multi-Timestamp latchen die exakte Systemzeit, an der digitale oder analoge Ereignisse auf-treten. Ebenso kann die Ausgabe von digitalen oder analogen Werten zu exakt vorher bestimmten Zeiten durchgeführt werden.

– Klemmen mit Oversampling ermöglichen eine deutlich höher aufgelöste Istwert-erfassung oder Sollwertausgabe als die Kommunikationszykluszeit.

dig vom integrierten Ethernet-Controller (NIC mit Bus-Master-DMA) durchgeführt werden.

Softwarekomponente – TwinCAT-AutomatisierungssuiteTwinCAT als leistungsfähige Automatisie-rungssuite unterstützt die XFC-Technolo-gien vollständig. Gleichzeitig bleiben alle bekannten Eigenschaften erhalten. Die Echt- zeitrealisierung von TwinCAT unterstützt unterschiedliche Tasks mit verschiedenen Zykluszeiten. Auf modernen Industrie-PCs sind Zykluszeiten von 100 µs und auch da-runter problemlos erzielbar. Hierbei können mehrere – auch unterschiedliche – Feldbusse gemischt werden; entsprechend der Fähig-keiten der Feldbusse wird eine optimale Be-rechnung der entsprechenden Zuordnungen und Kommunikationszyklen durchgeführt. Die EtherCAT-Implementation in TwinCAT nutzt dabei das Kommunikationssystem voll aus, erlaubt mehrere unabhängige Zeitebenen zu nutzen und verwendet die Distributed-Clocks. Gerade die unterschiedlichen Zeit-ebenen erlauben eine Koexistenz von XFC und normalen Steuerungstasks im selben System, ohne dass die XFC-Anforderungen zum „Flaschenhals“ werden.

Speziell für XFC besteht die Möglichkeit, Eingänge in unabhängigen Kommunikations-aufrufen einzulesen und direkt nach der Berechnung die Ausgänge zu verschicken. Aufgrund der Geschwindigkeit von EtherCAT werden „kurz“ vor Beginn der Steuerungs-tasks die Eingänge frisch eingelesen, bearbei- tet und anschließend sofort mit einem zwei- ten Feldbuszyklus an die Ausgänge verteilt. Dadurch werden Reaktionszeiten erreicht, die teilweise unterhalb der Zykluszeit liegen.

Spezielle Erweiterungen in TwinCAT erleichtern zudem den Umgang der XFC-Datentypen (Timestamp und Oversampling). SPS-Bausteine erlauben die einfache Ana-lyse und Berechnung der Zeitstempel. Das TwinCAT-Scope kann die per Oversampling erfassten Daten entsprechend dem zugeord-neten Oversampling-Faktor darstellen und ermöglicht genaueste Analysen der Daten.

XFC-Komponenten


56

Ethe

rCAT

Industrie-PC

TwinCAT

EtherCAT-Klemmen

EtherCAT Box

Schnelle I/Os

Durch schnelle I/Os werden Verzögerungen in der Hardware vernachlässigbar.

Oversampling

Oversampling bietet durch die mehrfache Signalabtastung eine Verfeinerung der zeitlichen Auflösung eines Signals.

EtherCAT

EtherCAT bietet als extrem schnelle Kommunikations-technik die Basis für XFC.

Industrie-PC

Leistungsfähige Industrie-PCs bieten eine hohe Rechen-leistung für kurze XFC-Zyklus-zeiten.

TwinCAT

Die Automatisierungssuite TwinCAT unterstützt die XFC-Technologie mit Echtzeit-realisierung und mit Erweite-rungen für die XFC-Funktionen Oversampling, Timestamp, Distributed-Clocks.

Timestamp

Mit Timestamp-Ein-/-Ausgangs-modulen kann eine zeitäquidis-tante Reaktion realisiert werden.

EtherCAT- Servoverstärker

Antriebstechnik

Die flexible Antriebs-schnitt stelle mit kurzen Zykluszeiten ermöglicht hochdynamische, streng synchrone und achsüber-greifende Regelungs-prozesse.


57

Ethe

rCAT

Digital-I/O-Interface

16-Bit-µC- Interface

Debug-Interfaces

PIC-Sample- Application

EtherCAT-Briefmarke

PDI- Wahlschalter

SPI

EtherCAT-Evaluation-Kit

u www.beckhoff.de/EtherCAT-Entwicklungsprodukte

EtherCAT | Entwicklungsprodukte


58

Ethe

rCAT

Technische Daten ET1100 ET1200

Anzahl EtherCAT-Ports 4 (max. 4 x MII) 3 (max. 1 x MII)

FMMUs 8 3

SYNC-Manager 8 4

DPRAM 8 kByte 1 kByte

Distributed-Clocks ja (64 Bit) ja (64 Bit)

Prozessdaten-Interfaces 32-Bit-Digital-I/O

SPI

8/16-Bit-µC

16-Bit-Digital-I/O

SPI

–

Gehäuse BGA128, 10 x 10 mm QFN48, 7 x 7 mm

Weitere Informationen www.beckhoff.de/ET1100 www.beckhoff.de/ET1200

Die EtherCAT-ASICs ET1100 und ET1200 bieten eine kostengünstige und kompakte Lösung zur Realisierung eines EtherCAT-Slaves. Sie bearbeiten das EtherCAT-Protokoll in der Hardware und garantieren so die hohe Performance und Echt-zeitfähigkeit, unabhängig von evtl. nachgeschalteten Slave-Microcontrollern und der darauf implementierten Software. Die EtherCAT-ASICs ermöglichen über ihre drei Prozessdaten-interfaces – Digital-I/O, SPI und 8/16 Bit µC (nicht bei ET1200) – sowohl die Realisierung ein-facher Digital-Module ohne Microcontroller als auch die Entwicklung intelligenter Geräte

mit eigenem Prozessor. Beide ASICs verfügen über Distributed-Clocks, die die hochpräzise Synchronisation (<< 1 µs) der EtherCAT-Slaves ermöglichen. Die Versorgungsspannung beträgt 3,3 V oder 5 V; die Core-Spannung von 2,5 V wird durch den integrierten Längsregler erzeugt oder kann alternativ direkt eingespeist werden. Der ET1100 ist als universelle Lösung für alle Arten von EtherCAT-Geräten geeignet; der ET1200 ist optimiert für modulare Geräte, die E-Bus/LVDS (Low Voltage Differential Signalling) als interne Schnittstelle nutzen. Beide ASICs benötigen durch ihre extrem kompakte Bauform und

die geringe Anzahl extern notwendiger Bauteile nur minimalen Platz auf der Platine.

Das ET1100-ASIC-Gehäuse (BGA128) ist 10 x 10 mm klein. Der Chip kann bis zu vier EtherCAT-Ports unterstützen. Die 8 kByte internen Speichers (DPRAM) für den Zugriff auf Pro- zess- und Parameterdaten wer-den wahlweise via parallelem oder seriellem Datenbus ange-sprochen. Alternativ können die ASICs auch ohne Controller eingesetzt werden: Bis zu 32 digitale Signale lassen sich dann direkt anschließen.

Das ET1200-ASIC ist die „kleine“ Variante des ET1100; in seinem QFN48-Gehäuse

von 7 x 7 mm ist der Chip noch kompakter. 16 digitale I/O-Schnittstellen und die Hard-ware für die Distributed-Clocks zur hochpräzisen Synchronisie-rung sind an Bord. Das 1 kByte große, interne DPRAM wird über ein 20 MBit/s schnelles serielles Interface adressiert. Das „kleine ASIC“ stellt bis zu drei EtherCAT-Ports bereit, von denen max. einer als MII für den Anschluss eines Standard-PHYs genutzt werden kann. Die anderen Ports werden für LVDS genutzt, was den ET1200 zur richtigen Wahl für modulare Geräte macht, die LVDS als interne Busphysik nutzen.

ET1100, ET1200 | EtherCAT-ASICs

ET1100, ET1200


59

Ethe

rCAT

ET181x

Konfigurierbare Features ET1810, ET1811, ET1812

PHY-Interface 1…3 Ports MII, 1…3 Ports RGMII oder 1…2 Ports RMII

FMMUs 0…8

SYNC-Manager 0…8

DPRAM 0…60 kB

Distributed-Clocks 0…2 SYNC-Outputs, 0…2 Latch-Inputs (32/64 Bit)

Prozessdaten-Interfaces 32-Bit-Digital-I/O, SPI, 8/16 Bit asynchrones µC-Interface, Avalon-Interface, AMBA-AXI3-Interface, 64 Bit General-Purpose-I/O

Weitere Informationen www.beckhoff.de/ET1810

Bestellangaben

Einzelplatz-Lizenz ohne Stückzahlbegrenzung (node-locked)

ET1810 Einzelplatz-Lizenz zur Nutzung des EtherCAT-IP-Cores auf einem Arbeitsplatz.

Die Lizenz beinhaltet Wartung und Updates für 1 Jahr.

ET1810-0010 Erweiterung der Einzelplatz-Altera-Lizenz (ET1810) um einen weiteren Arbeitsplatz

ET1810-0020 Wartungsverlängerung der Einzelplatz-Lizenz (ET1810) um ein Jahr

Stückzahlbasierte Einzelplatz-Lizenz (node-locked)

ET1811 Basislizenz für die stückzahlbasierte Einzelplatz-Lizenz (node-locked) zur Nutzung des frei konfigurierbaren

EtherCAT-IP-Cores für einen Arbeitsplatz. Target-Hardware: ausgewählte Altera®-Devices

ET1811-1000 Lizenzgebühr für 1000 Geräte, ET1811 erforderlich

ET1811-0020 Wartungsverlängerung um 1 Jahr, ET1811 erforderlich

ET1811-0030 Systemintegrator-OEM-Lizenz

Netzwerk-Lizenz ohne Stückzahlbegrenzung (floating)

ET1812 Netzwerk-Lizenz ohne Stückzahlbegrenzung (floating) für Altera-FPGAs

ET1812-0010 Erweiterung der Netzwerk-Lizenz (ET1812) um einen weiteren Arbeitsplatz

ET1812-0020 Wartungsverlängerung der Netzwerk-Lizenz (ET1812) um ein Jahr

Der EtherCAT-IP-Core ermöglicht es, auf einem FPGA (Field Pro- grammable Gate Array – d. h. ein integrierter Schaltkreis, der programmierbare logische Kom- ponenten enthält) sowohl die EtherCAT-Kommunikationsfunk-tion als auch anwendungsspezi- fische Funktionen zu implemen-tieren. Die EtherCAT-Funktiona-lität ist dabei frei konfigurierbar. Der IP-Core kann mit eigenen FPGA-Designs kombiniert oder in System-on-Chips (SoCs) mit Softcore-Prozessoren oder Hard- Prozessorsystemen über Avalon®- oder AMBA®-AXI™-Schnittstel-len integriert werden. Die physikalischen Schnittstellen sowie interne Funktionen, wie die Anzahl der FMMUs und SYNC-Manager, die Größe des DPRAMs usw., sind einstellbar. Das Pro-zessdaten-Interface (PDI) und die Distributed-Clocks sind ebenfalls konfigurierbar. Die Funktionen

sind kompatibel zur EtherCAT-Spezifikation und zu den EtherCAT-ASICs (ET1100, ET1200).

Die stückzahlbasierten Lizenzen ET1811 bieten insbe-sondere Herstellern von kleinen Stückzahlen und Entwicklungs-dienstleistern die Möglichkeit, mit geringeren Anfangsinvesti- tionen in die EtherCAT-Entwick-lung einzusteigen. Für die Ent-wicklung eines EtherCAT-Gerä- tes ist einmalig die Basislizenz ET1811 und die Lizenzgebühren für 1000 Geräte ET1811-1000 erforderlich. Die Lizenzgebühren für 1000 Geräte sind jeweils im Voraus zu entrichten.

Entwicklungsdienstleister benötigen für sich lediglich die Basislizenz, ET1811; für jede Kundenimplementierung wird die Systemintegrator-OEM-Lizenz, ET1811-0030, benötigt. Die Stückzahllizenz (ET1811-1000) erwirbt der Endkunde.

ET1810, ET1811, ET1812 | EtherCAT-IP-Core für Altera®-FPGAs

Evaluierungs-Lizenz (Open Core Plus IP)

Vollständige, befristete Version verfügbar. u www.beckhoff.de/ET1810


60

Ethe

rCAT

ET1815, ET1816

Bestellangaben

Einzelplatz-Lizenz ohne Stückzahlbegrenzung (node-locked)

ET1815 Einzelplatz-Lizenz zur Nutzung des EtherCAT-IP-Cores auf einem Arbeitsplatz.

Die Lizenz beinhaltet Wartung und Updates für 1 Jahr.

ET1815-0010 Erweiterung der Einzelplatz-Xilinx-Lizenz (ET1815) um einen weiteren Arbeitsplatz

ET1815-0020 Wartungsverlängerung der Einzelplatz-Lizenz (ET1815) um ein Jahr

Stückzahlbasierte Einzelplatz-Lizenz (node-locked)

ET1816 Basislizenz für die stückzahlbasierte Einzelplatz-Lizenz (node-locked) zur Nutzung des frei konfigurierbaren

EtherCAT-IP-Cores für einen Arbeitsplatz. Target-Hardware: ausgewählte Xilinx-Devices

ET1816-1000 Lizenzgebühr für 1000 Geräte, ET1816 erforderlich

ET1816-0020 Wartungsverlängerung um 1 Jahr, ET1816 erforderlich

ET1811-0030 Systemintegrator-OEM-Lizenz

Der EtherCAT-IP-Core ermöglicht es, auf einem FPGA (Field Pro-grammable Gate Array – d. h. ein integrierter Schaltkreis, der programmierbare logische Kom- ponenten enthält) sowohl die EtherCAT-Kommunikationsfunk-tion als auch anwendungsspezi- fische Funktionen zu implemen-tieren. Die EtherCAT-Funktiona-lität ist dabei frei konfigurierbar. Der IP-Core kann mit eigenen FPGA-Designs kombiniert oder in System-on-Chips (SoCs) mit Softcore-Prozessoren oder Hard-Prozessorsystemen über AMBA®-AXI™-Schnittstellen integriert werden. Die physikalischen Schnittstellen sowie interne Funktionen, wie die Anzahl der FMMUs und SYNC-Manager, die Größe des DPRAMs usw., sind einstellbar. Das Prozess-daten-Interface (PDI) und die Distributed-Clocks sind ebenfalls konfigurierbar. Die Funktionen

sind kompatibel zur EtherCAT-Spezifikation und zu den EtherCAT-ASICs (ET1100, ET1200).

Die stückzahlbasierten Lizenzen ET1816 bieten insbe-sondere Herstellern von kleinen Stückzahlen und Entwicklungs-dienstleistern die Möglichkeit, mit geringeren Anfangsinvesti-tionen in die EtherCAT-Entwick-lung einzusteigen. Für die Ent- wicklung eines EtherCAT-Gerä- tes ist die einmalig Basislizenz ET1816 und die Lizenzgebühren für 1000 Geräte ET1816-1000 erforderlich. Die Lizenzgebühren für 1000 Geräte sind jeweils im Voraus zu entrichten.

Entwicklungsdienstleister benötigen für sich lediglich die Basislizenz, ET1816; für jede Kundenimplementierung wird die Systemintegrator-OEM-Lizenz, ET1811-0030, benötigt. Die Stückzahllizenz (ET1816-1000) erwirbt der Endkunde.

ET1815, ET1816 | EtherCAT-IP-Core für Xilinx®-FPGAs

Konfigurierbare Features ET1815, ET1816

PHY-Interface 1…3 Ports MII, 1…3 Ports RGMII oder 1…2 Ports RMII

FMMUs 0…8

SYNC-Manager 0…8

DPRAM 0…60 kB

Distributed-Clocks 0…2 SYNC-Outputs, 0…2 Latch-Inputs (32/64 Bit)

Prozessdaten-Interfaces 32-Bit-Digital-I/O, SPI, 8/16 Bit asynchrones µC-Interface, AMBA-AXI4/AXI4-LITE-Interface, 64 Bit General-Purpose-I/O



61

Ethe

rCAT

Das Evaluation-Kit dient als Plattform für die Entwicklung von EtherCAT-Slaves. Die mit dem Kit gelieferte Briefmarke realisiert dabei die komplette EtherCAT-Anschaltung mit dem ASIC ET1100. Alle Prozess-dateninterfaces (PDI) der Digital-I/O, SPI und des asynchronen

µControllers sind auf Stift- leisten geführt und können per PDI-Wahlschalter ausge-wählt werden. Die SPI-Schnitt-stelle lässt sich wahlweise mit einem auf dem Kit vorhandenen PIC-Microcontroller verbinden oder direkt auf die Stiftleiste legen. Ein Programmier- und

Debugging-Interface für den Controller ist ebenfalls vorhan-den. Die EL9820 kann somit auch als Plattform für den EtherCAT Slave Stack Code ET9300 verwendet werden, der mit den Evaluation-Kits geliefert wird.

EL9820 | EtherCAT-Evaluation-Kit

Technische Daten EL9820

Evaluation-Kit Basisplatine

EtherCAT Slave Controller ASIC ET1100

EtherCAT-Briefmarke FB1111-0142 mit ASIC ET1100

Software EtherCAT Slave Stack Code ET9300

Zubehör Kabel, Dokumentation

Workshop als TR8100 optional zu bestellen

Weitere Informationen www.beckhoff.de/EL9820

EL9820


62

Ethe

rCAT

Die EtherCAT-Briefmarke FB1111 bietet eine komplette EtherCAT-Anschaltung auf Basis des EtherCAT-ASICs ET1100. Alle FB1111-Variante haben

den gleichen Formfaktor und können mit dem EtherCAT-Evalu-ation-Kit verwendet werden. Sie sind als EtherCAT-Schnittstellen in Geräte integrierbar.

FB1111 | EtherCAT-Briefmarke

FB1111

u www.beckhoff.de/FB1111

Bestellangaben

FB1111-0140 EtherCAT-Briefmarke mit ET1100 und µC-Interface; kann als EtherCAT-Interface in Geräte integriert werden.

FB1111-0141 EtherCAT-Briefmarke mit ET1100 und SPI-Interface; kann als EtherCAT-Interface in Geräte integriert werden.

FB1111-0142 EtherCAT-Briefmarke mit ET1100 und Digital-I/O-Interface; kann als EtherCAT-Interface in Geräte integriert werden;

ist Bestandteil des Evaluation-Kits EL9820.


63

Ethe

rCAT

Bestellangaben

FB1311-0140 EtherCAT-P-Briefmarke mit ET1100 und µC-Interface

FB1311-0141 EtherCAT-P-Briefmarke mit ET1100 und SP-Interface

FB1311-0142 EtherCAT-P-Briefmarke mit ET1100 und Digital-I/O-Interface

Mit der Briefmarke FB1311 kann das Evaluation-Kit EL9820 nun als vollständiger EtherCAT-P-Slave (Powered Device) genutzt werden. Die Briefmarke FB1311 bietet eine komplette EtherCAT-P-

Anschaltung auf Basis des EtherCAT-ASICs ET1100. US wird zur Versorgung des Evaluation-Boards genutzt und steht zusätzlich noch für Eingangsschaltungen und

Sensorversorgungen zur Verfü-gung. UP kann zur Versorgung von galvanisch getrennten Aktor-Versorgungen genutzt werden.

FB1311 | EtherCAT-P-Briefmarke

FB1311

u www.beckhoff.de/FB1311


64

Ethe

rCAT

u www.beckhoff.de/ZS7002-9990

ZS7002-9990

Bestellangaben

ZS7002-9990 EtherCAT-P-M8-Flansch-Sample-Box

Inhalt

ZS7002-0001 EtherCAT-P-Flansch, M8, Buchse, gerade, 4-polig, Hinterwandmontage, Printkontakt, IP 67, EtherCAT-P-kodiert,

12,5 mm, mit Kontermutter

ZS7002-0002 EtherCAT-P-Flansch, M8, Buchse, gerade, 4-polig, Hinterwandmontage, Printkontakt/Kontaktträger mit Gehäuse verklebt,

IP 67, EtherCAT-P-kodiert, 6,0 mm, mit Kontermutter





ZS7002-0005 EtherCAT-P-Flansch, M8, Buchse, gewinkelt, 4-polig, Hinterwandmontage, Printkontakt, IP 67, EtherCAT-P-kodiert,


ZS7002-0006 EtherCAT-P-Flansch, M8, Buchse, gewinkelt, 4-polig, Hinterwandmontage, Printkontakt, IP 67, EtherCAT-P-kodiert,



9,0 mm


13,0 mm

ZS7002-1001 M8-Kontaktträger, gerade, EtherCAT-P-kodiert für ZS7002-0003, ZS7002-0004, ZS7002-0007 und ZS7002-0008

ZS7002-1002 M8-Kontaktträger, gewinkelt, EtherCAT-P-kodiert für ZS7002-0005 und ZS7002-0006

ZS7002-2001 M10-Kontermutter, EtherCAT-P-kodiert, Sechskant

ZS7002-2002 M12-Kontermutter, EtherCAT-P-kodiert, Sechskant

ZS7002-2003 M8-Gehäuse, EtherCAT-P-kodiert für ZS7002-0003






Die EtherCAT-P-M8-Flansch-Sample-Box besteht aus verschiedenen Flanschen, Gehäusen, Kontaktträgern und Kontermuttern.

ZS7002-9990 | EtherCAT-P-M8-Flansch-Sample-Box


65

Ethe

rCAT

Technische Daten ET2000

Anzahl Ports/Kanäle 8/4

Uplink-Port 1 GBit/s

Durchlaufverzögerung ca. 1 µs

Auflösung Timestamp 1 ns (Kanal 0/1)

Software-Interface WinPcap

Übertragungsraten Probe-Ports: 100 MBit/s, Uplink-Port: 1 GBit/s

Hardwarediagnose Link/Activity-LED je Kanal, 1 Power-LED

Spannungsversorgung 24 (18…30) V DC, 500 mA, 3-polige Anschlussklemme (+, -, PE)

Abmessungen (B x H x T) ca. 100 mm x 150 mm x 40 mm

Betriebstemperatur 0…+55 °C


Die Multichannel-Probe ET2000 von Beckhoff ist eine vielseitige Hardware zur Analyse aller Industrial-Ethernet-Lösungen. Mit acht Ports ermöglicht dieses Gerät das unbegrenzte, zeitlich korrelierte Mitschneiden von bis zu vier unabhängigen Kanälen bei einer Geschwindigkeit von 100 MBit/s. Hierbei werden alle Echtzeit-Ethernet-Standards, wie z. B. EtherCAT, PROFINET etc., sowie herkömmliche Office-Ethernet-Netzwerke unterstützt.

Durch ihre kompakte und robuste Bauform ist die ET2000 nicht nur für den Vor-Ort-Einsatz an Maschinen, sondern auch für den Einsatz im Labor bestens geeignet. Mit den vier Kanälen können sowohl getrennte Netz-werke als auch verschiedene Stellen im gleichen Netzwerk mitgeschnitten und analysiert werden. Alle durchlaufenden Frames – in Hin- und Rückrich-tung – werden in der Probe- Hardware mit einem hoch-

genauen Zeitstempel versehen und an den GBit-Uplink-Port kopiert. Durch die hohe Auf-lösung des Zeitstempels von 1 ns kann eine sehr genaue Timing-Analyse der angeschlossenen Netzwerksegmente erfolgen. Die ET2000-Probe ist für die angeschlossenen Busse transparent. Dank der sehr geringen Durch-laufverzögerung wird das System so gut wie nicht beeinflusst.

Das Gerät kann PC-seitig an beliebige GBit-Ethernet-

Schnittstellen angeschlossen werden. Durch ein Plug-in für den frei verfügbaren Netzwerk-monitor Wireshark können die Mitschnitte und hochgenauen Zeitstempel mit diesem Netz-werkmonitor analysiert werden.

ET2000 | Industrial-Ethernet-Multichannel-Probe

ET2000


66

Ethe

rCAT


Zur Realisierung einer sicheren Datenübertragung für EtherCAT ist das Protokoll Safety-over-EtherCAT offen gelegt. Das Pro-tokoll hält die Anforderungen der IEC 61508 bis zum Safety-Integrity-Level (SIL) 3 und der IEC 61784-3 ein; dies wurde vom TÜV bestätigt.

EtherCAT wird als einkana-liges Kommunikationssystem genutzt; das Transportmedium wird dabei als „Black Channel“ betrachtet und nicht in die Sicher- heitsbetrachtung einbezogen.

Damit ist das Protokoll auch geeignet, über andere Kommuni-kationssysteme, Backplanes oder WLAN übertragen zu werden. Der zyklische Austausch der sicheren Daten zwischen einem Safety-over-EtherCAT-Master und einem Safety-over-EtherCAT-Slave wird als Connection bezeichnet, die über einen Watchdog-Timer überwacht wird.

Die Lizenz zur Implementie-rung der Safety-over-EtherCAT-Master- und -Slave-Technologie in einem Gerät ist kostenlos.


u www.beckhoff.de/ET9402

Bestellangaben

ET9402 Conformance-Test-Tool für Safety-over-EtherCAT

– beinhaltet ein vollständiges Test-Set, um die Konformität von FSoE-Slave-Geräten zu testen

– Das Test-Set ist vom TÜV anerkannt.

– Eine gültige Lizenz der ET9400 ist Voraussetzung für den FSoE CCT.

Das FSoE-Conformance-Test-Tool (FSoE CTT) ermöglicht den In-House-Test von Safety-over-EtherCAT-(FSoE)-Slave-Geräten mit EtherCAT-Interface. Die Ver- wendung des ET9402-Tools während der Entwicklung von Safety-over-EtherCAT-Geräten hilft dabei, die Konformität sicher-

zustellen und das Gerät auf den offiziellen, unabhängigen FSoE-Conformance-Test in einem von der EtherCAT Technology Group (ETG) akkreditierten EtherCAT-Test-Center (ETC) vorzubereiten.

Das Tool basiert auf dem EtherCAT-Conformance-Test-Tool (ET9400) mit Erweiterungen in

Bezug auf die Safety-over- EtherCAT-Funktionalität. Eine gültige Lizenz der ET9400 ist Voraussetzung für den FSoE CCT.

Der Test beinhaltet ein voll-ständiges Test-Set, um die Kon-formität von FSoE-Slave-Geräten zu testen. Das Test-Set ist vom TÜV anerkannt. Gemäß der ETG-

Conformance-Test-Richtlinie für Safety-over-EtherCAT muss jeder Hersteller von EtherCAT-Geräten mit Safety-over-EtherCAT die Kon-formität der Safety-over-EtherCAT-Implementierung mit der aktuellen Version des FSoE-Tests und den dafür benötigten FSoE-Confor-mance-Test-Tools nachweisen.

ET9402 | Conformance-Test-Tool für Safety-over-EtherCAT


67

Ethe

rCAT

Bestellangaben

ET9000 Lizenz zur Nutzung des EtherCAT-Konfigurators

Bestellangaben

ET9200 Lizenz zur Nutzung des EtherCAT Master Sample Codes

ET9000 | EtherCAT-Konfigurator

Durch die klare Definition der Schnittstellen in der EtherCAT-Spezifikation kann ein EtherCAT-Master entwickelt werden, ohne gleichzeitig einen Konfigurator entwickeln zu müssen. Der EtherCAT-Kon-

figurator richtet sich an EtherCAT-Master-Entwickler, die ihn nutzen oder auch in ihr Softwarepaket einbinden und vertreiben wollen.

Die Windows-Software zur Konfiguration eines EtherCAT-Netzwerks umfasst einen Kon-figurator zum:– Einlesen von XML-Geräte-

beschreibungen (ESI)– Erzeugen von XML-Kon-

figurationsbeschreibungen (ENI)

Eigenschaften– Online-Features

– Scannen von EtherCAT-Netzwerken

– Diagnose– Free-run-Online-

Betrieb zur Erst- inbetriebnahme

– Topologiedarstellung– Automation-Interface-Soft-

wareschnittstelle startet den Konfigurator als COM-Server.– COM-Interface– XML-Interface zum

Parameteraustausch

zwischen Client und Server

– Safety-Konfiguration, Safety-PLC EL69xx (Safety-over-EtherCAT)

– inklusive eingebettetem grafischen User-Interface

– EXE-Datei, lauffähig unter Windows XP, Vista und Windows 7 (32 Bit)

Der EtherCAT-Konfigurator ist nicht erforderlich, wenn die TwinCAT-Software von Beckhoff verwendet wird.

ET9200 | EtherCAT Master Sample Code

Der EtherCAT Master Sample Code ist eine Windows-Appli-kation im Anwendermodus, die die Implementierung des EtherCAT-Masters demonstriert. Der Workshop für EtherCAT-Master-Entwickler TR8200 nutzt ET9200 als Kursbasis.

Eigenschaften– Boot-up und Konfiguration– Einlesen von XML-Konfigura-

tionsbeschreibungen– Senden und Empfangen

von „Raw“-EtherCAT-Frames zu/von einem Netzwerk-adapter

– Management der EtherCAT-Slave-States

– Senden der Initialisie- rungskommandos, die für die verschiedenen Status-wechsel zum Slavegerät definiert sind

– Mailbox-Kommunikation

– CoE (CAN Application protocol over EtherCAT)

– SoE (Servodrive Profile over EtherCAT)

– EoE (Ethernet over EtherCAT)

– FoE (File Access over EtherCAT)

– AoE (ADS over EtherCAT)

– integrierte virtuelle Switch-funktionalität

– zyklische Prozessdaten-kommunikation

– Distributed-Clocks State-Machine

Die Software wird als Quellcode versendet und kann an die Hardware-Umgebung angepasst (Ethernet-Controller) und in eine Echtzeitumgebung integriert werden.

ET9x00



ET9000, ET9200, ET9300 | EtherCAT-Entwicklungssoftware


68

Ethe

rCAT

Bestellangaben

ET9400 EtherCAT-Conformance-Test-Tool, Lizenz zur Nutzung für 1 Jahr

ET9400 | EtherCAT-Conformance-Test-Tool

ET9x00

Bestellangaben

ET9300 Lizenz zur Nutzung des EtherCAT Slave Stack Codes

(kostenloser Download von der Beckhoff-Webseite über den Mitgliederbereich der EtherCAT-Technology-Group-Webseite)

ET9300 | EtherCAT Slave Stack Code

Der EtherCAT Slave Stack Code (SSC) ist ein in ANSI C geschrie-bener Code. Seine modulare und einfache Struktur ermöglicht den schnellen Einstieg in die Slave-Entwicklung.

Mit dem SSC lässt sich eine Vielzahl an EtherCAT-Slaves, von den I/Os bis zu den Antrieben rea-lisieren. Aufgrund einer definierten Hardware-Zugriffsschicht und der Berücksichtigung unterschiedlicher Controller-Architekturen lässt sich der Stack leicht auf verschiedene Plattformen adaptieren.

Der seit 2004 verfügbare und in Zusammenarbeit mit der EtherCAT Technology Group ständig weiter entwickelte SSC gilt gewissermaßen als Referenz

für eine Slave-Implementierung. Besonderes Augenmerk wurde auf die Konformität zur Proto-kollspezifikation gelegt.

Das mitgelieferte Slave-Stack-Code-Tool bietet die Möglichkeit, einen an die eige-nen Bedürfnisse angepassten Slave-Stack-Code, Geräte-beschreibungsdateien (ESI) sowie individuelle Source-Code-Dokumentationen zu erstellen.

Funktionsumfang (Auszug)– ESM (EtherCAT State

Machine)– Mailboxprotokolle:

– CoE (CAN Application Protocol over EtherCAT)

– AoE (ADS over EtherCAT)

– EoE (Ethernet over EtherCAT)

– FoE (File Transfer over EtherCAT)

– Vorbereitung für SoE (Servodrive Profile over EtherCAT)

– Vorbereitung für Boot-loader-Unterstützung

– verschiedene Synchronisie-rungen (z. B. DC), inklusive Sync-Watchdog

– Beispielimplementierung des CiA402-Antriebsprofils nach ETG.6010-Spezifikation

Analog & digital I/OCiA402Sample application

Process data interface: serial/parallelPlatform: little-endian/big-endian/8, 16, 32 bit

AoE CoE SoE EoE FoE

MailboxProcessdata

Statemachine

(DC)Sync

EtherCAT Slave Controller

Das Conformance-Test-Tool (CTT) ermöglicht den In-House-Test von EtherCAT-Slave-Geräten. Die Ver-wendung des CTT unterstützt bei der EtherCAT-Geräteentwicklung, hilft die Konformität vor der Geräte- freigabe sicherzustellen und das Gerät auf den offiziellen, unabhän- gigen Conformance-Test in einem von der EtherCAT Technology Group akkreditierten EtherCAT-Test-Center (ETC) vorzubereiten.

Das CTT erleichtert die Ent- wicklungsarbeit durch viele hilf-

reiche Funktionalitäten. Fehler-suche und -behebung werden durch ausführliche Test-Log-Infor-mationen unterstützt. Das CTT unterstützt die Generierung unter-schiedlicher Gerätekonfiguratio-nen (z. B. Synchronisierungsmodi oder PDO-Konfigurationen) und deren automatisierte Tests. Tests können auch als Langzeittest und somit als Kommunikations-Stresstest ausgeführt werden. Jeder Test wird eindeutig iden-tifiziert, sodass die Telegramme in einer Netzwerkaufzeichnung zugeordnet werden können. Alle Testergebnisse können für die eigene Dokumentation in Excel oder CSV gespeichert werden.

Mit dem externen Echtzeit-Ethernet-Port-Multiplier CU2508

kann jeder Rechner auch für Echtzeit-Tests verwendet wer-den. Damit können EtherCAT-Geräte im DC-Mode automati-siert getestet werden.

Neben vielen komfortablen Gerätekonfigurationsfunktionen unterstützt das CTT einen Editor für das ESI als auch für den EEPROM-Inhalt (SII) und ermög-licht die Steuerung der Status-maschine.

Die mitgelieferten Tests prüfen unter anderem: – Konsistenz und Plausibilität

der Informationen aus CoE-Objektverzeichnis, SII und ESI

– Test der EtherCAT-Status-Maschine (ESM) und Expli-cit-Device-Identification-Methoden

– Mailboxkommunikation mit SoE und CoE

– Objektverzeichnis-Beschrei-bung für verschiedene Pro-file, einschließlich CiA402

– FSoE-Protokoll (mit vor-handener ET9204-Lizenz)

Systemvoraussetzungen: Standard-PC, Windows XP/ Windows 7/Windows 10 (32 oder 64 Bit), Netzwerkkarte (100 MBit/s, in Verbindung mit CU2508: 1000 MBit/s), ggf. CU2508.

Weitere Informationen und Download des CTT unter

www.ethercat.org (ETG- Mitgliedschaft notwendig).




69

Ethe

rCAT

Documents

New Automation Technology 2019 - download.beckhoff.com · Sonder-funktionen EPP5xxx 347 Winkel-/Wegmessung EPP6xxx 349 Kommunikation EPP7xxx 351 Motion System EPP1111 353 EtherCAT-P-Box