EtherCAT

EtherCAT (Ethernet Control Automation Technology) ist ein von Beckhoff Automation im Jahr 2003 eingeführter, auf Ethernet Hardware basierender Feldbus. Dieses Protokoll wurde in DIN EN IEC 61158 EtherCAT, festgehalten.

EtherCAT entstand aus der Notwendigkeit, ein standardisiertes, hochleistungsfähiges, deterministisches und Echtzeitfähiges industrielles Kommunikationsprotokoll, auf Basis eines Ethernet-Netzwerks zu haben.

• Hohe Leistungen
• Deterministischer Feldbus (Echtzeit)
• Präzise Synchronisation gewährleistet
• Geringer Jitter für akkurate Synchronisation (&alt;1µs)
• Flexible Topologie
• Einfach
• Robust
• Offene Technologie
• Bewährt und Verbreitet
• Standard-Protokoll
• Wirtschaftlich (Geringe Hardwarekosten
• Standard-Ethernet-Verkabelung (einfach und kostengünstig)
• Benutzerfreundlich
• Ökonomisch
• Von den meisten Master/Slave-Geräte Herstellern übernommen

EtherCAT verwendet Physikalische Layer und Frames, des Ethernet Standards IEE 802.3 und gilt derzeit als, schnellste industrielle Ethernet Lösung.
Im Vergleich zu klassischen Feldbussen, ist EtherCAT einfach konfigurierbar, die Knotenadressen können automatisch konfiguriert werden und es ist keine Netzwerk-Kalibrierung erforderlich. Darüber hinaus ermöglicht die integrierte Diagnose eine klare und einfache Fehlererkennung. Außerdem entfällt die Aufwendige MAC- oder IP- Adressen Verwaltung.

Ein EtherCAT Netzwerk, unterstützt bis zu 65536 Geräten, ohne besondere Einschränkungen bezüglich der Topologie: Baum, Stern, Linie, Vermasht oder jegliche Kombination daraus. Bei der Verkabelung ist die Kombination aus Linien mit Abzweigungen und Bus-Segmenten besonders Vorteilhaft. Die benötigten Ports zum Erstellen der Abzweigungen sind direkt in den Geräten integriert und somit werden keine Zusätzlichen Switches erforderlich.

Zur Verbindung zwischen Knoten mit einer Entfernung bis 100m, können Kostengünstige Industrie-Ethernet-Kable (100BASE-TX-Standart) verwendet werden. Für Entfernungen größer 100m, werden Glasfaserleitungen (100BASE-FX) empfohlen.

EtherCAT-Slave-Geräte integrieren die “Hot Connect“ Funktion: Wenn ein benachbarter Knoten getrennt wird, wird dessen Kommunikations-Port automatisch geschlossen damit das übrige Netzwerk ungehindert weiterarbeiten kann.

Eines der Hauptmerkmale von EtherCat, ist die ”Distributed Clock” (DC-Modus)-Funktion, welche eine präzise Synchronisation gewährleitet. Besonders Nützlich für simultane Aktionen mit exakter Synchronisation von Ereignissen. Typisches Beispiel: Mehrere Motorcontroller, die Ihre jeweiligen Motoren im koordinierten Modus bewegen müssen, mit hoher Tracking-Präzision im Vergleich zu Echtzeit Fahrten, die von einem Master-Gerät generiert werden. Mögliche Ungenauigkeiten und hohe Jitter, könnten auch die Rückführung und somit das Leistungsverhalten des Motors selbst, beeinflussen. Die Verwaltung mit verteilten, Synchronisierten Impulsen zielt, im Gegensatz zur einer vollständig Synchronen Verwaltung, darauf ab, eine hohe Toleranz gegenüber Kommunikations-jitter mit deterministischem Datenaustausch zu erhalten. Die Kalibrierung der verteilten Takte ist sehr genau, da sie vollständig auf Hardware-Ebene erfolgt. Der Zeitbezug des ersten DC-Slave Geräts, wird zyklisch an alle anderen im Netzwerk vorhandenen Geräte verteilt. Auf diese Weise werden die Takte der Slave-Geräte präzise mit dem Referenz-Takt synchronisiert, wodurch ein Synchronisations-Jitter kleiner 1µs erhalten wird.

Da die Kommunikation eine logische Ringstruktur verwendet, kann jeder Knoten des Netzwerks, die Differenz zwischen Ankunft und Rücklauf eines Frames, in Bezug auf den Haupt-Takt messen und die Laufzeit jedes einzelnen Slave-Gerätes auf einfache und genaue Weise bestimmen. Die verteilten Takte werden daher, korrigiert und kompensiert, um eine genaue Netzwerk-Basiszeit zu haben.

Der Betrieb basiert auf einem vom Master gesendeten “Pass Through Telegramm”, welches alle im Netzwerk im Netzwerk eingefügten Slave-Knoten durchläuft und erreicht. Das Telegramm wird von jedem EtherCAT Slave Gerät beim Passieren, „on the fly“ gelesen und/oder geschrieben. Jedes Slave Gerät liest seine eigenen Ausgangsdaten aus und schreibt die erzeugten Daten. Die Frame Verzögerung entspricht nur der physikalischen Durchlaufzeit des einzelnen Slave Gerätes (<60ns). Jedes Slave Gerät empfängt somit das vom Master gesendete Paket und sendet es automatisch an das nächste Slave Gerät weiter. Das letzte im Netzwerk befindliche Slave Gerät, sendet die geänderten Informationen an den Master zurück.



Der Nutzungsanteil der Telegramme ist sehr hoch und dank der Vollduplex-Kommunikation kann der Datenfluss größer 100MHz sein.

Das Master Gerät verwendet einen Standard Media Access Controller (MAC), ohne das ein Prozessor eigens für die Kommunikation benötigt wird, während die Slave-Geräte einen EtherCAT-Slave-Controller (ESC) integrieren, der die Frames „On The Fly“, unabhängig der Implementierung von Slave-Geräten, verarbeiten kann.

Das Protokoll

Das EtherCAT-Protokoll, verwendet Standard Ethernet-Frames, durch EtherType 0x88A4 identifiziert.

Im EtherCAT Netzwerk, werden mehrere Profile und Protokolle unterstützt. Jedoch muss ein EtherCAT Slave nicht unbedingt alle Kommunikationsprofile unterstützen und kann je nach Bedarf, in Bezug auf die eigenen Spezifikationen und Bedürfnissen, entscheiden welches Protokoll er verwenden möchte.

Die Kommunikationsmechanismen entsprechen denen des CANopen-Standards EN50325-4: Object dictionary, PDO und SDO-Mapping. EtherCAT ermöglicht es, einige Einschränkungen zu überwinden, die in der CANbus-Implementierung vorhanden waren, wie z.B. die maximale Länge von 8 Byte für die PDO´s. Auch Standard-Geräteprofile wie das für Controller und Motoren CiA DS402 (IEC 61800-7-201), unterstützt.

Das SERCOS-Profil ist eine deterministische Kommunikationsschnittstelle, welche vor allem in der Achs-Steuerung verwendet wird.

Bei Verwendung dieses Protokolls, kann jeglicher Ethernet-Datenverkehr innerhalb des EtherCAT-Datagramms befördert werden.

Hierbei handelt es sich um ein Protokoll, über das auf einem Gerät befindlichen Daten, zugegriffen werden kann und mit dem über das Netzwerk die Firmware aktualisiert werden kann.

DSP402 ist das Referenzprofil für Controller und Motion Controller basierend auf CANopen Standard-Protokoll ((In 1995 von CiA (CAN in Automation) eingeführt und verwaltet).

Ursprünglich nur auf CANbus-Feldbussen eingesetzt, hat sich das CANopen Protokoll auf anderen, wesentlich schnelleren und Leistungsfähigeren Bussen wie EtherCAT durchgesetzt.
CANopen und DSP402 sind Bestandteil der IEC 618007-7 Norm.

Ein Profil definiert ein Gerät als “Standard” und unterliegt als solches der Einhaltung einiger Regeln und Grundfunktionen.
Diese Pflichtfunktionen sind erforderlich um die Funktion zu gewährleisten
Vorteile der Anlehnung an das Profil sind:
- Systemintegration
- Standardisierung des Gerätes

Das Profil bindet die Hersteller der Geräte an die Einhaltung geforderter Standardanforderungen und reduziert dadurch den Integrationsaufwand des Systems in eine Applikation.

Ever Elettronica war eines der ersten italienischen Unternehmen, das ab Anfang der 90er Jahre, das CANopen Protokoll und DS402 auf seinen Controllern für Schrittmotoren und Bürstenlosen Motoren eingesetzt und validiert hat. 2012 wurde EtherCAT Feldbus eingeführt, welcher durch den „Beckhoff ET 9400 Conformance Test“ die Konformitätszertifizierung erhielt. EtherCAT Controller von Ever Elettronica, implementieren (CoE) CAN application protocol over EtherCAT.

Ever Elettronica Controller für Schrittmotoren und Bürstenlose Motoren, werden heute in Unterschiedlichsten Anwendungen mit den Namhaftesten EtherCAT und CANbus SPS Herstellern (Omron, Beckhoff, usw.) zusammen.

EtherCAT und DSP402 sind auf allen Ever Elettronica Controllern für Schrittmoren und Bürstenlose Motoren (BLDC und BLAC) verfügbar. Das Potential von EtherCAT und DSP402, in Verbindung mit der Vektorregelung des Motorstroms und der Drehmomentverwaltung von Ever Elettronica Controllern, gewährleisten ein Leistungsstarkes und zuverlässigen Produkt.

Ever Elettronica Controller für Schrittmotoren und Bürstenlose Motoren (BLDC und BLAC), gewährleisten eine genaue und präzise Tracking, der vom EtherCAT – Master generierten und geforderten Bewegungsprofilen mit CSP-, CSV und CST interpolierten Modi, selbst bei hoher Tracking-Dynamik.

- Unterstützen die wichtigsten Motion-Profile: Profile Position Mode, Velocity mode, Profile Velocity mode, Homing mode, Interpolated Position mode, Cyclic Synchronous Position mode (CSP), Cyclic Synchronous Velocity mode (CSV), Cyclic Synchronous Torque (cst), Profile Torque mode (tq).
- Synchronisationsmodi: Free Run , (SM) synchronous with SM Event, (DC) Distribuites Clocks
- Mindestzykluszeit: 500us
- 'Touch Probe' und 'Factor Group' Funktion
- Diagnose Service
- ‘EVER STUDIO’ Tool für PC als Unterstützung für Konfiguration und Debug
- Dynamischen Mappen der PDO´s

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