Beckhoff Gleitender Durchschnitt

WMX2 EtherCAT Soft Motion Controller mit Windows Class Library Ein vielseitiger High-End-General Motion Controller, der in der Lage ist, gleichzeitig bis zu 64 Achsen und 64 Kanäle mit erweiterten Steuerungsfunktionen zu steuern. WMX2 kann als EtherCAT-Master auf PC mit einem LAN-Port laufen, es wird keine spezielle Schnittstellenkarte benötigt. WMX2 enthält den originalen EtherCAT-Master-Stack mit vollständigen EtherCAT-Funktionalitäten wie DC Sync und HotConnect sowie Windows-Echtzeit-Erweiterungswerkzeug, das eine Echtzeit-Bewegungssteuerung mit synchronem Kommunikationszyklus von bis zu 0,25 ms ermöglicht. Entwickeln Sie den Original-Hochleistungs-Motion Controller mit der WMX2 Windows Class Library mit bis zu 256 Threads und über 500 API-Funktionen, einschließlich der EtherCAT Network Management API. Neue fortschrittliche Bewegungsprofile ermöglichen es Entwicklern, komplexe, sensible Bewegungen für schwierige Situationen zu programmieren, die extreme Präzisionen erfordern. Sync-Steuerung (Master-Slave) maximal 32 Paare Wichtige EtherCAT-Funktionen: CoE, FoE, DC Sync, LineStarRing Topologien, HotConnect, EtherCAT Netzwerkmanagement API Bewegungsprofile: Trapezförmige, S-Kurve und Jerk-Limited, Sinusförmige, Parabolische, Fortgeschrittene S Und Trapezbewegung Durchschnittliche Zeit, Benutzer Spezifiziertes Profil Bewegungsfunktionen umfassen, Joggen, Neupositionierung, PTP, Listenbewegung, API-Pufferfunktionen starten. Überschreiben von Funktionen, die PTP, PTPDVC, Profilparameter während der Bewegung ändern können Neue Funktionen: Pfadinterpolation, API Pufferzeitsimulation, Soft Landing Unterstützte Befehlsmethoden: PositionVelocityTorque (Transparenter Modus für Drehmoment, Geschwindigkeit) Ereignisbasierte IO - und Motion Control. Ideal für SMT-Anwendungen Pitch-Fehlerkompensation, Spielkompensation, Straightness-Kompensation Visual Studio 2008 oder höher (CC) und Microsoft Framework 4.5 oder höher WMX2 kommt mit Network Configurator 2, einem All-in-One-EtherCAT-Netzwerkmanagement-Tool. Alle notwendigen Einstellungen, Konfiguration, Überprüfung des Slave-Status und sogar Fehlerdiagnose können in diesem einen Werkzeug durchgeführt werden. Alle Funktionen als API für Entwickler. EtherCAT - der Ethernet-Feldbus. Dieser Abschnitt bietet eine eingehende Einführung in EtherCAT (Ethernet für Control Automation Technology). EtherCAT ist eine Echtzeit-Industrial Ethernet Technologie, die ursprünglich von Beckhoff Automation entwickelt wurde. Das in der IEC-Norm IEC61158 offenbarte EtherCAT-Protokoll eignet sich für harte und weiche Echtzeitanforderungen in der Automatisierungstechnik, bei der Prüfung und Messung sowie bei vielen anderen Anwendungen. Der Schwerpunkt bei der Entwicklung von EtherCAT lag bei kurzen Zykluszeiten (100 Mikrometer), niedrigem Jitter für genaue Synchronisation (1 Mikrometer) und geringen Hardwarekosten. EtherCAT wurde im April 2003 eingeführt und die EtherCAT Technology Group wurde im November 2003 gegründet. Mittlerweile hat sich die ETG zum weltweit größten Industrial Ethernet und Feldbus-Konzern entwickelt. Die ETG vereint Hersteller und Anwender, die in technische Arbeitsgruppen zur Weiterentwicklung der EtherCAT-Technologie beitragen. 1. Merkmale von EtherCAT 1.1 Funktionsprinzip Der EtherCAT-Master sendet ein Telegramm, das jeden Knoten durchläuft. Jedes EtherCAT-Slave-Gerät liest die an ihn adressierten Daten und fügt seine Daten in den Rahmen ein, wenn sich der Rahmen stromabwärts bewegt. Der Rahmen wird nur durch Hardware-Laufzeitverzögerung verzögert. Der letzte Knoten in einem Segment (oder Zweig) erkennt einen offenen Port und sendet die Nachricht an den Master zurück mit Ethernet technologys Vollduplex-Funktion. Die Telegramme maximale effektive Datenrate steigt auf über 90, und aufgrund der Nutzung der Vollduplex-Funktion ist die theoretische effektive Datenrate sogar höher als 100 Mbits (gt 90 von zwei mal 100 Mbits). Der EtherCAT-Master ist der einzige Knoten innerhalb eines Segments, der es erlaubt, aktiv einen EtherCAT-Frame alle anderen Knoten zu senden, um nur Frames nachgeschaltet zu machen. Dieses Konzept verhindert unvorhersehbare Verzögerungen und garantiert Echtzeitfähigkeiten. Der Master verwendet einen Standard-Ethernet Media Access Controller (MAC) ohne zusätzlichen Kommunikationsprozessor. Damit kann ein Master auf jeder Hardwareplattform mit einem vorhandenen Ethernet-Port implementiert werden, unabhängig davon, welches Echtzeit-Betriebssystem oder Anwendungssoftware verwendet wird. EtherCAT Slave-Geräte verwenden einen EtherCAT Slave Controller (ESC), um Frames on-the-fly und ganz in Hardware zu verarbeiten, wodurch die Netzwerkleistung vorhersehbar und unabhängig von der einzelnen Slave-Geräteimplementierung ist. 1.2 Protokoll EtherCAT bettet seine Nutzlast in einen Standard-Ethernet-Frame ein. Der Rahmen wird mit dem Identifier (0x88A4) im Feld EtherType identifiziert. Da das EtherCAT-Protokoll für kurze zyklische Prozessdaten optimiert ist, kann die Verwendung von Protokollstapeln wie TCPIP oder UDPIP eliminiert werden. Um eine Ethernet-IT-Kommunikation zwischen den Knoten zu gewährleisten, können TCPIP-Verbindungen wahlweise über einen Postfachkanal getunnelt werden, ohne die Echtzeit-Datenübertragung zu beeinträchtigen. Während des Startvorgangs konfiguriert und ordnet das Master-Gerät die Prozessdaten auf den Slave-Geräten ab. Verschiedene Datenmengen können mit jedem Slave ausgetauscht werden, von einem Bit bis zu einigen Bytes oder sogar bis zu Kilobyte Daten. Der EtherCAT-Frame enthält ein oder mehrere Datagramme. Der Datagramm-Header zeigt an, welche Art von Zugriff das Master-Gerät ausführen möchte: Lesen, Schreiben, Lesen-Schreiben Zugriff auf ein bestimmtes Slave-Gerät durch direkte Adressierung oder Zugriff auf mehrere Slave-Geräte durch logische Adressierung (implizite Adressierung) Logische Adressierung wird verwendet Für den zyklischen Austausch von Prozessdaten. Jedes Datagramm adressiert einen bestimmten Teil des Prozessabbildes im EtherCAT-Segment, für das 4 GByte Adressraum zur Verfügung steht. Beim Start des Netzwerks wird jedem Slave-Gerät in diesem globalen Adressraum eine oder mehrere Adressen zugewiesen. Wenn mehrere Slave-Geräte Adressen im gleichen Bereich zugewiesen werden, können sie alle mit einem einzigen Datagramm adressiert werden. Da die Datagramme vollständig alle Datenzugriffsinformationen enthalten, kann das Master-Gerät entscheiden, wann und welche Daten zugreifen sollen. Beispielsweise kann das Master-Gerät kurze Zykluszeiten verwenden, um Daten auf den Laufwerken zu aktualisieren, während eine längere Zykluszeit zum Abtasten des IO verwendet wird, ist eine feste Prozessdatenstruktur nicht erforderlich. Zusätzlich zu den zyklischen Daten können weitere Datagramme für die asynchrone oder ereignisgesteuerte Kommunikation verwendet werden. Neben der logischen Adressierung kann das Master-Gerät auch über seine Position im Netzwerk ein Slave-Gerät ansprechen. Diese Methode wird beim Network-Booten verwendet, um die Netzwerktopologie zu ermitteln und mit der geplanten Topologie zu vergleichen. Nach der Überprüfung der Netzwerkkonfiguration kann das Master-Gerät jedem Knoten eine konfigurierte Knotenadresse zuordnen und über diese feste Adresse mit dem Knoten kommunizieren. Dies ermöglicht einen gezielten Zugriff auf Geräte, auch wenn die Netzwerktopologie während des Betriebs geändert wird, beispielsweise mit Hot Connect Groups. Es gibt zwei Ansätze für Slave-to-Slave-Kommunikation. Ein Slave-Gerät kann Daten direkt an ein anderes Slave-Gerät senden, das weiter stromabwärts im Netzwerk angeschlossen ist. Da EtherCAT-Frames nur vorwärts verarbeitet werden können, hängt diese Art der direkten Kommunikation von der Netzwerk-Topologie ab und eignet sich besonders für die Slave-to-Slave-Kommunikation in einem konstanten Maschinendesign (z. B. in Druck - oder Verpackungsmaschinen). Im Gegensatz dazu läuft eine frei konfigurierbare Slave-zu-Slave-Kommunikation durch das Mastergerät und benötigt zwei Buszyklen (nicht notwendigerweise zwei Regelkreise). 1.3 Topologie Linie, Baum, Stern oder Daisy-Chain: EtherCAT unterstützt fast alle Topologien. EtherCAT macht eine reine Bus - oder Linien-Topologie mit Hunderten von Knoten möglich, ohne die Einschränkungen, die normalerweise aus Cascading Switches oder Hubs entstehen. Bei der Verdrahtung des Systems ist die Kombination von Leitungen mit Verzweigungen oder Falllinien von Vorteil: Die zur Erstellung von Zweigen notwendigen Anschlüsse sind direkt in viele IO-Module integriert, so dass keine zusätzlichen Schalter oder aktive Infrastrukturkomponenten benötigt werden. Modulare Maschinen oder Werkzeugwechsler erfordern Netzwerksegmente oder einzelne Knoten, die während des Betriebs angeschlossen und getrennt werden sollen. EtherCAT-Slave-Controller enthalten bereits die Basis für diese Hot Connect-Funktion. Wenn eine benachbarte Station entfernt wird, wird der Port automatisch geschlossen, so dass der Rest des Netzes ohne Störung weiter laufen kann. Sehr kurze Erkennungszeiten lt 15 s garantieren einen reibungslosen Umstieg. Zusätzliche Flexibilität hinsichtlich der möglichen Kabeltypen. Das preiswerte industrielle Ethernet-Kabel kann zwischen zwei Knoten bis zu 100m auseinander in 100BASE-TX-Modus verwendet werden. Die Power over EtherCAT-Option (kompatibel mit IEEE 802.3af) ermöglicht den Anschluss von Geräten wie Sensoren mit einer einzigen Leitung. Faseroptiken (wie zB 100BASE-FX) können auch verwendet werden, zB für einen Knotenabstand größer als 100 m. Bis zu 65.535 Geräte können an EtherCAT angeschlossen werden, so dass die Netzwerkerweiterung nahezu unbegrenzt ist. Wie bei Ethernet üblich, sind beliebige Änderungen zwischen den physikalischen Schichten erlaubt. 1.4 Synchronisation Bei Anwendungen mit räumlich verteilten Prozessen, die gleichzeitige Aktionen erfordern, ist eine exakte Synchronisation besonders wichtig. Dies ist beispielsweise bei Anwendungen der Fall, bei denen mehrere Servoachsen koordinierte Bewegungen ausführen. Im Gegensatz zu einer völlig synchronen Kommunikation, deren Qualität unmittelbar aus Kommunikationsfehlern leidet, haben verteilte synchronisierte Uhren eine hohe Toleranz für Jitter im Kommunikationssystem. Daher basiert die EtherCAT-Lösung für die Synchronisation von Knoten auf verteilten Takten (DC). Die Kalibrierung der Uhren in den Knoten ist komplett hardwarebasiert. Die Zeit vom ersten DC-Slave-Gerät wird zyklisch auf alle anderen Geräte im System verteilt. Mit diesem Mechanismus können die Slave-Geräte-Uhren genau auf diese Referenzuhr eingestellt werden. Der resultierende Jitter im System ist deutlich kleiner als 1s. Da die vom Referenztakt gesendete Zeit an den Slave-Geräten leicht verzögert ankommt, muss diese Ausbreitungsverzögerung für jedes Slave-Gerät gemessen und kompensiert werden, um Synchronität und Gleichzeitigkeit zu gewährleisten. Diese Verzögerung wird bei der Inbetriebnahme des Netzes oder, wenn gewünscht, auch während des Betriebs kontinuierlich gemessen, wobei sichergestellt wird, dass die Takte gleichzeitig innerhalb von weniger als 1 s voneinander sind. Wenn alle Knoten die gleiche Zeitinformation haben, können sie ihre Ausgangssignale gleichzeitig einstellen und ihre Eingangssignale mit einem hochpräzisen Zeitstempel anbringen. In Motion Control Applikationen ist auch die Zyklusgenauigkeit neben Synchronität und Gleichzeitigkeit wichtig. Bei derartigen Anwendungen wird die Geschwindigkeit typischerweise aus der gemessenen Position abgeleitet, so daß es entscheidend ist, daß die Positionsmessungen genau äquidistant (d. h. in exakten Zyklen) genommen werden. Darüber hinaus entlastet die Verwendung von verteilten Uhren auch das Master-Gerät, da Aktionen wie die Positionsmessung durch die lokale Uhr ausgelöst werden, anstatt wenn der Rahmen empfangen wird, hat das Master-Gerät keine strengen Anforderungen für das Senden von Frames. Damit kann der Master-Stack in Software auf Standard-Ethernet-Hardware implementiert werden. Da die Genauigkeit der Uhr nicht von ihrem Satz abhängt, wird die absolute Absolut-Übertragungszeit irrelevant. Der EtherCAT-Master muss nur dafür sorgen, dass das EtherCAT-Telegramm früh genug gesendet wird, bevor das DC-Signal in den Slave-Geräten den Ausgang auslöst. 1.5 Diagnose - und Fehlerlokalisierung Diagnosemerkmale spielen bei der Ermittlung der Maschinenverfügbarkeit und der Inbetriebnahmezeit eine wichtige Rolle. Neben der Fehlererkennung ist die Fehlerlokalisierung bei der Fehlersuche wichtig. Der EtherCAT Slave Controller in jedem Knoten prüft den bewegten Rahmen auf Fehler mit einer Prüfsumme. Informationen werden der Slave-Anwendung nur dann zur Verfügung gestellt, wenn der Rahmen korrekt empfangen wurde. Wenn es einen Bitfehler gibt, wird der Fehlerzähler inkrementiert und die nachfolgenden Knoten werden darüber informiert, dass der Rahmen einen Fehler enthält. Das Master-Gerät erkennt auch, dass der Rahmen fehlerhaft ist und seine Informationen verwerfen. Das Master-Gerät kann erkennen, wo der Fehler ursprünglich im System aufgetreten ist, indem er die Knotenfehlerzähler analysiert. EtherCAT kann gelegentliche Störungen erkennen und lokalisieren, bevor das Problem den Maschinenbetrieb beeinflusst. Innerhalb der Frames ermöglicht der Working Counter, dass die Informationen in jedem Datagramm auf Konsistenz überwacht werden. Jeder Knoten, der vom Datagramm adressiert wird und dessen Speicher zugänglich ist, erhöht den Arbeitszähler automatisch. Der Master kann dann zyklisch bestätigen, ob alle Knoten mit konsistenten Daten arbeiten. Wenn der Arbeitszähler einen anderen Wert hat als es sollte, leitet der Master diese Datagrammdaten nicht an die Steuerungsanwendung weiter. Das Master-Gerät kann dann den Grund für das unerwartete Verhalten mit Hilfe von Status - und Fehlerinformationen aus den Knoten sowie den Link Status automatisch erkennen. Da EtherCAT Standard-Ethernet-Frames nutzt, kann der EtherCAT-Netzwerkverkehr mit Hilfe von freien Ethernet-Software-Tools aufgezeichnet werden. Zum Beispiel kommt die bekannte Wireshark-Software mit einem Protokoll-Interpreter für EtherCAT, so dass protokollspezifische Informationen wie der Working Counter, Kommandos etc. im Klartext dargestellt werden. 1.6 Hochverfügbarkeit Für Maschinen oder Geräte mit sehr hohen Verfügbarkeitsanforderungen sollte ein Kabelbruch oder ein Knotenfehler nicht bedeuten, dass ein Netzwerksegment nicht mehr zugänglich ist oder dass das gesamte Netzwerk ausfällt. EtherCAT ermöglicht die Kabelredundanz mit einfachen Maßnahmen. Durch das Anschließen eines Kabels vom letzten Knoten an einen zusätzlichen Ethernet-Port im Master-Gerät wird eine Linientopologie in eine Ring-Topologie erweitert. Ein Redundanzfall, wie zB ein Kabelbruch oder eine Knotenfehlfunktion, wird durch ein Software-Add-on im Masterstack erkannt. Die Link-Erkennung in den Slave-Geräten erkennt und löst Redundanzfälle mit einer Erholungszeit von weniger als 15 s automatisch aus, so dass maximal ein Kommunikationszyklus gestört wird. Das bedeutet, dass auch Bewegungsanträge mit sehr kurzen Zykluszeiten bei einem Bruch eines Kabels reibungslos funktionieren können. Mit EtherCAT ist es auch möglich, die Master-Geräte-Redundanz mit Hot Standby zu realisieren. Anfällige Netzwerkkomponenten, wie sie mit einer Schleppkette verbunden sind, können mit einer Drop-Line verdrahtet werden, so dass auch bei einem Bruch eines Kabels der Rest der Maschine läuft. 1.7 Sichere Datenübertragung Für die Übermittlung sicherheitsrelevanter Daten nutzt EtherCAT das Protokoll Sicherheit über EtherCAT (FSoE). Die Vorteile sind wie folgt: Ein einziges Kommunikationssystem für Steuer - und Sicherheitsdaten Die Möglichkeit, die Sicherheitssystemarchitektur flexibel zu modifizieren und zu erweitern Vorzertifizierte Lösungen zur Vereinfachung der Sicherheitsanwendungen Leistungsstarke Diagnosefunktionen für Sicherheitsfunktionen Nahtlose Integration der Sicherheitsgestaltung in die Maschine Design Die Fähigkeit, die gleichen Entwicklungswerkzeuge für Standard - und Sicherheitsanwendungen zu verwenden Die EtherCAT-Sicherheitstechnik wurde nach IEC 61508 entwickelt, ist TUumlV zertifiziert und standardisiert in IEC 61784-3. Das Protokoll eignet sich für Sicherheitsanwendungen mit Safety Integrity Level bis SIL 3. Mit Safety over EtherCAT ist das Kommunikationssystem Teil eines sogenannten Black Channel, der nicht als sicherheitsrelevant gilt. Das Standard-Kommunikationssystem EtherCAT nutzt einen einzigen Kanal, um sowohl standard - als auch sicherheitskritische Daten zu übertragen. Sicherheitsrahmen, bekannt als Sicherheitsbehälter, enthalten sicherheitskritische Prozessdaten und zusätzliche Informationen zur Sicherung dieser Daten. Die Sicherheitsbehälter werden im Rahmen der Kommunikationsprozessdaten transportiert. Ob die Datenübertragung sicher ist, hängt nicht von der zugrunde liegenden Kommunikationstechnologie ab und ist nicht auf EtherCAT beschränkt. Sicherheitsbehälter können über Feldbussysteme, Ethernet oder ähnliche Technologien fahren und können Kupferkabel, Faseroptik und sogar drahtlose Verbindungen nutzen. Der Sicherheitsbehälter wird durch die verschiedenen Steuerungen geführt und in den verschiedenen Teilen der Maschine verarbeitet. Dies macht Not-Aus-Funktionen für eine ganze Maschine oder bringt gezielte Teile einer Maschine zum Stillstand, auch wenn die Teile der Maschine mit anderen Kommunikationssystemen (z. B. Ethernet) gekoppelt sind. 1.8 Kommunikationsprofile Um Slave-Geräte zu konfigurieren und zu diagnostizieren, ist es möglich, mit Hilfe der azyklischen Kommunikation auf die für das Netzwerk bereitgestellten Variablen zuzugreifen. Dies basiert auf einem zuverlässigen Postfachprotokoll mit einer automatischen Wiederherstellungsfunktion für fehlerhafte Meldungen. Um eine Vielzahl von Geräten und Applikationsschichten zu unterstützen, wurden folgende EtherCAT-Kommunikationsprofile aufgebaut: CAN-Applikationsprotokoll über EtherCAT (CoE) Servoantriebsprofil nach IEC 61800-7-204 (SoE) Ethernet über EtherCAT (EoE ) Dateizugriff über EtherCAT (FoE) Ein Slave-Gerät ist nicht erforderlich, um alle Kommunikationsprofile zu unterstützen, sondern kann entscheiden, welches Profil für seine Bedürfnisse am besten geeignet ist. Dem Master-Gerät wird mitgeteilt, welche Kommunikationsprofile über die Slave-Gerätebeschreibungsdatei implementiert wurden. 1.8.1 CAN-Applikationsprotokoll über EtherCAT (CoE) Mit dem CoE-Protokoll bietet EtherCAT die gleichen Kommunikationsmechanismen wie in CANopenreg-Standard EN 50325-4: Objektverzeichnis, PDO-Mapping (Process Data Objects) und SDO (Service Data Objects) Das Netzwerkmanagement ist ähnlich. Damit ist es möglich, EtherCAT mit minimalem Aufwand bei Geräten zu implementieren, die zuvor mit CANopen ausgestattet waren, und große Teile der CANopen Firmware sind sogar wiederverwendbar. Optional kann auf die Legacy-8-Byte-PDO-Begrenzung verzichtet werden, und es ist auch möglich, die erweiterte Bandbreite von EtherCAT zu nutzen, um das Hochladen des gesamten Object Dictionary zu unterstützen. Die Geräteprofile, wie zB das Antriebsprofil CiA 402, können auch für EtherCAT wiederverwendet werden. 1.8.2 Servoantriebsprofil nach IEC 61800-7-204 (SoE) SERCOS ist als Echtzeit-Kommunikationsschnittstelle bekannt, insbesondere für Motion Control-Anwendungen. Das SERCOS-Profil für Servoantriebe ist in der internationalen Norm IEC 61800-7 enthalten. Der Standard enthält auch die Zuordnung dieses Profils zu EtherCAT. Der Servicekanal, einschließlich des Zugriffs auf alle fahrzeuginternen Parameter und Funktionen, wird der EtherCAT Mailbox zugeordnet. 1.8.3 Ethernet über EtherCAT (EoE) EtherCAT nutzt physikalische Layer von Ethernet und Ethernet Ethernet. Der Begriff Ethernet ist auch häufig mit der Datenübertragung in IT-Anwendungen verbunden, die auf einer TCPIP-Verbindung basieren. Mit dem Ethernet über EtherCAT (EoE) Protokoll kann jeder Ethernet Datenverkehr innerhalb eines EtherCAT Segments transportiert werden. Ethernet-Geräte sind über so genannte Switchports mit einem EtherCAT-Segment verbunden. Die Ethernet-Frames werden durch das EtherCAT-Protokoll getunnelt, ähnlich wie die Internetprotokolle (z. B. TCPIP, VPN, PPPoE (DSL) usw.), was das EtherCAT-Netzwerk für Ethernet-Geräte völlig transparent macht. Das Gerät mit der Switchport-Eigenschaft kümmert sich um das Einfügen von TCPIP-Fragmenten in den EtherCAT-Verkehr und verhindert daher, dass die Netzwerk-Echtzeit-Eigenschaften betroffen sind. Zusätzlich können EtherCAT-Geräte auch Internetprotokolle (wie zB HTTP) unterstützen und können sich daher wie ein Standard-Ethernet-Knoten außerhalb des EtherCAT-Segments verhalten. Das Master-Gerät fungiert als Layer-2-Switch, der die Frames über EoE an die entsprechenden Knoten entsprechend ihren MAC-Adressen sendet. Auf diese Weise können alle Internet-Technologien auch in einer EtherCAT-Umgebung implementiert werden, wie zB ein integrierter Webserver, E-Mail, FTP-Transfer etc. 1.8.4 Dateizugriff über EtherCAT (FoE) Dieses einfache Protokoll ähnlich wie bei TFTP (Trivial File Transfer Protocol) ermöglicht den Dateizugriff in einem Gerät und einen einheitlichen Firmware-Upload auf Geräte über ein Netzwerk hinweg. Das Protokoll wurde bewusst in einer schlanken Weise spezifiziert, so dass es von Bootloader-Programmen unterstützt werden kann, ist ein TCPIP-Stack nicht erforderlich. 1.9 EtherCAT Automation Protocol (EAP) Die Prozessmanagement-Ebene verfügt über spezielle Kommunikationsanforderungen, die sich geringfügig von den Anforderungen des EtherCAT Device Protocol unterscheiden, die in den vorangegangenen Abschnitten beschrieben wurden. Maschinen oder Abschnitte einer Maschine müssen häufig Statusinformationen und Informationen über die folgenden Fertigungsschritte miteinander austauschen. Darüber hinaus gibt es in der Regel eine zentrale Steuerung, die den gesamten Herstellungsprozess überwacht, der dem Benutzer Statusinformationen über die Produktivität zur Verfügung stellt und Aufträge an die verschiedenen Maschinenstationen abgibt. Das EtherCAT Automation Protocol (EAP) erfüllt alle oben genannten Anforderungen. Das Protokoll definiert Schnittstellen und Dienste für: Datenaustausch zwischen EtherCAT-Master-Geräten (Master-Master-Kommunikation) Kommunikation zu Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) Ein Überwachungs-Controller für den Zugriff auf Geräte, die zu den zugrundeliegenden EtherCAT-Segmenten gehören (Routing) Integration von Werkzeugen für die Maschine oder Anlage Konfiguration sowie für Gerätekonfiguration Die im EAP eingesetzten Kommunikationsprotokolle sind Teil des internationalen Standards IEC 61158. EAP kann über jede Ethernet-Verbindung, einschließlich einer drahtlosen Verbindung, übertragen werden, beispielsweise ermöglicht es, automatisierte geführte Fahrzeuge (AGV) , Die in der Halbleiter - und Automobilindustrie üblich sind. Der zyklische Prozessdatenaustausch mit EAP folgt entweder dem Push - oder Poll-Prinzip. Im Push-Modus sendet jeder Knoten seine Daten entweder mit seiner eigenen Zykluszeit oder in einem Vielfachen der eigenen Zykluszeit. Jeder Empfänger kann so konfiguriert werden, dass er Daten von bestimmten Absendern empfängt. Das Konfigurieren der Sender - und Empfängerdaten erfolgt über das bekannte Objektverzeichnis. Im Poll-Modus sendet ein Knoten (oft der zentrale Controller) ein Telegramm an die anderen Knoten, und jeder Knoten antwortet mit seinem eigenen Telegramm. Die zyklische EAP-Kommunikation kann direkt in den Ethernet-Frame eingebettet werden, ohne zusätzliches Transport - oder Routing-Protokoll. Wiederum identifiziert der EtherType Ox88A4 die EtherCAT-spezifische Verwendung des Frames. Dies ermöglicht den Austausch von Hochleistungsdaten mit EAP im Millisekunden-Zyklus. Wenn ein Daten-Routing zwischen verteilten Maschinen erforderlich ist, können die Prozessdaten auch über UPDIP oder TCPIP übertragen werden. Zusätzlich können mit Hilfe des Safety over EtherCAT Protocol auch sicherheitsrelevante Daten über EAP übertragen werden. Dies ist üblich, wenn Teile einer großen Maschine sicherheitsrelevante Daten austauschen müssen, um eine globale Notstoppfunktion zu realisieren oder um benachbarte Maschinen eines Notstopps zu informieren. 1.10 Integration von anderen Bussystemen EtherCATs mit einer breiten Bandbreite ermöglicht es, konventionelle Feldbusnetze als Basissystem über ein EtherCAT Gateway einzubetten, was besonders bei der Migration von einem konventionellen Feldbus zu EtherCAT hilfreich ist. Die Umstellung auf EtherCAT ist allmählich, so dass es möglich ist, Automatisierungskomponenten weiter zu verwenden, die noch keine EtherCAT-Schnittstelle unterstützen. Die Fähigkeit, dezentrale Gateways zu integrieren, reduziert auch die physikalische Größe des Industrie-PCs, manchmal sogar auf einen eingebetteten Industrie-PC, da Erweiterungssteckplätze nicht mehr notwendig sind. In der Vergangenheit waren auch Erweiterungssteckplätze erforderlich, um komplexe Geräte wie Feldbus-Master und Slave-Gateways, schnelle serielle Schnittstellen und andere Kommunikationssubsysteme anzuschließen. In EtherCAT ist alles, was zum Verbinden dieser Geräte benötigt wird, ein einzelner Ethernet-Port. Die Prozessdaten aus dem zugrunde liegenden Subsystem werden direkt im Prozessabbild des EtherCAT-Systems zur Verfügung gestellt. 2. Implementierung Jeder Sensor, IO Device oder Embedded Controller sollte in der Lage sein, eine EtherCAT Schnittstelle hinzuzufügen. Darüber hinaus erfordert die EtherCAT-Schnittstelle auch keine leistungsfähigere CPU - die CPU-Anforderungen basieren stattdessen nur auf den Bedürfnissen der Zielanwendung. Neben der Hardware - und Softwareanforderung sind die Entwicklungsunterstützung und die Verfügbarkeit von Kommunikationsstacks bei der Entwicklung einer Schnittstelle wichtig. Auswertungskits, die von mehreren Herstellern, Entwickler-Workshops, sowie kostenloser Beispielcode zur Verfügung stehen, erleichtern einfacher. 2.1 Master Für die Implementierung eines EtherCAT-Masters wird entweder ein On-Board-Ethernet-Controller oder eine Standard-Netzwerkkarte benötigt, so dass keine spezielle Schnittstellenkarte erforderlich ist. In den meisten Fällen ist der Ethernet-Controller über Direct Memory Access (DMA) integriert, so dass keine CPU-Kapazität für die Datenübertragung zwischen dem Mastergerät und dem Netzwerk benötigt wird. In einem EtherCAT-Netzwerk erfolgt die Zuordnung bei den Slave-Geräten. Jedes Slave-Gerät schreibt seine Daten an die richtige Stelle im Prozessabbild und liest die an ihn gerichteten Daten, während sich der Rahmen durchläuft. Daher ist das Prozessbild, das am Mastergerät ankommt, bereits korrekt sortiert. EtherCAT-Master-Geräte wurden für eine Vielzahl von Betriebssystemen implementiert: Windows und Linux in verschiedenen Iterationen, QNX, RTX, VxWorks, Intime, eCos sind nur einige Beispiele. Um ein Netzwerk zu betreiben, benötigt der EtherCAT-Master die zyklische Prozessdatenstruktur sowie die Boot-up-Befehle für jedes Slave-Gerät. Diese Befehle können mit Hilfe eines EtherCAT-Konfigurationstools, das die EtherCAT Slave Information (ESI) Dateien von den angeschlossenen Geräten verwendet, in eine EtherCAT Network Information (ENI) Datei exportiert werden. Die Breite der verfügbaren Master-Implementierungen und ihre unterstützten Funktionen variiert. Abhängig von der Zielanwendung werden optionale Funktionen entweder unterstützt oder absichtlich weggelassen, um die Nutzung von Hard - und Softwareressourcen zu optimieren. Aus diesem Grund werden EtherCAT-Master-Geräte in zwei Klassen eingeteilt: Ein Class-A-Master ist ein Standard-EtherCAT-Master-Gerät, während ein Class-B-Master ein Master-Gerät mit weniger Funktionen ist. Grundsätzlich sollten alle Master-Implementierungen auf Klasse A-Klassifikation abzielen. Klasse B wird nur für Fälle empfohlen, in denen die verfügbaren Ressourcen nicht ausreichen, um alle Funktionalitäten, wie z. B. in eingebetteten Systemen, zu unterstützen. EtherCAT-Slave-Geräte verwenden EtherCAT Slave Controller (ESC) in Form eines ASIC, FPGA oder integriert in einen Standard-Mikrocontroller. Einfache Slave-Geräte benötigen keinen zusätzlichen Mikrocontroller, da Ein - und Ausgänge direkt mit dem ESC verbunden werden können. Bei komplexeren Slave-Geräten hängt die Kommunikationsleistung nur minimal von der Leistung des Mikrocontrollers ab, und in den meisten Fällen reicht ein 8-Bit-Mikrocontroller aus. EtherCAT Slave Controller sind von mehreren Herstellern erhältlich, mit der Größe des internen DPRAM und der Anzahl der Fieldbus Memory Management Units (FMMUs) je nach Variante. Es stehen verschiedene Prozessdatenschnittstellen (PDI) für den externen Zugriff vom Applikationscontroller zum Applikationsspeicher zur Verfügung: Das 32-Bit Parallel IO Interface eignet sich für den Anschluss von bis zu 32 digitalen Ein - und Ausgängen, aber auch für einfache Sensoren oder Aktoren, für die 32 Datenbits sind ausreichend und es ist kein Applikationscontroller erforderlich. Die serielle Peripherie-Schnittstelle (SPI) richtet sich an Anwendungen mit geringen Mengen an Prozessdaten wie analoge IO-Geräte, Encoder oder einfache Antriebe. Die parallele 816-Bit-Mikrocontroller-Schnittstelle entspricht gemeinsamen Schnittstellen von Feldbus-Steuerungen mit integriertem DPRAM. Es eignet sich besonders für komplexe Knoten mit größeren Datenmengen. Für FPGA - und On-Chip-Varianten wurden geeignete Synchronbusse für verschiedene Mikrocontroller implementiert. Die Hardware-Konfiguration wird in einem nichtflüchtigen Speicher (zB einem EEPROM), der Slave-Informationsschnittstelle (SII) gespeichert, die Informationen über die grundlegenden Gerätemerkmale enthält, so dass der Master dies beim Booten lesen und das Gerät auch bedienen kann Wenn die Gerätebeschreibungsdatei nicht verfügbar ist. Die mit dem Gerät gelieferte EtherCAT Slave Information (ESI) - Datei ist XML-basiert und enthält die vollständige Beschreibung ihrer netzwerkfähigen Eigenschaften wie Prozessdaten und deren Mapping-Optionen, die unterstützten Mailbox-Protokolle einschließlich optionaler Features sowie die unterstützten Modi Der Synchronisation. Das Netzwerk-Konfigurationstool nutzt diese Informationen für die Online - und Offline-Konfiguration des Netzwerks. Verschiedene Hersteller bieten Auswertungskits für die Implementierung von Slave-Geräten an. Diese Kits beinhalten Slave-Applikationssoftware im Quellcode und beinhalten manchmal auch einen Test-Master. 3. Konformität und Zertifizierung Zwei wichtige Faktoren für einen erfolgreichen Kommunikationsstandard sind Konformität und Interoperabilität. Neben der Anforderung eines Konformitätstests für jede Geräteimplementierung (unterstützt durch das automatisierte EtherCAT Conformance Test Tool) bietet die EtherCAT Technology Group eine Vielzahl von Aktivitäten, um die Interoperabilität zwischen EtherCAT Master Geräten, Slave Geräten und auch dem EtherCAT Configuration Tool zu gewährleisten. 3.1 Plug-Fest Beim Versuch, zu testen, ob mehrere Geräte interoperabel sind, ist das Verbinden der Geräte zusammen ein pragmatischer Ansatz. In diesem Sinne, die ETG hält mehrere so genannte Plug-Feste jedes Jahr, mit jedem Plug Fest in der Regel über zwei Tage. Während der Plug-Feste kommen Master - und Slave-Gerätehersteller zusammen, um zu testen, wie sich ihre Geräte verhalten, was die Verwendbarkeit von Geräten im Feld verbessert. Die ETG hält die Plug-Feste in Europa, Nordamerika und Asien regelmäßig. 3.2 Konformitäts-Test-Tool (CTT) Das EtherCAT-Konformitäts-Test-Tool (CTT) ermöglicht es, ein Verhalten der EtherCAT-Slave-Geräte automatisch zu testen. Das CTT ist ein Windows-Programm, das nur einen Standard-Ethernet-Port benötigt. Das Tool sendet EtherCAT-Frames an das Gerät unter Test (DuT) und erhält seine Antworten. Ein Testfall wird als bestanden markiert, wenn die Antwort vom DuT der definierten Antwort entspricht. Die Testfälle sind als XML-Dateien definiert. Damit ist es möglich, die Testfälle zu modifizieren oder zu erweitern, ohne das eigentliche Testgerät ändern zu müssen. Die TWG-Konformität ist für die Angabe und Freigabe der aktuell gültigsten Testfälle verantwortlich. Zusätzlich zu den Protokolltests prüft das CTT auch, ob die Werte in der EtherCAT Slave Information (ESI) Datei gültig sind. Schließlich führt das CTT auch gerätespezifische Protokolltests durch, wie zum Beispiel für das CiA402-Antriebsprofil. Alle Testschritte und Ergebnisse werden in einem Test Logger gespeichert und können als dokumentierte Verifikation für die Gerätefreigabe analysiert oder gespeichert werden. 3.3 Technische Arbeitsgruppe Konformität Das ETG-Fachausschuss (TC) hat eine TWG-Konformität eingerichtet, die die Prüfabläufe, den Inhalt der Prüfung und die Umsetzung des Konformitätsprüfwerkzeugs festlegt. Die TWG-Konformität erweitert kontinuierlich die Tests und ihre Tiefe. Die TWG-Konformität hat auch einen Interoperabilitätstestprozess etabliert, mit dem Geräte im Rahmen eines ganzen Netzwerks getestet werden können. 4. Internationale Standardisierung EtherCAT sowie Safety-over-EtherCAT sind internationale IEC-Normen (in IEC 61158 und IEC 61784). Nicht nur die unteren Protokollschichten sind standardisiert, sondern auch die Applikationsschicht und Geräteprofile, z. B. Für Antriebstechnik. In vielen Ländern ist EtherCAT auch ein nationaler Standard, z. B. in most European countries, in China and Korea. SEMI (Semiconductor Equipment and Materials International) accepted EtherCAT as communication standard (E54.20) for the semiconductor industry. The ETG Semiconductor Technical Working Group defines appropriate industry-specific device profiles and implementation guidelines. The EtherCAT specification is available in English, Japanese, Korean and Chinese language. CANopen is a trademark of the CAN in Automation e. V. SERCOS interface is a trademark of the SERCOS International. V. EtherCAT Multimedia Watch the outstanding EtherCAT Functional Principle EtherCAT BrochureBeckhoff Automation Worldwide Sales Increase by 26 Percent in 2006 Focus on international expansion and new technologies leads to robust year-end sales growth VERL, Germany, May 16, 2007 ndash The Beckhoff Automation strategy of quotnew, open technologies for new marketsquot has led to a strong 2006 sales growth rate of 26 percent over the previous financial year. During 2006, the Verl, Germany-based company soared to new heights with worldwide turnover of 190 million euros. The basis for the ongoing success of Beckhoff Automation is continuous emphasis on new, innovative automation technology and the introduction of new products, combined with consistent expansion of the companyrsquos international distribution network. In 2006, Beckhoff Automation GmbH established five new subsidiaries in Spain, Belgium, Brazil, South Africa and Australia. quotWe were already well represented through distributors in these countries, rdquo said managing director Hans Beckhoff, quothowever, we intend to further strengthen our position in these markets by moving toward direct sales. quot The sales increases confirm the success of this strategy: Exports made up 43 percent of the total turnover for the company in 2006. quotWhile our recent growth rate has been roughly equal in Germany and in export markets, our medium - and long-term growth prospects are more global in nature, rdquo said Hans Beckhoff. Overall, Beckhoff is now represented in more than 60 countries worldwide through 18 subsidiaries, agencies or distribution partners. quotIn 2007, we will continue to intensify the expansion of our global distribution network by establishing branches in Turkey, India and Dubai, rdquo said Hans Beckhoff. The number of Beckhoff Automation employees has also grown: At the end of 2006, Beckhoff had 800 employees worldwide, an increase of 20 percent over the previous year. Hans Beckhoff is pleased with the business development over recent years: quotWith annual growth rates of 26 percent (2006), 17 percent (2005), 31 percent (2004) and 27 percent (2003), the company continues a very healthy progression. quot This is due to worldwide growth in the automation market, especially above-average development in Beckhoffs specialty areas of PC-based Control (IPCs), distributed IO, software PLCNC and Drive Technology. Further exciting new technological developments are assured from major Beckhoff announcements coming soon in the areas of Drive Technology, Safety and EtherCAT-based control technology. In July 2006, in order to strengthen the companyrsquos position as an Industrial PC technology leader, Beckhoff acquired Embedded Logic Design amp More GmbH and BeDeHa GmbH. These companies specialize in the design of motherboards and BIOS software and are based in Muumlnster, Germany. quotWe bought technology for an emerging market, thereby strengthening our own development capacities, quot said Hans Beckhoff. Hans Beckhoff is even more optimistic about the future: quotThe positive development of previous years has continued into the first quarter of 2007. Provided that the main business parameters remain stable, I am confident that the positive economic growth of the company will continuequot. Beckhoff Automation provides advanced, open automation products based upon proven technologies so that customers can implement high performance control systems faster and at a lower overall cost than traditional PLC and motion control systems. Beckhoffrsquos ldquoNew Automation Technologyrdquo product range includes PC based control, industrial PCs, automation controllers, operator interface, IO, servo drives and motors. With representation in more than 60 countries, Beckhoff is well positioned to provide global sales and service to its customers. Sales and service are handled directly, with no intermediaries involved to provide faster response and improved communications. Please send readers questions regarding ldquoBeckhoff Automation 2006 Sales Growthrdquo to: Beckhoff Automation LLC 13130 Dakota Avenue Savage, MN 55378 Phone: 952-890-0000 Fax: 952-890-2888 e-mail: beckhoff. usabeckhoff