Systemübersicht EtherCAT

Die Beckhoff Embedded-PCs können ab Werk mit einer Optionsschnittstelle z.B. PROFIBUS, CANopen oder RS232 bestellt werden. Einige der Optionsschnittstellen können als Master oder Slave ausgeliefert werden.

Folgende Embedded-PCs können mit einer Optionsschnittstelle bestellt werden:

• CX9020
• CX50x0
• CX51x0
• CX20x0

EtherCAT-Slave (B110)

Die Optionsschnittstelle B110 ist ein EtherCAT-Slave und ermöglicht es einen Embedded-PC als unterlagerte dezentrale Steuerung für den Aufbau komplexer oder modularer Anlagen einzusetzen.

Die Optionsschnittstelle B110 bietet die Möglichkeit einen Embedded-PC als EtherCAT-Slave Teilnehmer zu betreiben, der dadurch in eine bestehende Topologie mit weiteren EtherCAT Teilnehmern integriert werden kann.

Der EtherCAT-Slave empfängt externe Prozessdaten vom Master, verarbeitet diese Daten weiter oder schickt Daten aus der eigenen Prozessperipherie aufbereitet an den Master zurück.

Die EtherCAT-Slave Optionsschnittstellte wird in TwinCAT parametriert und konfiguriert.

Weitere Informationen zu EtherCAT oder Informationen über z.B. Kabelredundanz, Distributed Clocks oder Diagnose, finden Sie in der EtherCAT System-Dokumentation oder auf der Homepage der EtherCAT Technology Group

Funktionsweise

Die EtherCAT-Technologie ist die Echtzeit-Ethernet-Technologie von Beckhoff, bei der das bereits bekannte Ethernet-Telegramm echtzeitfähig gemacht wird. Im Vergleich zum Ethernet wird das Telegramm nicht mehr in jeder Anschaltung zunächst empfangen, dann interpretiert und die Prozessdaten weiter kopiert. Vielmehr entnimmt sich jeder EtherCAT-Teilnehmer die für ihn bestimmten Daten, während das Telegramm durch den Teilnehmer läuft. Auf die gleiche Weise werden Eingangsdaten im Durchlauf in den Datenstrom eingefügt.

Der Slave erkennt die für sich bestimmten Kommandos und führt sie entsprechend aus. Der Vorgang findet hardwareimplementiert im Slave Controller statt und ist daher unabhängig von den Softwarelaufzeiten der Protokoll Stacks oder der Prozessorleistung. Der letzte EtherCAT-Slave schickt das bearbeitete Telegramm zurück, sodass es vom ersten Slave als Antworttelegramm zur Steuerung gesendet wird.

Protokoll

Das für Prozessdaten optimierte EtherCAT-Protokoll wird entweder direkt im Ethernet-Frame transportiert oder in UDP/IP-Datagramme verpackt. Die UDP-Variante wird dann eingesetzt, wenn EtherCAT-Segmente in anderen Subnetzen über Router hinweg angesprochen werden. Ein Ethernet-Frame kann mehrere EtherCAT-Telegramme enthalten, die jeweils einen Speicherbereich des bis zu 4 Gigabyte großen logischen Prozessabbildes bedienen. Die datentechnische Reihenfolge ist dabei unabhängig von der physikalischen 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.

Performance

Mit EtherCAT werden neue Dimensionen in der Netzwerk-Performance erreicht. Die Update-Zeit für die Daten von 1.000 verteilten Ein-/Ausgängen beträgt nur 30 µs – einschließlich Klemmendurchlaufzeit. Mit einem einzigen Ethernet-Frame können bis zu 1.486 Byte Prozessdaten ausgetauscht werden – das entspricht fast 12.000 digitalen Ein- und Ausgängen. Für die Übertragung dieser Datenmenge werden dabei nur 300 µs benötigt.

Topologie

Linie, Baum oder Stern: EtherCAT unterstützt nahezu beliebige Topologien. Die von den Feldbussen her bekannte Bus- oder Linienstruktur wird damit auch für Ethernet verfügbar. Besonders praktisch für die Anlagenverdrahtung ist die Kombination aus Linie und Abzweigen bzw. Stichleitungen. Die hierzu benötigten Schnittstellen sind auf den Kopplern vorhanden; zusätzliche Switches werden nicht benötigt. Natürlich kann aber auch die klassische Switch-basierte Ethernet-Sterntopologie eingesetzt werden.