Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher...

86
Der Ethernet Feldbus.

Transcript of Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher...

Page 1: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

Der Ethernet Feldbus.

Page 2: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 3

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Warum Ethernet für die Automatisierung?

Auf Steuerungsebene schon lange Stand der Technik•

Nun auch auf der Feldebene, weil:–

Verwendung von „Commodity“

Technik

Dadurch:•

Niedrige Komponenten-Kosten•

Partizipieren an allgemeiner technologischer Weiterentwicklung (getrieben vom Office Bereich)

Zugang zu Internet Technologien (z.B. Webserver)

Reduktion der Schnittstellenvielfalt

Aber: herkömmliches Ethernet erfüllt nicht alle Anforderungen der Feldebene, z.B.:–

Kosten, Performance, Determinismus, ….

Page 3: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 4

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT -

Der Ethernet Feldbus.

EtherCAT ist Echtzeit-Ethernet bis zur E/A-Ebene•

ohne unterlagerten Bus

keine Verzögerung in Gateways•

Ein-

und Ausgänge, Sensoren, Antriebe, Displays:

Alles an einem System!

Page 4: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 5

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist schneller

Übertragungsrate:–

2 x 100 Mbit/s

(Fast Ethernet, Voll-Duplex)

Update Zeiten:–

256 digitale

E/A in 11 µs

1000 digitale

I/O

verteilt

auf 100 Knoten

in 30 µs

= 0.03 ms

200 analoge

E/A (16 Bit) in 50 µs = entspricht

20 kHz

Sampling Rate–

100 Servo-Achsen

(je

8 Byte In + Out) in 100 µs

= 0.1 ms

12000 digitale

E/A in 350 µs

Page 5: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 6

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Bandbreiten-Nutzung

herkömmlicher

Ethernet-Lösungen:–

Ethernet Frame: ≥

84 Bytes

inkl. Preamble + IPG (interpacket

gap)

Für

4 Byte Eingabe

+ 4 Byte Ausgabe

pro Knoten:

4,75%

Nutzdatenrate

bei

0 µs

Reaktionszeit

per Knoten•

1,9%

Nutzdatenrate

bei

10 µs

Reaktionszeit

per Knoten

E/A

EtherCAT ist schneller

Ethernet Header Daten: ≥46 Bytes CRC

Nutzdaten:

z.B. 2 Bit..6 Byte

4 Bytes22 Bytes

IPG

12 Bytes

Ethernet Header Daten: ≥46 Bytes CRC IPG

Reaktions-

zeit

Knoten

MasterAnfrage

mit

Ausgangsdaten

Antwort

mit

Eingangsdaten

Page 6: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 7

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist schneller

Bandbreiten-Nutzung

im

Vergleich:–

Bei

4 Byte Nutzdaten

je

Knoten:

Polling / Timeslicing: ca. 2..5%–

Ab

2 Bit Nutzdaten

je

Knoten:

EtherCAT: 80…97% (2 x 100 MBit/s, Voll-Duplex)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Polling /Timeslicing

EtherCAT

Page 7: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 8

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Funktionsprinzip: Ethernet „on the Fly“

Analogie ICE:–

„Zug“

(Ethernet Frame) hält nicht an

auch wer den „Zug“

durch ein schmales Fenster sieht,

sieht den gesamten „Zug“–

„Wagen“

(Sub-Telegramme) haben eine variable Länge

Es können einzelne „Personen“

(Bits) oder ganze

„Reisegruppen“

(Bytes) „entnommen“

und/oder „eingefügt“ werden

Wagen27

Page 8: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 9

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Funktionsprinzip: Ethernet „on the

fly“

Slave Gerät

EtherCAT Slave Controller

Slave Gerät

EtherCAT Slave Controller

Daten werden im Durchlauf entnommen und eingefügt–

Prozessdatengröße pro Slave nahezu beliebig groß

(1 Bit…60 KByte, ggf. auf mehrere Frames

verteilt)–

Zusammensetzung der Prozessdaten kann sich in jedem Zyklus ändern, z.B. kürzeste Zykluszeit für Antriebe, gleichzeitig längere Zykluszeit für E/A möglich

Zusätzlich asynchrone, bedarfsgesteuerte Kommunikation

Page 9: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 10

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Funktionsprinzip: Ethernet „on the

fly“

Geringster Overhead

durch implizite Adressierung •

Vorteile:–

Optimierte Telegrammstruktur für dezentrale E/A

Kommunikation vollständig in Hardware:

maximale Performance–

Wenn nur EtherCAT

Teilnehmer: kein Switch

erforderlich

Hervorragende Diagnose-Eigenschaften

Ethernet-Kompatibilität bleibt erhalten

Master

Ethernet Header ECAT HDR PLC Daten NC Daten E/A Daten Ethernet

HD

R 1

HD

R 2

HD

R 2

Page 10: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 11

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

6355

2347

763

479

276

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Profinet I/O

Pow erlink

Profinet IRT

SERCOS III

EtherCAT µs

µs

µs

µs

µs

Schnelligkeit: Applikationsbeispiel

40 Achsen

(je

20 Byte Eingangs-

und Ausgangs-Daten)•

50 E/A Stationen

mit

insgesamt

560 EtherCAT

Busklemmen•

2000 Digitale

+ 200 Analoge

I/O, Buslänge

500 m

Performance EtherCAT:

Update-Zeit

276 µs bei

44% Buslast, Telegrammlänge

122 µs

56% Bandbreite übrig, z.B. für TCP/IP

Page 11: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 12

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Auch „langsame“

Steuerungen profitieren

Reaktionszeit

mit

herkömmlichem

Feldbus-E/A:

Bus-Zyklus Bus-Zyklus Bus-Zyklus Bus-Zyklus Bus-ZyklusBus-ZyklusBus-Zyklus

Tmpd

TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O

SPS Task OI SPS Task OI SPS Task OI SPS Task OI SPS TaskI

Eingang

(im schlechtesten Fall)

Ausgang

Beste Reaktionszeit

Tmpd

: Verzögerung im Master durch Verarbeitung der Daten

TI/O

: Lokale I/O Update-Zeit

(Lokaler Erweiterungsbus + Firmware)

Schlechteste Reaktionszeit

Eingang

(im Idealfall)

Page 12: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 13

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Auch „langsame“

Steuerungen profitieren

Systemaufbau mit EtherCAT:

Tmpd

TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O

SPS Task OI SPS Task OI SPS Task OI SPS Task OI SPS TaskI

kein unterlagerter Erweiterungsbus mehr

keine Master-Anschaltbaugruppe mehr

Bus-Zyklus Bus-Zyklus Bus-Zyklus Bus-Zyklus Bus-ZyklusBus-ZyklusBus-Zyklus

Page 13: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 14

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Auch „langsame“

Steuerungen profitieren

Systemaufbau mit EtherCAT:

SPS Task OI SPS Task OI SPS Task OI SPS Task OI SPS TaskI

TDMA (NIC)

TEtherCAT

Zyklus

TDMA

= Zeit für Datentransfer vom/zum Ethernet Controller per Direct

Memory

Access:

vernachlässigbar

Page 14: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 15

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Auch „langsame“

Steuerungen profitieren

Reaktionszeit mit EtherCAT:

Reaktionszeit deutlich verkürzt –

mit der gleichen

Steuerungsleistung–

keine unterlagerten lokalen E/A-Zyklen oder Erweiterungsbusse mehr

Wegen des sehr einfachen Protokolls keine speziellen Master-Systeme (z.B. Einsteckkarten) erforderlich

SPS Task OI SPS Task OI SPS Task OI SPS Task OI SPS TaskI

Eingang

(im schlechtesten

Falll)

AusgangEingang

(im Idealfall)

Beste Reaktion

EtherCAT Bus-Zyklus

Schlechteste Reaktion

Page 15: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 16

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Feldbus: erfordert Mapping

in der Steuerung

Herkömmliche Feldbussysteme erzeugen physikalisches Prozessabbild

„Mapping“

bildet dieses auf logische Prozessabbild(er) ab

Steuerung, z.B. SPS

Feldbus Scanner/Master

Logi

sche

sPr

ozes

sabb

ild

PLC Daten

E/A Daten

NC Daten

DPRAM

Knoten 1

Knoten 1

Knoten 2

Knoten 3

Knoten 4Mapping

Knoten 2

Knoten 3

Knoten 4

Page 16: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 17

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Feldbus: erfordert Mapping

in der Steuerung

Das gleiche gilt auch für Steuerungen mit nur einem Prozessabbild !

Umsortieren der Prozessdaten („Mapping“) ebenfalls erforderlich

Steuerung, z.B. SPS

Feldbus Scanner/Master

Logi

sche

sPr

ozes

sabb

ild

Prozess-Daten

DPRAM Knoten 1

Knoten 2

Knoten 3

Knoten 4Mapping

Knoten 3

Knoten 1

Knoten 2

Knoten 4

Page 17: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 18

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT: Mapping in Slaves verlagert

Steuerung wird entlastet, Master wird sehr einfach •

Daten werden je nach Applikationsanforderung übertragen: extrem schnell, flexibel und effizient

Ethernet Header ECAT HDR PLC Daten NC Daten E/A Daten Ethernet

Logi

sche

sPr

ozes

sabb

ildbi

s4

GB

yte

HD

R 1

HD

R 2

HD

R 2

Datagramm

1 Datagramm

2 Datagramm

n

PLC Daten

Daten n

NC Daten

Master

Page 18: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 19

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Direkter

Speicherzugriff

spart

Zeit

Feldbuskarten: bis zu 30% der CPU Zeit für das

Kopieren von Daten

EtherCAT: MAC ist PCI Busmaster,

Daten

werden

per DMA ins PC RAM gestellt:

+ CPU entlastet + mehr

Performance

PC Steuerung

mit

Feldbuskarten

PCI

bus

Scanner-Karte, DP RAM

CPU

Control task

PC RAM

memcopy

PC Steuerung

mit

EtherCAT

CPU Control task

PC RAM

DMAPCI

bus MAC

Page 19: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 20

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Laufzeitmessung

(1)

EtherCAT Knoten misst Zeitdifferenz zwischen abgehendem und zurückkehrendem Frame

EtherCAT FrameBearbeitungsrichtung

EtherCAT FrameWeiterleitungsrichtung

Page 20: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 21

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

IPC

EtherCAT Laufzeitmessung

(2)

Laufzeiten zwischen beliebigen Teilnehmern werden berechnet

Master

Page 21: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 22

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Verteilte

Uhren

(Distributed Clocks)

Präzise Synchronisation (<< 1 µs!) durch genauen Abgleich verteilter Uhren (Distributed

Clocks)

M∆tIPC

SMaster

S

S S S S

S

Page 22: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 23

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Externe

Uhrensynchronisation: IEEE 1588

Switchport

mit

integrierter

IEEE 1588 Boundary Clock

MS

S

S S S S

Boundary

Clock

S

Master

IEEE 1588Grandmaster

Page 23: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 24

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Verteilte

Uhren

Langzeit Scope-Aufnahme: zwei Geräte, dazwischen 300 Knoten + 120 m Netzwerk

Jitter: ~ +/-20ns

Gleichzeitigkeit: ~15 ns

Page 24: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 25

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Ethernet Daten

Eingebettet in Standard Ethernet Frame, EtherType

0x88A4

EtherCAT ist Industrial Ethernet!

EtherCAT verwendet Standard Frames

nach IEEE 802.3•

Wahlweise auch über UDP/IP (wenn IP Routing

gefragt)

keine verkürzten Frames

TypeRes.Length

1 Bit 4 Bit11 Bit

Oder: via UDP/IPUDP Port 0x88A4

DA EtherTypeSA CRC

Standard Ethernet Frame

48 Bit 48 Bit 16 Bit 32 Bit

16 Bit

IP Header UDP H.

160 Bit 64 Bit

Header EtherCAT

Daten

48 -1470 Byte

Ethernet Header

EtherCAT

Telegramm

16 Bit

Header Datagramm

1

48 -1498 Byte

Datagramm

2 Datagramm

n… Pad.

CRCPad.

0..32 Byte

Page 25: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 26

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist Industrial Ethernet!

volle Durchgängigkeit für TCP/IP•

alle Internet Technologien verfügbar: HTTP, FTP, …

ohne Einschränkung der Echtzeiteigenschaften!

EtherCAT Slave Gerät

EtherCAT MAC / DLL

TCP UDP

Ethernet

Anwendung

IP Azyklische

Daten

ProzessdatenMailbox

EchtzeitAnwendungStandard

TCP/IP Stack

Ethernet PHYEthernet PHY

Page 26: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 27

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist Industrial Ethernet!

Beliebige Ethernet Geräte können an den Switchport angeschlossen werden

Zugriff auf Webserver mit Standard-Browser

Virtuelle

Ethernet Switch Funktionalität

SwitchportMaster

Webserver

Drucker

PC/Laptop

Page 27: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 28

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist Industrial Ethernet!

Software Ethernet Switch

routet

Ethernet Frame•

Zugriff von innerhalb und außerhalb des EtherCAT-

Segmentes

Virtuelle

Ethernet Switch

Funktionalität Switchport

Ethernet Switch

Master

Drucker

PC/Laptop

Page 28: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 29

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Switchport

Ethernet MAC PHY

Switchport: Jedes Ethernet Protokoll möglich

Schnittstelle zu beliebigen Ethernet Geräten oder Netzen•

Ethernet Frame werden in das EtherCAT-Protokoll

eingefügt: „Ethernet over EtherCAT“

(EoE)

EtherCAT MAC / DLL PHYPHY

µC

Fragmentierung

TX1TX2TX3

TX

TX2TX3TX1

RX RX4RX1 RX2 RX3

ProzessdatenMailbox

Page 29: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 30

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Vertikale Integration (1)

…mittels

Switchport

+ beliebige Ethernet Protokolle können verwendet werden•

+ erfordert nur einen Ethernet Port (auf Master/IPC/SPS)

+ EtherCAT Performance wird nicht eingeschränkt

Switchport

Master

Page 30: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 31

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Vertikale Integration (2)

...mittels

2. Ethernet Port

+ beliebige Ethernet Protokolle können verwendet werden•

+ EtherCAT Performance wird nicht eingeschränkt

aber: erfordert zweiten Ethernet Port (auf Master/IPC/Steuerung)

2. Ethernet Port

Master

Page 31: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 32

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Vertikale Integration (3)

…mittels

Switch

+ beliebige Ethernet Protokolle können verwendet werden•

+ erfordert nur einen Ethernet Port

(auf Master/IPC/Steuerung)•

aber: Performance durch Verzögerung im Switch

eingeschränkt (und durch allgemeine Ethernet Frames)

Master

Ethernet Switch

Page 32: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 33

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist flexibler zu verdrahten

Standard Ethernet Topologie: Stern

Page 33: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 34

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist flexibler zu verdrahten

Flexible Topologien

beliebig

erweiterbar–

Topologie-Varianten wie Linie, Stern, Baum, Daisy Chain

+ Stichleitungen möglich und beliebig kombinierbar!–

Bis

zu

65.535 Knoten

in jedem

EtherCAT-Segment

Standard Ethernet Verkabelung

Master

Linie

Drop LineStern/Baum

Page 34: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 35

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist flexibler zu verdrahten

Elektrische

Signalvarianten

für

EtherCAT:–

100BASE-TX (bis

zu

100 m zwischen

2 Knoten/Geräten)

100BASE-FX (größere

Strecken

zwischen

2 Knoten/Geräten)

LVDS (für

modulare

Geräte)

Beliebig viele Wechsel erlaubt!

Ethernet auf LVDS*:

Für

modulare

Geräte

LVDS*100 m

Ethernet auf 100BASE-FX

(Lichtwellenleiter)

für

größere

Strecken

Ethernet auf 100BASE-TX bis

zu

100 m mit

Transformator-

kopplung

*LVDS: Low Voltage

Differential Signaling

nach ANSI/TIA/EIA-644,

ebenfalls genutzt in IEEE 802.3ae (10Gigabit Ethernet)

Master

Page 35: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 36

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT System Test

10.056 EtherCAT

Geräte

in einem Netzwerk

Page 36: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 37

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT statt PCI

Investitionsschutz•

Problemloser

Übergang

von vorhandenem

Feldbus

zu

EtherCAT•

Nahtlose Integration und maximale Ausbaufähigkeit des Systems zu vorhandenen Feldbusgeräten, wie z.B.:–

AS-Interface–

CANopen–

CC-Link–

ControlNet–

DeviceNet–

Ethernet/IP–

FIPIO–

Interbus–

IO-Link–

Lightbus–

LonWorks–

Modbus

Plus, RTU, TCP–

MPI–

PROFIBUS–

PROFINET IO–

Page 37: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 38

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT statt PCI

Update-Zeiten im Vergleich:–

Prozessabbild über PCI

(je 500 Byte

E/A Daten): 400µs–

Prozessabbild über EtherCAT

(je 1500 Byte

E/A Daten): 150µs

Page 38: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 39

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT statt PCI

Keine Steckplätze mehr in der Steuerung (IPC oder SPS) erforderlich

Trotzdem maximale Erweiterbarkeit

EtherCAT

Page 39: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 40

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist einfacher zu konfigurieren

Adressierung:–

Keine manuelle Adresseinstellung erforderlich

Adressen können automatisch zugeteilt werden

Adressen können auch bei nachträglichen Erweiterungen erhalten bleiben > keine Neu-Adressierung

Page 40: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 41

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist einfacher zu konfigurieren

Topologie:–

Automatischer

Topologie

Soll/Ist-Vergleich

Diagnose:–

Diagnose mit

exakter

Lokalisierung

Netzwerkplanung:–

Performance unabhängig

von:

Slave-Implementierung•

Topologie

(keine

Switches/Hubs)–

Performance mehr

als

ausreichend

Daher

kein

“Tuning”

erforderlich

Page 41: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 42

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist kostengünstiger (1): Engineering

Implementierung

/ Tools:–

Standard Netzwerk

Monitoring Tools, z.B. MS Network

Monitor oder

Wireshark: Kostenlos–

Parser Software: Kostenlos

Weniger

Aufwand

bei

der

Netzwerkplanung:–

Einfache

Konfiguration

Standardeinstellungen

sind

ausreichend, kein

“Feintuning”

notwendig

Erweiterte

Diagnosemöglichkeiten:–

Schnellere

Fehlersuche

führt

zu

geringeren

Ausfallzeiten

Schnelleres

Setup:–

Keine

manuelle

Adressierung

notwendig

Page 42: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 43

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist kostengünstiger (2): Hardware

Master:–

keine spezielle Einsteckkarte

on-board

Ethernet Port genügt

Slave:–

kostengünstiger Slave Controller

als FPGA oder ASIC–

kein leistungsstarker µC erforderlich

Infrastruktur:–

keine Switches

/ Hubs erforderlich

Standard Ethernet Kabel und

Stecker ausreichend

32 BitµC

Page 43: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 44

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist einfach zu implementieren

Slave Implementierung:–

Alle

zeitkritischen

Funktionen

sind

als

ASIC oder

FPGA

implementiert:•

ESC bearbeitet

das Echtzeitprotokoll

in Hardware–

Integrierte

Kommunikations-Zustandsmaschine

Netzwerk-Leistung

ist

unabhängig

von:

Slave-Mikrocontroller•

Protocol Stack–

Mit

oder

ohne

Mikrocontroller

(Host CPU)

Integriertes

DPRAM (1…8kByte)

Integrierte

Funktionalität

der

verteilten

Uhren

(DC)

Hochgenaue

Interrupts zum

Mikrocontroller

Page 44: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 45

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Slave Controller: ASIC (1)

Name ET1100 ET1200 netX5

Typ ASIC ASIC ASIC

Hardware Anbieter

Gehäuse BGA128

0,8mm Pitch

QFN48

0,5mm Pitch

BGA201

0,8mm Pitch

Größe 10 x 10 mm 7 x 7 mm 13 x 13 mm

µC Anschluss serial/parallel

(8/16-bit, async)*

serial* serial

(SPI),

parallel (8/16/32-bit,

async)

Digitale I/O 32 8-16* 16

DPRAM 8 kByte 1 kByte 6 kByte

SyncManager 8 4 8

FMMUs 8 3 8

Distributed

Clocks Ja Ja Ja

Anzahl der Ports 2-4 (MII/E-bus)* 2-3 (E-bus/max. 1xMII)*

2 (MII)

Besonderheit Routable

mit Standard PCB

- Multi-Protokoll Unterstützung

* konfigurierbar

Page 45: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 46

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Slave Controller: ASIC (2)

Name netX

100 netX

500 netX50

Typ ASIC ASIC ASIC

Hardware Anbieter

Gehäuse BGA345

1mm Abstand

BGA345

1mm Abstand

PBGA1mm Abstand

Größe 22x22 mm 22x22 mm 19x19 mm

µC Anschluss µC-Bus (intern, 32-bit)

µC-Bus (intern, 32-bit)

µC-Bus (intern, 32-bit)

Digitale I/O 16 (GPIO) 16 (GPIO) 32 (GPIO)

DPRAM256/400 Byte

(Mailbox/Prozess

Daten)

256/400 Byte (Mailbox/Prozess

Daten)

6 kByte

SyncManager 4 4 8

FMMUs 3 3 8

Distributed

Clocks Ja Ja Ja

Anzahl der Ports 2 (100BASE-TX) 2 (100BASE-TX) 2 (100BASE-TX)

Besonderheit

Multi-Protokoll Unterstützung,

Integrierte PHYs, ARM-9 µC

Multi-Protokoll Unterstützung,

Integrierte PHYs, ARM-9 µC

Multi-Protokoll Unterstützung,

Integrierte PHYs, ARM-9 µC

Page 46: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 47

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Slave Controller: FPGA

Name ET1810/ET1811/ET1812 ET1815/ET1816/ET1817

Typ FPGA + IP Core FPGA + IP Core

Hardware Anbieter

GehäuseCyclone

I+II+III, Stratix

I+II+III+IV+GX+II GX,Arria

GX

Spartan

3+3E+3A+3AN+3ADSP,

Virtex

II+II

Pro+II

Pro X+4+5

Größe FPGA abhängig FPGA abhängig

µC Anschlussseriell/parallel

(8/16-bit, async)AVALON®*

seriell/parallel(8/16bit, async)

OPB®*

Digitale I/O 8-32* 8-32*

DPRAM 1...60 kByte* 1...60 kByte*

SyncManager 0…8* 0…8*

FMMUs 0…8* 0…8*

Distributed

Clocks Yes* Yes*

Anzahl der Ports 2 (MII) 2 (MII)

Besonderheit Verschiedene IP-Core

Lizenzmodelle verfügbar

Verschiedene IP-Core

Lizenzmodelle verfügbar

* konfigurierbar

Page 47: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 48

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT einfacher

zu

implementieren: Master

Master-Implementierung:–

z.B. mit

Master Sample Code (Quellcode)

EtherCAT Konfigurationstool

Gerätebeschreibungen

in XML-Dateiformat

Realtime

Realtime

optional; for online functionality(e.g. scanning for devices)

.xml.xml.xml

EtherCAT Slave Information (ESI) Files

EtherCATConfiguration Tool

.xml

EtherCAT Network Information (ENI) File

Application

Process Data ImageParser Mailbox

Services

EtherCAT Master Driver

Network Driver

Standard Ethernet MAC

acycliccommands

initcyclic

commands

req. resp.

Ethernet Frames

Process Data (PD) Image description

Page 48: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 49

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT einfacher

zu

implementieren: Master

Einfache Master-Implementierung:–

Typisch

z.B. für

Kleinsteuerungen

mit

einer

Steuerungstask

Bis

1488 Byte Prozessdatengröße

Header für

Prozessdatenkommunikation

bleibt

konstant

Master mit

minimalem

Aufwand

realisierbar

Kein

separater

Kommunikationsprozessor

(z.B. auf Einsteckkarte) erforderlich–

Viel

einfacher

als

herkömmliche

Feldbussysteme

Sehr

viel

einfacher

als

andere

Industrial Ethernet

Lösungen…

Konstanter Header Fertig

sortierte

(gemappte)

Prozessdaten

Padding Bytes and CRC werden

vom

Ethernet Controller (MAC) erzeugt

Working

Counter:

konstant

DA SA Type Frame HDR

EtherCAT HDR Daten

Ethernet Header EtherCAT TelegrammECAT

6 Bit 6 Bit 2 Bit 2 Bit 10 Bit 0….1486 Byte

WK

C

FCS

Ethernet

4 Byte

Pad.

0…322

Page 49: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 50

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist bewährt

Seit

2003 im

Serieneinsatz•

Viele

Applikationen

Große

Produktvielfalt

von verfügbaren

EtherCAT Geräten

Page 50: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 51

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Slave

Anwendung

EtherCAT verwendet etablierte Geräteprofile

EtherCAT Slave Controller

ProzessdatenMailbox

Ethernet Physical

Layer

IP

TCP UDP

Dateizugriff

Ethernet

FoE EoE SoE CoE CoE/SoE

Dateisystem,

Bootloader

HTTP, FTP,…

IEC 61800-7-204

IEC 61800-7-304

EN 50325-4

IEC 61800-7-201

IEC 61800-7-301

AT

MDT

PDO

Map-

ping

Der SERCOS* Standard

IDN

Service Kanal

ProzessdatenDer CANopen

Standard

SDO

Objektverzeichnis

*SERCOS interface™

is

a trademark

by

SI e.V.

Page 51: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 52

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Geräteprofil-Integration

EtherCAT Slave

Azyklische

Kommunikation

(Explicit

Addressing)

ParameterZyklische,

synchrone

Kommunikation

(Implicit

Addressing)

EoE CoE/SoE

optional

EtherCAT Slave Controller

ProzessdatenMailbox

Ethernet Physical

Layer

CoE/SoE

IP

TCP UDP

Ethernet

Anwendung

Device

Profile Definitions

Geräteprofil-

Definitionen

HTTP, FTP,…

Page 52: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 53

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Antriebsprofil-Integration

EtherCAT Slave

Service Kanal

IDN

EoE SoE

optional

EtherCAT Slave Controller

ProzessdatenMailbox

Ethernet Physical

Layer

SoE

IP

TCP UDP

Ethernet

AnwendungIEC 61800-7-

204

ist

dasSERCOS*

Antriebsprofil

HTTP, FTP,…

Servodrive

Profile IEC 61800-7-204

Mapping

auf EtherCAT: IEC 61800-7-304

Prozessdaten:

AT / MDT

*SERCOS interface™

ist eine Marke von SI e.V.

Page 53: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 54

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT in der

IEC 61800-7

IEC 61800-7: Generic

Interface and use

of profiles

for

power drive

systems

IEC 61800-7-304IEC 61800-7-301

Mapping

to

CANopen

Mapping

to

EtherCAT

Mapping

to

EPL

Mapping

to

SERCOS I/II

Mapping

to

SERCOS III

Mapping

to

EtherCAT

IEC 61800-7-201:Profile

CiA 402

IEC 61800-7-202:

Profile

CIP Motion

IEC 61800-7-203:

Profile

PROFIdrive

IEC 61800-7-204:Profile

SERCOS*

Annex A:Mapping

to

DS402

Annex B:Mapping

to

CIP

Annex C:Mapping

to

PROFIdrive

Annex D:Mapping

to

SERCOS*

IEC 61800-7-1: Interface Definition

IEC 61800-7-200: Profile Specifications

IEC 61800-7-300: Mapping

of Profiles

to Network

Technologies

B...

C...

*SERCOS interface™

ist eine Marke von SI e.V.

Page 54: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 55

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist

eine

offene

Technologie

Gründung: November 2003•

Aufgaben: Unterstützung, Weiterentwicklung

und

Verbreitung

der

EtherCAT Technologie•

Die mittlerweile

größte

Industrial Ethernet Vereinigung

Mehr

als

1000* Mitgliedsfirmen

aus 45 Länder

und 6 Kontinenten:

Gerätehersteller

Anwender

Technologie-Anbieter

Mitgliedschaft

ist

offen

für

jeden

*Stand: April 2009

Page 55: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 56

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist

eine

offene

Technologie

Das Protokoll ist vollständig offengelegt:–

EtherCAT ist IEC, ISO und SEMI Standard (IEC 61158, IEC 61784, ISO 15745, SEMI E54.20)

Slave Controller von verschiedenen Herstellern verfügbar•

Slave Controller gewährleistet Interoperabilität

ETG organisiert Interoperabilitäts-Tests

(„Plug

Fests“), Workshops und Seminare, Konformitäts-Tests und stellt Zertifikate aus

Page 56: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 57

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT ist

eine

offene

Technologie

Master Stacks

für verschiedene Echtzeitbetriebssysteme verfügbar*, inklusive Open / Shared

Source!

eCos–

Intime–

Linux

mit RT-Preempt–

MICROWARE OS-9–

On Time RTOS-32–

PikeOS–

Proconos

OS–

Real-Time

Java–

RMOS–

RT Kernel–

RT-Linux–

RTXC Quadros–

RTAI Linux–

QNX–

VxWin

+ CeWin–

VxWorks–

Windows CE–

Windows XP/XPE mit CoDeSys

SP RTE–

Windows XP/XPE mit TwinCAT Echtzeit-Erweiterung–

XENOMAI Linux

*Stand Mai 2009

Page 57: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 58

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Technology Group und IEC

Management Board der

IEC hat Liaison der

EtherCAT Technology Group mit

IEC SC65C WG 11/12/13 +

JWG10 bestätigt

(SC65C: Digital Communication)

ETG ist

somit

offizieller

Normungspartner

der

IEC

Page 58: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 59

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

ETG Team Weltweit

ETG Büro

Nordamerika

Austin, TX

ETG Hauptsitz

Deutschland

Nürnberg

ETG Büro

China

Beijing

ETG Büro

Japan

Tokyo

ETG Büro

Korea

Seoul

Page 59: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 60

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

ETG Mitglieder

Entwicklung

Stand April 2009: 1000 Mitgliedsfirmen

Nov

-03

May

-04

Nov

-04

May

-05

Nov

-05

May

-06

Nov

-06

May

-07

Nov

-07

May

-08

Nov

-08

May

-09

3359 89117136169188214

240285

321357

404458

515575

634696

766820

881940

1000

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Page 60: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 61

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Mitglieder

von 45* Ländern, 6 Kontinenten

Österreich

Ungarn

Spanien

Kroatien

Großbritannien

LiechtensteinIndien

Schweden

Tschechische Republik

USA

Niederlande

Weißrussland

Israel

Schweiz

Dänemark

Russland

BelgienAustralien

Korea

Ukraine

Deutschland

China

Slowenien

Japan

Türkei

Frankreich

Kanada

Slowakei

Italien

Taiwan

Finnland

Singapur

Brasilien

Süd AfrikaSerbien

Norwegen

Griechenland

Polen

Thailand

Portugal RumänienMexiko

Bosnien und Herzegovina

Litauen

Neuseeland

*Stand April 2009

Page 61: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 62

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

ETG: Aktive Mitglieder

Wichtiger

als

die Mitgliederzahl: Wie

viele

sind

aktiv, wie

viele implementieren

die Technologie?

Dezember

2008: Mehr

als

690 Implementatierungs-Kits

an ETG Mitgleider

verkauft

(25% Master, 75% Slaves), und es

gibt

noch

Open + Shared Source Master!•

SPS/IPC/Drives 2008: 60 Aussteller

mit

mehr

als

180

verschiedenen

EtherCAT Geräten

auf dem

ETG Messestand:–

25 verschiedene

Antriebe

von

16 unterschiedlichen

Herstellern

in einem

EtherCAT Netzwerk

in Funktion–

15 verschiedene

Master in

einem

Aufbau

mit

10

verschiedenen

Betriebs-

systemen

in Funktion–

Sichere

Geräte

(Master + Slaves) von 2 verschiedenen

Herstellern

in einem

EtherCAT

Netzwerk

in Funktion–

Master zu

Master and

Redundanz

Live Demo

Page 62: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 63

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT: Große Anzahl an Produkten

E/A, Controller, HMI, Servo-Antriebe, FrequenzumrichterSensoren, Slave + Master Entwicklungs-Kits

Control Panels, Hydraulikventileund Pneumatikventile,

Page 63: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 64

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Konformität und Interoperabilität

Konformität und Interoperabilität

sind wichtige Faktoren für den Erfolg einer Kommunikations-Technologie–

Konformität zur Spezifikation ist eine Pflicht gegenüber allen Nutzer der Technologie

Hierzu wird das EtherCAT Conformance

Test Tool

(CTT)

verwendet–

Test-Szenarios für das CTT werden von der Working

Group

„Conformance“

innerhalb der ETG Gemeinschaft entwickelt–

Der EtherCAT Conformance

Test

prüft offiziell die

Konformität bei einem akkreditierten EtherCAT Test Center (ETC)

Bei erfolgreichem Conformance

Test stellt die ETG ein

Zertifikat aus, welches die Konformität bestätigt

Page 64: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 65

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Eigenschaften

(1)

Safety-over-EtherCAT (FSoE) definiert

einen

sicheren Kommunikationslayer

für

die Übertragung

von sicheren

Prozessdaten

zwischen

Safety-over-EtherCAT Geräten•

FSoE ist

eine

offene

Technology innerhalb

der

EtherCAT

Technology Group (ETG)•

Das Protokol

ist

gemäß

der

IEC 61508 entwickelt

Geeignet

bis

Safety Integrity Level (SIL) 3

Restfehlerwahrscheinlichkeit

R(p) < 10-9 /h

Protokoll-Spezifikation

durch

den TÜV Süd

Rail GmbH geprüft

und bestätigt

Zertifizierte

Produkte

mit

Safety-over-EtherCAT sind

seit 2005 verfügbar

und seit

2006 im

Einsatz

Page 65: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 66

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Eigenschaften

(2)

FSoE Frame wird

in die zyklischen

PDO gemappt–

Minimale

FSoE Framelänge: 6 Byte

Maximale

FSoE Ramenlänge: Abhängig

von der

Anzahl

der

sicheren

Prozessdaten

der

Slave Geräte–

Deshalb

eignet

sich

das Protokoll

für

sichere

E/A, wie

auch

für

funktionale

Sicherheit

bei

Antrieben•

Übertragung

der

sicheren

Daten

wird

vom

FSoE Master

zum

FSoE Slave sowie

in entgegengesetzter

Richtung bestätigt

Sichere

Geräteparameter

können

während

des Aufstartens

der

sicheren

Verbindung

vom

Master in den

Slave geschrieben

werden

Page 66: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 67

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Eigenschaften

(3)

Die FSoE-Spezifikation

enthält

keine

Einschränkungen bezüglich:

Kommunikationsmedium: Das Kommunikationsmedium

geht

nicht

in die Berechnung

mit

ein “Schwarzer Kanal”(angenommene Rest-Bitfehlerrate: p = 10-2/Stunde

Übertragungsrate: In der

Berechnung

der

Restfehlerwahrscheinlichkeit

kürzt

sich

die Übertragungsrate

raus–

Länge

der

sicheren

Prozessdaten:

Die Länge

der

sicheren

Prozessdaten

ist

beliebig

Page 67: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 68

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Weiterleitung

Weiterleitung

über

unsichere

Gateways möglich•

Weiterleitung

über

Feldbusse

möglich

Eine

Sicherheitstechnologie

für

die meisten (Feld)Bus-Systeme

Page 68: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 69

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Software-Architektur

Ansatz: EtherCAT wird

als

“Schwarzer

Kanal”

betrachtet–

Sichere

und “unsichere”

Daten

auf einer

Leitung

Gerät

1

EtherCAT Protokoll

Safety-over-EtherCATProtokoll

Sicherheits

Anwendung

StandardAnwendung

EtherCAT Telegramm

Container mit

sicheren

Prozessdaten

und notwendiger

Datensicherung

(FSoE

Frame)

Gerät

2

Safety-over-

EtherCATProtokoll

Sicherheits

Anwendung

StandardAnwendung

EtherCAT Protokoll

Safety-over-EtherCAT

EtherCATDLL und AL

Page 69: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 70

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Hardware-Architektur

Einkanalige

Übertragung–

Modell

A entsprechend

der

IEC 61784-3 Anhang

A

Controller A

Safety

Protocol

Controller B

Safety

Protocol

Gerät

2

Controller B

FSoE

Protokoll

Controller A

FSoE

ProtokollController A

Safety

Protocol

Controller B

Safety

Protocol

Gerät

1

Controller A

FSoE

Protokoll

Controller B

FSoE

Protokoll

PHY

Trafo Trafo

PHY

EtherCAT Slave Controller

PHY

Trafo Trafo

PHY

EtherCAT Slave Controller

RJ45 RJ45 RJ45 RJ45

Page 70: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 71

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Frame-Struktur

EtherCAT Telegramm

Safety-over-EtherCAT Frame•

Der

FSoE-Frame ist

ein

Datencontainer, welcher

in die Prozessdaten

des Gerätes

gemappt

wird•

Ein

neuer

FSoE-Frame wird

erkannt, wenn

sich

mindestens

ein

Bit im

Vergleich

zum

letzten

Frame geändert

hat•

Für

jeweils

2 Byte sichere

Daten

wird

eine

Checksumme

(CRC) von 2 Byte berechnet

Es können

beliebig

viele

sichere

Daten

übertragen

werden

CMD Sichere

Daten CRC_0 Sichere

Daten Conn

ID

Ethernet Header

EtherCATHeader 1. Datagramm 2. Datagramm FSC

Safety-over-EtherCAT Frame

CRC_1

n. Datagramm…

Page 71: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 72

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Fehlerbeherrschung

MaßnahmeFehler

Reihenfolge Watchdog Connection ID

CRC Berechnung

Unbeabsichtigte

Wiederholung

Verlust

Einfügen

Falsche

Reihenfolge

Datenverfälschung

Verzögerung

Maskerade

Wiederkehrende

Speicherfehler

Falsche

Weiterleitung

Page 72: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 73

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Systembeispiel

Dezentrale

Sicherheitslogik•

Standard SPS sorgt

für

den Datenaustausch

S

S

S

Standard SPS Sichere Eingänge

Sicherheitslogik

Sichere Ausgänge

Sichere AntriebeS

Page 73: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 74

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Safety-over-EtherCAT: Vorteile

Integrierte

Lösung:–

Sichere

und Standard-Kommunikation

auf einer

Leitung

Weniger

Schnittstellen

und Feldbus-Systeme•

Zentrale

Konfiguration, Diagnose und Wartung

für

sichere

und “unsichere”

E/A in einem

Tool•

Keine

Einschränkung

der

Datenlänge

Sicherheits-Applikationen

nutzt

die Vorteile

von EtherCAT:–

Hohe

Performance und kurze

Reaktionszeiten

Annähernd

unbeschränkte

Anzahl

von Teilnehmern

Große

Netzwerkausdehung

Optionale

Leitungsredundanz

Große

Flexibilität

durch

Hot-Connect Funktionalität

Page 74: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 75

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT: Hoch verfügbar

Kabel-

bzw. Leitungsredundanz–

2ter Ethernet Port im

Master ausreichend

Gerätetausch

bei

laufendem

Netzwerk•

Hot Connect von Netzwerksegmenten

Master-Redundanz

mit

Hot-Stand-By

Master

Hot Connect

Gruppe

Page 75: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 76

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- VielseitigSlave N

Ohne Redundanz: Normalbetrieb

EtherCAT Master

MAC 1

RX TX

TX UnitTX

RX UnitRX

Slave 2

RX TX

RXTX

Slave 1

RX TX

RXTX

RX TX

RXTX

☺☺

... ...

Page 76: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 77

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- VielseitigSlave 2

RX TX

RXTX

Slave 1

RX TX

RXTX

EtherCAT Master

MAC 1

RX Unit TX Unit

Ohne Redundanz: Kabelbruch

RX TX

TXRX

☺☺Slave N

RX TX

RXTX...

Slave N-1

RX TX

RXTX...

Page 77: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 78

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- VielseitigSlave 2

RX TX

RXTX

Slave 1

RX TX

RXTX

EtherCAT Master

MAC 1

RX Unit TX Unit

Ohne Redundanz: Teilnehmerausfall

RX TX

TXRX

☺☺Slave N

RX TX

RXTX...

Slave N-1

RX TX

RXTX...

Slave N-2

RX TX

RXTX

Page 78: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 79

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- VielseitigSlave 2

RX TX

RXTX

☺Slave 1

RX TX

RXTX

☺Slave N

RX TX

RXTX...

EtherCAT Master

MAC 1 MAC 2

RX Unit TX Unit

Mit Redundanz: Normalbetrieb

...

RX TX RX TX

TXRX

2. EthernetPort im Master ausreichend –Keine spezielle

Karte notwendig

Page 79: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 80

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- VielseitigSlave N

RX TX

RXTX

Slave N-1

RX TX

RXTX

Slave 2

RX TX

RXTX

Slave 1

RX TX

RXTX...

EtherCAT Master

MAC 1 MAC 2

Mit Redundanz: Kabelbruch

RX TX RX TX

RX Unit TX UnitTXRX

☺ ☺

...

Page 80: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 81

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- VielseitigSlave N

RX TX

RXTX

Slave N-1

RX TX

RXTX

Slave 2

RX TX

RXTX

Slave 1

RX TX

RXTX...

EtherCAT Master

MAC 1 MAC 2

Mit Redundanz: Teilnehmerausfall

RX TX RX TX

RX Unit TX UnitTXRX

☺ ☺

...

Slave N-2

RX TX

RXTX

Page 81: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 82

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT: vielseitige Systemarchitektur

Master zu Slave•

Slave zu Slave

Master zu Master

Switch

Switchport

Gateways

M2M

S2S

M2S

M2S

Master

Master

Page 82: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 83

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT und drahtlose Kommunikation

Drahtlose Geräte können mittels Switchport

angeschlossen werden

Drahtloses Segement

beeinflusst nicht die EtherCAT Kommunikation

Protokoll: EtherCAT Automation Protocol–

„Pushed

and/or

Polled“

Prozessdatenaustausch•

Drahtloses Segment ist transparent für den Master

EtherCAT Automation Protocol

SwitchportMaster

z.B. RFID Lesegerät

Page 83: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 84

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

Warum entscheiden sich Anwender für EtherCAT?

Überragende

Performance–

EtherCAT ist

die schnellste

Industrial Ethernet Technologie

Niedrige

Kosten–

Günstige

Implementierung

und Infrastruktur-Komponenten

Flexible Topologie–

Vorteilte

nicht

nur

für

weit

verteilte

Anwendungen

Einfache

Handhabung–

Einfache

Konfiguration, Wartung

und Diagnose

Funktionale

Sicherheit–

Sichere

Datenübertragung

integrierbar

Produktvielfalt–

Große

Vielfalt

von verfügbaren

EtherCAT Geräten

Page 84: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 85

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Applikationsfelder

Schnelle Applikation, z.B.:–

Verpackungsmaschinene

Schnelle Pressen

Spritzgußmaschinen

Holzbearbeitungsmaschinen

Werkzeugmaschinen (CNC)

Teststände

Robotik

Verteilte Applikationen, z.B.:–

Fördertechnik

Logistik

Messdatenerfassung

Page 85: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 86

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT Applikationsfelder

Wegen

preiswerter

Masteranschaltung

und einfacher Verdrahtung

eignet

sich

EtherCAT ebenso

für:

Kleine

Embedded Controller

Kleine

SPSen

Jede

PC-basierte

Steuerungsapplikation

Mit

oder

ohne

Echtzeitanforderung

EtherCAT ermöglicht

Feldbus-Anwendungen, wo

heute aus

wirtschaftlichen

Gründen

nur

direkt

verkabelt

wird!

Page 86: Der Ethernet Feldbus. - · PDF file- Industrial Ethernet - Flexibler zu verdrahten - Einfacher zu konfigurieren - Kostengünstiger - Einfacher zu implementieren-Bewährt - Offen -

© EtherCAT Technology Group, 2009 87

EtherCAT ist:

- Schneller

- Genau

- Industrial Ethernet

- Flexibler zu verdrahten

- Einfacher zukonfigurieren

- Kostengünstiger

- Einfacher zu implementieren

- Bewährt

- Offen

- Konform

- Sicher

- Hoch verfügbar

- Vielseitig

EtherCAT -

Der Ethernet Feldbus.

Bitte besuchen Sie www.ethercat.org

für weitere Informationen

EtherCAT Technology GroupOstendstr. 196

90482 Nürnberg, DeutschlandTelefon: +49 (0)911 54056 20

[email protected]