EtherCAT Ultra high-speed for automation

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1 EtherCAT Ultra high-speed for automation EtherCAT 270 Highlights Ethernet bis in die Klemme vollständige Durchgängigkeit das Ethernet-Prozessinterface, skalierbar von 1 Bit bis 64 kbyte die erste wirkliche Ethernet-Lösung für die Feldebene exaktes Timing und synchronisierbar Performance 256 Digital-I/Os in 12 µs Digital-I/Os in 30 µs 200 Analog-I/Os (16 Bit) in 50 µs, entspricht 20-kHz-Sampling-Rate 100 Servoachsen alle 100 µs Digital-I/Os in 350 µs Topologie Linien-, Baum- oder Sterntopologie bis zu Teilnehmer in einem Netzwerk Netzwerkausdehnung: nahezu unbeschränkt (> 500 km) Betrieb mit und ohne Switche kostengünstige Verkabelung: Industrial-Ethernet-Patchkabel (CAT 5) Übertragungsphysik: Twisted-Pair: Ethernet 100BASE-TX, bis 100 m zwischen 2 Teilnehmern oder: Lichtwellenleiter-Varianten, bis zu 20 km zwischen 2 Slaves Hot-Connect/Disconnect von Bussegmenten Adressraum netzwerkweites Prozessabbild: 4 Gigabyte Teilnehmerprozessabbild: 1 Bit bis 64 kbyte Adresszuordnung: frei konfigurierbar Adresseinstellung Teilnehmer: automatisch per Software Protokoll optimiertes Protokoll direkt im Ethernet-Frame vollständig in Hardware implementiert für Routing und Socket-Interface: UDP-Datagramm Verarbeitung im Durchlauf Distributed-Clocks für präzise Synchronisation Time-Stamp-Data-Types für Auflösung im Nanosekundenbereich Oversampling-Data-Types für hochauflösende Messungen Diagnose Bruchstellenerkennung ständige Quality-of-Line -Messung ermöglicht exakte Lokalisierung von Übertragungsstörungen Topology View Schnittstellen Switchport-Klemme für Standard-Ethernet-Geräte Feldbusklemmen für Feldbusgeräte dezentrale serielle Schnittstellen Kommunikationsgateways Gateway zu anderen EtherCAT-Systemen Offenheit vollständig Ethernet-kompatibel Betrieb an Switchen und Routern möglich auch Mischbetrieb mit anderen Protokollen Internettechnologien (Webserver, FTP etc.) kompatibel zum bestehenden Busklemmenprogramm offen gelegtes Protokoll EtherCAT ist IEC-, ISO- und SEMI-Standard. Kostenvorteile kein Netzwerktuning mehr: niedrige Engineering-Kosten harte Echtzeit mit Software-Master: Verzicht auf Einsteckkarten keine aktiven Infrastruktur-Komponenten (Switche etc.) erforderlich Ethernet-Kabel- und Steckerkosten: niedriger als beim Feldbus EtherCAT bis in die I/O-Klemme: keine aufwändigen Buskoppler mehr niedrige Anschaltkosten dank hochintegrierter EtherCAT Slave Controller EtherCAT Technology Group internationales Firmenkonsortium umfasst Anwender und Hersteller unterstützt Technologieentwicklung gewährleistet Interoperabilität Integration und Entwicklung von Geräteprofilen BECKHOFF New Automation Technology Technische Änderungen vorbehalten

2 EtherCAT Protokollbearbeitung vollständig in Hardware Protokoll-ASICs flexibel konfigurierbar. Prozessinterface von 1 Bit bis 64 kbyte. 271 Ethernet for Control Automation Technology Echtzeit-Ethernet: Ultra-Highspeed bis zur Klemme Überragende Performance, flexible Topologie und einfache Konfiguration kennzeichnen EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology), die Echtzeit-Ethernet-Technologie von Beckhoff. Wo herkömmliche Feldbussysteme an ihre Grenzen kommen, setzt EtherCAT neue Maßstäbe: verteilte I/Os in 30 µs; nahezu unbeschränkte Netzwerkausdehnung und, dank Ethernet- und Internettechnologien, optimale vertikale Integration. Mit EtherCAT kann die aufwändige Ethernet-Sterntopologie durch eine einfache Linien- oder Baumstruktur ersetzt werden teure Infrastrukturkomponenten entfallen. Dabei können beliebige Ethernet-Geräte via Switchport integriert werden. Während andere Echtzeit-Ethernet- Ansätze spezielle Anschaltungen in der Steuerung erfordern, kommt EtherCAT mit äußerst kostengünstigen Standard- Ethernet-Schnittstellen im Master aus. Funktionsprinzip Es gibt viele verschiedene Ansätze, mit denen Ethernet echtzeitfähig gemacht werden kann: So wird z. B. das Zugriffsverfahren CSMA/CD durch überlagerte Protokollschichten außer Kraft gesetzt und durch ein Zeitscheibenverfahren oder durch Polling ersetzt. Andere Vorschläge sehen spezielle Switche vor, die Ethernet-Telegramme zeitlich präzise kontrolliert verteilen. Diese Lösungen mögen Datenpakete mehr oder weniger schnell und exakt zu den angeschlossenen Ethernet-Knoten transportieren jedoch ist die Bandbreitennutzung speziell bei typischen Automatisierungsgeräten sehr gering, da auch für kleinste Datenmengen stets ein vollständiger Ethernet-Rahmen verschickt werden muss. Zudem sind die Zeiten, die für die Weiterleitung zu den Ausgängen oder Antriebsreglern und für das Einlesen der Eingangsdaten benötigt werden, stark implementierungsabhängig. Speziell bei modularen I/O-Systemen kommt hier in der Regel noch ein Sub-Bus hinzu, der wie der Beckhoff-K-Bus zwar synchronisiert und schnell sein kann, jedoch grundsätzlich kleine Verzögerungen zur Kommunikation hinzufügt. Mit der EtherCAT-Technologie überwindet Beckhoff diese prinzipiellen Begrenzungen anderer Ethernet-Lösungen: Das Telegramm wird nicht mehr in jeder Anschaltung zunächst empfangen, dann interpretiert und die Prozessdaten weiter kopiert. Der EtherCAT Slave Controller in jedem Teilnehmer bis hinunter zur I/O- Klemme entnimmt die für das Gerät bestimmten Daten, während das Telegramm durchläuft. Ebenso werden Eingangsdaten im Durchlauf in den Datenstrom eingefügt. Die Telegramme werden, bei einer Verzögerung um nur wenige Nanosekunden, bereits weitergeschickt. Der Slave erkennt für sich bestimmte Kommandos und führt sie entsprechend aus. Der Vorgang findet hardwareimplemen tiert im Slave Controller statt und ist daher unabhängig von den Softwarelaufzeiten der Protokollstacks oder der Prozessorleistung. Der letzte EtherCAT-Slave im Segment schickt das bereits vollständig verarbeitete Telegramm zurück, sodass es vom ersten Slave quasi als Antworttelegramm zur Steuerung gesendet wird. Aus Ethernet-Sicht ist ein EtherCAT- Bussegment nichts anderes als ein einzelner großer Ethernet-Teilnehmer, der Ethernet- Telegramme empfängt und sendet. Innerhalb des Teilnehmers befindet sich aber nicht ein einzelner Ethernet-Controller mit nachgeschaltetem µ-prozessor, sondern eine Vielzahl von EtherCAT-Slaves. Wie bei jedem anderen Ethernet-Teilnehmer auch, kann eine direkte Kommunikation ohne Switch aufgebaut werden, wodurch ein reines EtherCAT- System entsteht. Ethernet bis in die Klemme Das Ethernet-Protokoll bleibt bis in jeden Teilnehmer und damit bis in die einzelne I/O-Klemme erhalten, der Sub-Bus entfällt. Lediglich die Übertragungsphysik wird im Koppler von 100BASE-TX oder -FX auf E-Bus gewandelt, um den Anforderungen der elektronischen Reihenklemme gerecht zu werden. Die E-Bus-Signalform (LVDS) innerhalb der Klemmenreihe wird bei Ethernet z. B. auch für 10-GBit-Ethernet genutzt. Am Ende der Klemmenreihe wird die Busphysik wieder auf 100BASE-TX-Standard gewandelt. Als Hardware in der Steuerung kommen der bereits vorhandene Ethernet-Controller Technische Änderungen vorbehalten BECKHOFF New Automation Technology

3 EtherCAT 272 EtherCAT Slave Controller (ESC) EtherCAT ist nicht nur außer halb des I/O-Gerätes schneller, sondern auch innerhalb: Digitale I/Os werden direkt vom ESC bedient, ohne Verzögerungen durch lokale Firmware und unabhängig von der installierten µc-performance. oder sehr preiswerte, handelsübliche Standardnetzwerk-Interfacekarten (NIC) zum Einsatz. Der Datentransfer zum PC erfolgt per DMA (Direct-Memory-Access): Dadurch wird keine CPU-Performance für den Netzwerkzugriff abgezweigt. Dieses Prinzip verwenden auch die Beckhoff-Multiportkarten, die bis zu vier Ethernet-Kanäle auf einem PCI-Steckplatz bündeln. 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-Rahmen 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. Struktur und Bedeutung der Parameter werden durch die Geräteprofile nach CANopen vorgegeben, die für eine große Vielfalt von Geräteklassen und Anwendungen definiert sind. Zudem unterstützt EtherCAT auch das Servoprofil nach IEC Dieses ist auch unter dem Namen SERCOS bekannt und für Motion-Control-Anwendungen weltweit anerkannt. EtherCAT eignet sich, neben dem Datenaustausch nach dem Master/Slave-Prinzip, auch hervorragend für die Kommunikation zwischen Steuerungen (Master/Master). Mit frei adressierbaren Netzwerkvariablen für Prozessdaten und vielfältigen Diensten für Parametrierung, Diagnose, Programmierung und Fernsteuerung wird das ganze Anforderungsspektrum abgedeckt. Dabei sind die Datenschnittstellen bei Master/Slave- und Master/Master-Kommunikation identisch. Performance Mit EtherCAT werden neue Dimensionen in der Netzwerk-Performance erreicht. Die Update-Zeit für die Daten von verteilten Ein-/Ausgängen beträgt nur 30 µs einschließlich Klemmendurchlaufzeit. Mit einem einzigen Ethernet-Frame können bis zu Byte Prozessdaten ausgetauscht werden das entspricht fast digitalen Ein- und Ausgängen. Für die Übertragung dieser Datenmenge werden dabei nur 300 µs benötigt. Die Kommunikation mit 100 Servoachsen erfolgt alle 100 µs. Mit dieser Zykluszeit werden alle Achsen mit Sollwerten und Steuerdaten versehen und melden jeweils ihre Istposition und ihren Status. Durch das Distributed-Clocks-Verfahren können die Achsen mit einer Abweichung von deutlich weniger als einer Mikrosekunde synchronisiert werden. Vom Master Zum Master Telegrammbearbeitung vollständig in Hardware Die extrem hohe Performance der EtherCAT- Technologie ermöglicht Steuerungs- und Regelungskonzepte, die mit klassischen Feld - bussystemen nicht realisierbar waren. So können auch sehr schnelle Regelkreise über den Bus geschlossen werden. Funktionen, die bislang dedizierte lokale Hardwareunterstützung benötigten, lassen sich nun in Software abbilden. Die enorme Bandbreite erlaubt es, zu jedem Datum z. B. auch Statusinformationen zu übertragen. Mit EtherCAT steht eine Kommunikationstechnologie zur Verfügung, die der überlegenen Rechenleistung moderner Industrie-PCs entspricht. Das Bussystem ist nicht mehr der Flaschenhals im Steuerungskonzept. Verteilte I/Os werden schneller erfasst, als dies mit den meisten lokalen I/O- Schnittstellen möglich ist. BECKHOFF New Automation Technology Technische Änderungen vorbehalten

4 IPC EtherCAT Freiheit bei der Topologiewahl Maximale Flexibilität bei der Verdrahtung: mit und ohne Switch, Linien- und Baumtopologien frei wähl- und kombinierbar. Die Adressvergabe erfolgt automatisch, IP-Adresseinstellung überflüssig. 273 Die Vorteile dieser Netzwerk-Performance werden auch bei kleinen Steuerungen mit vergleichsweise moderater Rechenleistung deutlich. Der EtherCAT-Zyklus ist so schnell, dass er zwischen zwei Steuerungszyklen ausgeführt werden kann. Damit stehen der Steuerung stets aktuellste Eingangsdaten zur Verfügung und die Ausgänge werden mit minimaler Verzögerung angesprochen. Das Reaktionsverhalten der Steuerung verbessert sich erheblich, ohne dass die Rechenleistung selbst erhöht wurde. Das EtherCAT-Technologieprinzip ist skalierbar und nicht an die Baudrate von 100 MBaud gebunden eine Erweiterung auf GBit-Ethernet ist möglich. EtherCAT statt PCI Mit der fortschreitenden Verkleinerung der PC-Komponenten wird die Baugröße von Industrie-PCs zunehmend von der Anzahl der benötigten Steckplätze bestimmt. Die Bandbreite von Fast-Ethernet, zusammen mit der Datenbreite der EtherCAT-Kommunikationshardware (EtherCAT Slave Controller), ermöglicht hier neue Wege zu gehen: Klassisch im IPC vorgesehene Schnittstellen werden in intelligente Schnittstellenklemmen am EtherCAT-System ausgelagert. Über einen einzigen Ethernet-Port im PC können dann, neben den dezentralen I/Os, Achsen und Bediengeräten, auch komplexe Systeme, wie Feldbusmaster, schnelle serielle Schnittstellen, Gateways und andere Kommunikationsinterfaces, angesprochen werden. Selbst weitere Ethernet-Geräte mit beliebigen Protokollvarianten lassen sich über dezentrale Switchport-Klemmen anschließen. Der zentrale IPC wird kleiner und damit kostengünstiger; eine Ethernet-Schnittstelle genügt zur kompletten Kommunikation mit der Peripherie. Topologie Linie, Baum oder Stern: EtherCAT unter stützt nahezu beliebige Topologien. Die von den Feldbussen her bekannte Bus- oder Linienstruktur wird damit auch für Ethernet verfügbar. Besonders praktisch für die An lagenverdrahtung ist die Kombination aus Linien und Abzweigen bzw. Stichleitungen. Die benötigten Schnittstellen sind auf den Kopplern vorhanden; zusätzliche Switche werden nicht benötigt. Natürlich kann aber auch die klassische Ethernet-Sterntopologie mit Abzweigklemmen eingesetzt werden. Die maximale Flexibilität bei der Verdrahtung wird durch die Auswahl verschiedener Leitungen vervollständigt. Flexible und preiswerte geschirmte Industrial-Ethernet-Feldbuskabel übertragen die Signale auf Ethernet-Art (100BASE-TX) bis zu 100 m zwischen zwei Teilnehmern. Die gesamte Bandbreite der Ethernet-Vernetzung wie verschiedenste Lichtleiter und Kupferkabel kann in der Kom - bination mit Switchen und Medien umsetzern zum Einsatz kommen. Für jede Leitungsstrecke kann die Signalvariante individuell ausgewählt werden. Da bis zu Teilnehmer angeschlossen werden können, ist die Netzausdehnung nahezu unbeschränkt. Distributed-Clocks Der exakten Synchronisierung kommt immer dann eine besondere Bedeutung zu, wenn räumlich verteilte Prozesse gleichzeitige Ak tionen erfordern. Das kann z. B. bei Applikationen der Fall sein, in denen mehrere Servoachsen gleichzeitig koordinierte Bewegungen ausführen. Der leistungsfähigste Ansatz zur Synchronisierung ist der exakte Abgleich verteilter Uhren. Im Gegensatz zur vollsynchronen Kommunikation, deren Synchronisationsqualität bei Kommunikationsstörungen sofort leidet, verfügen verteilte, abgeglichene Uhren über ein hohes Maß an Toleranz gegenüber möglichen, störungsbedingten Verzögerungen im Kommunikationssystem. Bei EtherCAT basiert der Datenaustausch vollständig auf einer reinen Hardwaremaschine. Da die Kommunikation eine logische (und dank Vollduplex-Fast-Ethernet auch physikalische) Ringstruktur nutzt, kann die Mutter-Uhr den Laufzeitversatz zu den einzelnen Tochter-Uhren einfach und exakt ermitteln und umgekehrt. Auf Basis dieses Wertes werden die verteilten Uhren nachgeführt, und es steht eine hochgenaue, netzwerkweite Zeitbasis zur Verfügung, deren Jitter deutlich unter einer Mikrosekunde beträgt. Hochauflösende verteilte Uhren dienen aber nicht nur der Synchronisierung, sondern können auch exakte Informationen zum lokalen Zeitpunkt der Datenerfassung liefern. Dank neuer, erweiterter Datentypen lässt sich Technische Änderungen vorbehalten BECKHOFF New Automation Technology

5 M Δt S IPC S S S S S S EtherCAT 274 Distributed-Clocks Dezentrale absolute Systemsynchronisation für CPU, I/O und Antriebsgeräte. ein Messwert mit einem hochgenauen Zeitstempel versehen. Hot-Connect Viele Applikationen erfordern eine Änderung der I/O-Konfiguration während des Betriebes. Beispiele sind Bearbeitungszentren mit wechselnden, sensorbestückten Werkzeugsystemen, Transfereinrichtungen mit intelligenten, flexiblen Werkstückträgern oder Druckmaschinen, bei denen einzelne Druckwerke abgeschaltet werden. Die Protokollstruktur des EtherCAT-Systems trägt diesen Anforderungen Rechnung: Die Hot- Connect-Funktion erlaubt es, Teile des Netzwerkes im laufenden Betrieb an- und abzukoppeln, umzukonfigurieren und so flexibel auf wechselnde Ausbaustufen zu reagieren. Hochverfügbarkeit Erhöhten Anforderungen an Anlagenverfügbarkeit wird mit optionaler Leitungsredundanz Rechnung getragen, die auch Gerätetausch im laufenden Netzwerk ermöglicht. Auch redundante Master mit Hot-Stand-by-Funktionalität werden von EtherCAT unterstützt. Da die EtherCAT Slave Controller das Frame bei Unterbrechung automatisch sofort zurückschicken, führt ein Teilnehmerausfall nicht zum Stillstand des gesamten Netzwerkes. So lassen sich beispielsweise Schleppketten-Applikationen gezielt als Stichleitungen ausführen, um für Kabelbruch gewappnet zu sein. Safety-over-EtherCAT Zur Realisierung einer sicheren Datenübertragung für EtherCAT ist das Protokoll Safetyover-EtherCAT offen gelegt. Das Protokoll hält die Anforderungen der IEC bis zum Safety-Integrity-Level (SIL) 3 und der IEC ein; dies wurde vom TÜV bestätigt. EtherCAT wird als einkanaliges Kommunikationssystem genutzt; das Transportmedium wird dabei als Black Channel betrachtet und nicht in die Sicherheitsbetrachtung einbe zogen. Damit ist das Proto koll auch geeignet, über andere Kommunikationssysteme, Backplanes oder WLAN über tragen zu werden. Der Über tragungszyklus kann beliebig kurz gewählt werden, ohne die Restfehlerwahrscheinlichkeit zu beeinflussen. Der zyklische Austausch der sicheren Daten zwischen einem Safety-over-EtherCAT-Master und einem Safety-over-EtherCAT-Slave wird als Connection bezeichnet, die über einen Watchdog-Timer überwacht wird. Ein Master kann mehrere Connections zu verschiedenen Slaves aufbauen und überwachen. Diagnose Verfügbarkeit und Inbetriebnahmezeiten und damit die Gesamtkosten hängen entscheidend von der Diagnosefähigkeit eines Netzwerkes ab. Nur eine schnell und präzise erkannte und eindeutig lokalisierbare Störung kann kurzfristig behoben werden. Deshalb wurde bei der Entwicklung des EtherCAT-Systems besonderer Wert auf vorbildliche Diagnoseeigenschaften gelegt. Bei der Inbetriebnahme gilt es zu prüfen, ob die Istkonfiguration der I/O-Klemmen mit der Sollkonfiguration übereinstimmt. Auch die Topologie sollte der Konfiguration entsprechen. Durch die eingebaute Topologieerkennung, bis hinunter zu den einzelnen Klemmen, kann nicht nur die Überprüfung beim Systemstart stattfinden auch ein automatisches Einlesen des Netzwerkes ist möglich (Konfigurations-Upload). Bitfehler in der Übertragung werden durch die Auswertung der CRC-Prüfsumme in jedem Teilnehmer zuverlässig erkannt. Neben der Bruchstellenerkennung und -lokalisierung erlauben Protokoll, Übertragungsphysik und Topologie des EtherCAT-Systems eine individuelle Qualitätsüberwachung jeder einzelnen Übertragungsstrecke. Die automatische Auswertung der entsprechenden Fehlerzähler ermöglicht die exakte Lokalisierung kritischer Netzwerkabschnitte. Schleichende oder wechselnde Fehlerquellen wie EMV- Einflüsse, fehlerhafte Steckverbindungen oder Kabelschäden werden erkannt und lokalisiert. EtherCAT-Komponenten Hardwareseitig ist die EtherCAT-Technologie z. B. in den untergebracht. Das I/O-System in Schutzart IP 20 basiert auf dem Gehäuse des bewährten Beckhoff-Busklemmensystems. Im Unterschied zu den Busklemmen, bei denen das Feldbussignal im Buskoppler auf den internen, feldbusunabhängigen Klemmenbus BECKHOFF New Automation Technology Technische Änderungen vorbehalten

6 IPC Ethernet HDR HDR 1 Data 1 HDR 2 Data 2 HDR n Data n CRC Logisches Prozessabbild: bis 4 GByte Subtelegramm 1 Subtelegramm 2 Subtelegramm n EtherCAT Protokollstruktur Die Prozessabbildzuordnung ist frei konfigurierbar. Daten werden direkt in der I/O-Klemme an die gewünschte Stelle im Prozessabbild kopiert: Zusätzliches Mapping ist überflüssig. Sehr großer Adressraum von 4 Gigabyte. 275 umgesetzt wird, bleibt das EtherCAT-Protokoll bis zur einzelnen Klemme vollständig erhalten. Neben den mit E-Bus-Anschluss lassen sich auch die bewährten Standard-Busklemmen mit K-Bus- Anschluss über den EtherCAT-Buskoppler BK1120 anschließen. Damit sind Kompatibilität und Durchgängigkeit zum bestehenden System gewährleistet; bestehende und zukünftige Investitionen werden geschützt. EtherCAT wird in weitere Beckhoff-Komponenten, wie die Feldbus Box in Schutzart IP 67, integriert. Die Erweiterungsmodule können direkt über die EtherCAT-Koppler- Box IL230x-B110 angeschlossen werden. Die EtherCAT-Box-Module, ebenfalls in Schutzart IP 67, verfügen hingegen über ein integriertes EtherCAT-Interface und können ohne Koppler Box direkt an ein EtherCAT- Netzwerk angeschlossen werden. Die Beckhoff Industrie-PCs, die Embedded-PCs der CX-Serie, die Control Panel mit Steuerungsfunktionalität sowie die Ethernet-PCI-Karten sind von Haus aus EtherCAT-tauglich. Auch die Beckhoff- Servo antriebe sind mit EtherCAT-Schnitt - stelle erhältlich. Offenheit Die EtherCAT-Technologie ist nicht nur vollständig Ethernet-kompatibel, sondern by design durch besondere Offenheit gekennzeichnet: Das Protokoll verträgt sich mit weiteren Ethernet-basierten Diensten und Protokollen auf dem gleichen physikalischen Netz in der Regel nur mit mini malen Einbußen bei der Performance. Beliebige Ethernet-Geräte können ohne Einfluss auf die Zykluszeit innerhalb des EtherCAT-Segments via Switchport-Klemme angeschlossen werden. Geräte mit Feldbusschnittstelle werden über EtherCAT-Feldbusmasterklemmen integriert. Die UDP-Protokollvariante lässt sich auf jedem Socket- Interface implementieren. Das EtherCAT- Protokoll ist vollständig offen gelegt und als offizielle IEC-Spezifikation anerkannt und erhältlich (IEC 61158, Typ 12). EtherCAT Technology Group In der EtherCAT Technology Group (ETG) haben sich Automatisierungsanwender und Gerätehersteller zusammengeschlossen, um die EtherCAT-Technologieentwicklung zu unterstützen. Im Konsortium ist eine große Bandbreite von Branchen und Anwendungsfeldern vertreten. So wird gewährleistet, dass die EtherCAT-Technologiefunktionen und -Schnittstellen ideal für vielfältigste Applikationen vorbereitet sind. Die Organisation sorgt dafür, dass sich EtherCAT einfach und kostengünstig in einer Vielfalt von Automatisierungsgeräten integrieren lässt und stellt auch die Interoperabilität der Implementierungen sicher. Die EtherCAT Technology Group ist offizielle IEC-Partnerorganisation für Feldbusnormung; die Mitgliedschaft steht jeder Firma offen. Weitere Informationen siehe Technische Änderungen vorbehalten BECKHOFF New Automation Technology

7 EtherCAT-Systemübersicht Flexible Topologie Ethernet TCP/IP IPC Automatisierungssuite, EtherCAT-Master EtherCAT 276 Bus/ Linie Industrial-Ethernet-Kabel (100BASE-TX) 100 m Lichtwellenleiter (100BASE-FX) m/ m E-Bus K-Bus BK1250 Baum/ Stern Feldbus-Integration BECKHOFF New Automation Technology Technische Änderungen vorbehalten

8 EtherCAT-Bridge IPC IPC EtherCAT 277 IPC EL6692 Kabelredundanz IPC Safety TwinSAFE-PLC Safety-Inputs/-Outputs Safety-Drives mit TwinSAFE-Optionskarten Technische Änderungen vorbehalten BECKHOFF New Automation Technology

9 EtherCAT bis in die Klemme: Das EtherCAT Protokoll bleibt bis in jeden Teilnehmer er halten, der Sub-Bus entfällt. Beliebige Ethernet-Geräte können dezentral über Switch klemmen angeschlossen werden. EtherCAT-Verlängerung: jeweils 100 m Abstand zwischen den I/O-Stationen möglich Kompakte TwinSAFE-SPS für bis zu 128 sicherheitsrelevante Busteilnehmer Die Netzausdehnung ist nahezu unbeschränkt, da bis zu Teilnehmer angeschlossen werden können. Embedded-PC mit direktem EtherCAT-Interface Feldbusgeräte werden durch dezentrale Feldbus-Master-/ Slaveklemmen integriert. kostengünstige Verkabelung: Standard-Ethernet-Kabel (min. CAT 5, geschirmt) Die vom Typ ES enthalten eine steckbare Anschluss ebene. 306 Beckhoff Das -System ist analog zu den Beckhoff Busklemmen ein modulares I/O-System, bestehend aus elektronischen Reihenklemmen. Im Unterschied zu den Busklemmen, bei denen das Feldbussignal im Buskoppler auf den internen, feldbusunabhängigen Klemmenbus umgesetzt wird, bleibt das EtherCAT-Protokoll bis zur einzelnen Klemme vollständig erhalten. Neben den mit E-Bus-Anschluss lassen sich auch die bewährten Standard- Busklemmen mit K-Bus-Anschluss über den EtherCAT-Buskoppler BK1120 anschließen. Damit sind Kompatibilität und Durchgängigkeit zum bestehenden System gewährleistet, bestehende und zukünftige Investitionen werden geschützt. Analog zu den Beckhoff Busklemmen passen sich die mit ihrer Außenkontur technisch perfekt den Abmessungen von Klemmenkästen an. Eine übersichtliche Anschlussfront mit Leuchtdioden für die Statusanzeige sowie die einsteckbare Kontakt - beschriftung sorgen für Klarheit vor Ort. Die 3-Leitertechnik, ergänzt durch einen Schutzleiteranschluss, ermöglicht die direkte Sensor-/Aktorverdrahtung. Freier Signalmix Für alle in der Automatisierungswelt vorkommenden digitalen und analogen Signalformen stehen entsprechende bereit. Feldbusgeräte für z. B. PROFIBUS, PROFINET, CANopen, DeviceNet, Interbus, IO-Link oder Lightbus werden über dezen - trale Feldbus-Master-/Slaveklemmen integriert. Das Auslagern der Feldbusmaster spart PCI-Slots im PC. Beliebige Ethernet- Geräte können dezentral über Switchport- Klemmen angeschlossen werden. Die feine Granularität der EtherCAT- Klemmen ermöglicht die bitgenaue Zusammenstellung der benötigten I/O-Kanäle. Die digitalen sind als 2-, 4-, 8- und 16-Kanal-Klemmen ausgeführt. Bei der 16-Kanal-Variante sind in einem Standardklemmengehäuse, auf einer Breite von nur 12 mm, digitale Ein- und Ausgangssignale ultrakompakt komprimiert. Die analogen Standardsignale V, 0 10 V, 0 20 ma und 4 20 ma sind Aufbau Die robusten Gehäuse, die sichere Kontaktierung sowie die solide Elektronik sind kennzeichnend für Beckhoff-Komponenten. Eine I/O-Station besteht aus dem EtherCAT- Koppler und nahezu beliebig vielen Klemmen. Da bis zu Teilnehmer angeschlossen werden können, ist die Netzausdehnung fast unbeschränkt. Die elektronischen Reihenklemmen werden an den EtherCAT-Koppler angesteckt. Die Kontaktierung erfolgt beim Einrasten, ohne einen weiteren Handgriff. Dabei bleibt jede Klemme einzeln austauschbar und lässt sich auf eine Normprofilschiene aufsetzen. Ethernet bis in die Klemme Vollduplex-Ethernet im Ring, ein Telegramm für viele Teilnehmer. Anschluss direkt am Standard-Ethernet-Port. BECKHOFF New Automation Technology Technische Änderungen vorbehalten

10 Die High-Density-Klemmen mit 16 Klemmstellen bieten auf 12 mm eine besonders hohe Packungsdichte. schraubenlose Anschlusstechnik in bewährter Federkraftklemmtechnik mit senkrechter Kabeleinführung Durch die Verwendung von Lichtwellenleitertechnik können Entfernungen bis zu 2.000/ m überbrückt werden. Safety integriert: TwinSAFE-I/O- Klemmen für den Anschluss von Sicherheitssensoren und -aktoren Reihenklemmenbauform B x H x T (mm): 12 x 100 x 68 Die Standardklemmen in der Ausführung EL enthalten Elektronik und Anschlussebene in einem Gehäuse. Der EtherCAT-Koppler EK1501 setzt die Telegramme im Durchlauf von der Ethernet-100BASE-FX- auf die E-Bus-Signaldarstellung um. 307 durchgängig als 1-, 2-, 4- und 8-Kanal- Variante in einem Standardgehäuse erhältlich. Flexible Anschlusstechnik Mit verschiedenen Anschlussoptionen bietet das system eine optimale Anpassung an die Anwendung. Die in der Ausführung ELxxxx enthalten Elektronik und Anschlussebene in einem Gehäuse. Im Unterschied dazu enthalten die vom Typ ESxxxx eine steckbare Anschlussebene. Im Servicefall erlauben die ES- Klemmen, die gesamte Verdrahtung als einen Stecker von der Gehäuseoberseite abzuziehen. Buskoppler für EtherCAT- Klemmensystem Die Buskoppler der Serie EKxxxx verbinden die herkömmlichen Feldbussysteme mit EtherCAT. Das ultraschnelle und leistungsfähige I/O-System mit einer großen Klemmenauswahl steht nun auch für andere Feldbus- und Industrial-Ethernet-Systeme zur Verfügung. EtherCAT ermöglicht einen sehr flexiblen Topologieaufbau. Durch die Ethernet-Physik können auch weite Dis tanzen überbrückt werden, ohne dass die Busgeschwindigkeit beeinflusst wird. Bei einem Wechsel in die Feldebene ohne Schaltschrank lassen sich auch die IP-67-EtherCAT-Box-Module (EPxxxx) mit den EKxxxx verbinden. Die EKxxxx- Bus koppler sind Feldbusslaves und beinhal - ten einen EtherCAT-Master für die EtherCAT- Klemmen. Über die entsprechenden Konfigurationstools der Feldbussysteme und die dazugehörigen Konfigurationsdateien, wie z. B. GSD, ESD oder GSDML, werden die EKxxxx genauso eingebunden, wie die Buskoppler der Serie BKxxxx. Die mit TwinCAT programmierbare Variante ist die Embedded- PC-Serie CX8000. EtherCAT-Topologie und -Systembeschreibung siehe Seite 264 Technische Änderungen vorbehalten BECKHOFF New Automation Technology

11 -Features EtherCAT bis in die Klemme: Das EtherCAT-Protokoll bleibt bis in jeden Teilnehmer er halten, der Sub-Bus entfällt. 310 Status-LEDs für die sichere Inbetriebnahme Reihenklemmenbauform B x H x T (mm): 12 x 100 x 68 Embedded-PC mit direktem E-Bus-Interface Investitionsschutz: Feldbusgeräte werden durch dezentrale Feldbus-Master-/Slaveklemmen integriert. Beliebige Ethernet- Geräte können dezentral über Switchportklemmen ange - schlossen werden. Kompatibilität und Durch gängigkeit: Neben den lassen sich auch die bewährten Standard-Busklemmen über den Buskoppler BK1120 anschließen. BECKHOFF New Automation Technology Technische Änderungen vorbehalten

12 Kostengünstige Verkabelung: Industrial-Ethernet-Kabel (min. CAT 5, geschirmt); Abstand zwischen I/O-Stationen bis zu 100 m. Die Netzausdehnung ist nahezu unbeschränkt, da bis zu Teilnehmer angeschlossen werden können. Die vom Typ ES enthalten eine steckbare Anschluss ebene. 311 Flexibilität bei der Verdrahtung: Linien- und Baumtopologien frei wähl- und kombinierbar. Die Adressvergabe erfolgt automatisch. Die Übertragungsphysik wird im EtherCAT- Koppler von Twisted-Pair (100BASE-TX) auf E-Bus gewandelt. Safety integriert: TwinSAFE-Klemmen ermöglichen den Anschluss von Sicher heits sensoren und -aktoren. Busklemmen Technische Änderungen vorbehalten BECKHOFF New Automation Technology

13 Beckhoff in 1-, 2-, 4-, 8- und 16-Kanal-Modularität EtherCAT-Koppler-Serie EK 312 Freier Signalmix: über 200 verschiedene für den Anschluss aller gängigen Sensoren und Aktoren Die mit 16 Klemmstellen bieten auf 12 mm eine besonders hohe Packungsdichte. Buskoppler, z. B. PROFIBUS, PROFINET EtherCAT-Motion-Klemmen für Schrittmotoren, Gleichstrommotoren oder Hydraulikventile Embedded-PC-Serie CX8000 mit integriertem Feldbusslave Optionale Feldbusintegration durch dezentrale Feldbus-Master-/Slaveklemmen Embedded-PC-Serie CX für SPS- und Motion-Control-Anwendungen BECKHOFF New Automation Technology Technische Änderungen vorbehalten

14 Kompakte Safety-SPS für TwinSAFE für bis zu 128 sicherheitsrelevante Busteilnehmer Power-over-EtherCAT- Abzweig Ultra-schnelle I/O-Klemmen für I/O-Response-Zeiten < 100 µs für Fast I/O, Oversampling und Time-Stamp / m LWL (100BASE-FX) 100 m Industrial- Ethernet- Kabel (100BASE-TX) Messtechnik basierend auf EtherCAT und XFC: ultra-schnelle, hochpräzise Messtechnik, Condition Monitoring, Energieüberwachung, Regelung IP-67-EtherCAT-Box Technische Änderungen vorbehalten BECKHOFF New Automation Technology