EtherCAT für die Fabrikvernetzung. EtherCAT Automation Protocol (EAP)

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1 EtherCAT für die Fabrikvernetzung EtherCAT Automation Protocol (EAP)

2 Inhalt sebenen Struktur Daten-Struktur 1. sebenen Feldebene (EtherCAT Device Protocol) Leitebene (EtherCAT Automation Protocol) 2. EAP EtherCAT Automation Protocol Protokollübertragung 3. EAP Betriebsarten Strukturierung 4. EAP Daten-Strukturierung Objektverzeichnisse EtherCAT für die Fabrikvernetzung 2

3 sebenen sebenen Struktur Daten-Struktur EtherCAT Automation Protocol Fabrbik-Netzwerk Feldbus-Netzwerk Betriebsleitebene (Prozess-) Leitebene Feldebene (Steuerung) Sensor / Aktor-Ebene SCADA Haupt-Computer HMI MES WLAN SPS SPS SPS Konfiguration/ Diagnose PDA Steuerungsebene Fern- Zugriff Führerlose Transportsysteme (AGV) EtherCAT Device Protocol (Bearbeitung im Durchlauf) EtherCAT für die Fabrikvernetzung 3

4 Anforderung in der Feldebene sebenen Struktur Daten-Struktur Hochgenaue Deterministik Master<>Slave Slave<>Slave Standard- Verkabelung Zykluszeit im µs-bereich Präzise Synchronisierung Kostengünstig Flexible Topologie EtherCAT für die Fabrikvernetzung 4

5 Feldebene EtherCAT Device Protocol sebenen Struktur Daten-Struktur Auch bekannt als das EtherCAT Protokoll Weit verbreitet Einsatz in der Feldebene, innerhalb der Maschine: z.b. E/A, Antriebstechnik, Messtechnik, Robotil Haupteigenschaften: Hochgenaue Deterministik Schnelle Zykluszeiten (<100µs) Präzise Synchronisierung (<100ns) Flexible Topologie, Standard Ethernet-Verkabelung Kostengünstig EtherCAT Frame Typ = 1 Auswertung in Hardware (ESC) Ethernet Header Ethernet Daten = EtherCAT Frame FCS DA SA EtherType ECAT Header EtherCAT Daten FCS 0x88A4 Länge Res. 1 Typ EtherCAT für die Fabrikvernetzung 5

6 Anforderungen in der Leitebene sebenen Struktur Daten-Struktur Anbindung an Leitebene Standard Ethernet- Infrastrukur-Komponenten Master<>Master Bedienung/ Diagnose Wireless: Konfiguration / Diagnose Bedienung/ Visualisierung Transportsysteme/ Logistik EtherCAT für die Fabrikvernetzung 6

7 Anforderungen in der Leitebene Randbedingungen sebenen Struktur Daten-Struktur Standard Ethernet-Schnittstellen und Infrastruktur- Komponenten Durchgängige Diagnose und Konfiguration Keine besonderen Anforderungen bezüglich Zykluszeit und Synchronisierung Zykluszeiten im Bereich von Millisekunden Verschiedene Übertragungskanäle: Fast Ethernet, Gigabit-Ethernet Wireless (Hochregal-Lager, Flurförderfahrzeuge) EtherCAT für die Fabrikvernetzung 7

8 Anforderungen in der Leitebene Randbedingungen sebenen Struktur Daten-Struktur Verbindungen zwischen: EtherCAT Master-Geräten (Master<>Master ) EtherCAT Master und der Visualisierung sowie Konfigurations-Tools (auch per Ferndiagnose von außen) Zugriff von der Leitebene auf alle Geräte in den EtherCAT-Netzwerken: Zugriff durch Konfigurations-Tools Konfiguration der Master<>Master Konfiguration der EtherCAT-Geräte, (wie z.b. Antriebe, E/As oder Gateways) Routing durch den EtherCAT Master EtherCAT für die Fabrikvernetzung 8

9 Anforderungen in der Leitebene Dienste sebenen Struktur Daten-Struktur Dienst Master<>Master- Konfiguration und Diagnose von außerhalb Anbindung an Leitrechner und MES/ERP-Systeme Erforderlicher Mechanismus PD MBX R OV Anbindung an Visualisierung einschließlich Status, Überwachung Abkürzungen: PD (zyklisch) MBX (azyklisch) R Routing-Möglichkeit OV Objektverzeichnis EtherCAT für die Fabrikvernetzung 9

10 EtherCAT Automation Protocol sebenen Struktur Daten-Struktur Das EtherCAT Automation Protocol (EAP) erfüllt diese Anforderungen EAP ist eine Erweiterung der EtherCAT Technologie IEC61158, Part 12: EtherCAT Spezifikation ETG.1005: EAP Spezifikation Protokolle Telegrammstrukturen Konfigurationsstruktur Netzwerk-Management- Funktionen EAP bietet Dienste für in der Leitebene und damit für die vollständige Fabrikvernetzung EtherCAT für die Fabrikvernetzung 10

11 EAP Beispiel-Anwendung MES Je Verbindung: 10ms cycle IN 1kByte OUT 1kByte Controller OPC zum Controller und allen Stationen Visu IN 600 Byte OUT 600 Byte IN 600 Byte OUT 600 Byte IN 600 Byte OUT 600 Byte IN 600 Byte OUT 600 Byte IN 600 Byte OUT 600 Byte IN 600 Byte OUT 600 Byte IN 600 Byte OUT 600 Byte IN 600 Byte OUT 600 Byte IN 600 Byte OUT 600 Byte 10 ms cycle Stations- Master Stations- Master Stations- Master Stations- Master Stations- Master Stations- Master Stations- Master Stations- Master Stations- Master Stations- Master Einschleusen Einschleusen Prozess- Kammer Prozess- Kammer Prozess- Kammer Prozess- Kammer Prozess- Kammer Ausschleusen Ausschleusen Ausschleusen Ethernet Connection EtherCAT Segment EtherCAT Automation Protocol OPC EtherCAT für die Fabrikvernetzung 11

12 EAP sebenen Struktur Daten-Struktur Flexible Protokollübertragung: 1 ECAT 2 UDP 3 TCP Dest Dest Dest Src EtherType EtherCAT Telegramm FCS Src Src 0x88A4 EtherType IP UDP 0x800 0x88A4 EtherType IP TCP 0x800 0x88A4 EtherCAT Telegramm EtherCAT Telegramm FCS FCS EtherCAT Header Length Res Type EtherCAT Daten Standard EtherCAT Telegramm-Header Standard Telegramm-Struktur Type 1 Type 4 Type 5 EtherCAT Device Protocol EAP Prozessdaten EAP Daten EtherCAT für die Fabrikvernetzung 12

13 EAP sebenen Struktur Daten-Struktur EAP für zyklischen Datenaustausch EtherCAT Master können Informationen versenden und von anderen Mastern empfangen Zwei Übertragungsmodi: Pushed Data Exchange (Broadcast) Polled Data Exchange EtherCAT für die Fabrikvernetzung 13

14 Prozessdaten Pushed Data Exchange sebenen Struktur Pushed Data Exchange (Broadcast) Jeder Teilnehmer sendet Informationen in seinem eigenen Zyklus Alle Teilnehmer können voneinander Informationen empfangen Daten-Struktur Maschine A Maschine B Maschine C EtherCAT für die Fabrikvernetzung 14

15 Prozessdaten Polled Data Exchange sebenen Struktur Polled Data Exchange (1:1 Verbindung) Ein Teilnehmer sendet seine Daten zyklisch (Client) Adressierte Teilnehmer senden eine Antwort (Server) Daten-Struktur Maschine A Maschine B Maschine C EtherCAT für die Fabrikvernetzung 16

16 Prozessdaten Polled Data Exchange sebenen Struktur Polled Data Exchange (1:n Verbindung) Ein Teilnehmer sendet seine Daten zyklisch (Client) Adressierte Teilnehmer senden eine Antwort (Server) Weiche Synchronisierung der Teilnehmer Daten-Struktur Maschine A Maschine B Maschine C EtherCAT für die Fabrikvernetzung 17

17 Prozessdaten Telegrammaufbau sebenen Struktur Daten-Struktur Ethernet / UDP / TCP Process Data Header Publisher ID Frame Type Length 0 4 Process Data CRC 1 st Process Data n th Process Data PDO Header PDO variable(s) Variable ID EtherCAT Header: EtherCAT Frame Typ = 4 Ein Telegramm besteht aus einem oder mehreren Process Data Process Data besteht aus einem oder mehreren PDOs Publisher ID = AoE NetID des Publisher Jede PDO enthält eine oder mehrere Variables Variable ID identifiziert Prozessdaten ohne Verbindungsaufbau Zyklische Frames werden vorab konfiguriert EtherCAT für die Fabrikvernetzung 18

18 EAP sebenen Struktur Daten-Struktur EAP für Parameteraustausch (asynchroner Zugriff): Konfiguration der Prozessdaten Gerätespezifische Konfiguration, z.b. Antriebsparameter Diagnose von EtherCAT Slave-Geräten Standard Protokoll im Ethernet Telegramm (Typ: 0x88A4) oder UDP/TCP Telegramm EtherCAT für die Fabrikvernetzung 19

19 Daten Telegrammaufbau sebenen Struktur Daten-Struktur EtherCAT Header: EtherCAT Frame Typ = 5 Gibt an Telegramm besteht aus Mailbox Header und Mailbox Daten Für EAP: Protokoll AoE wird verwendet Routingfähig zum ansprechen mehrerer Objektverzeichnisse AoE Header: Protokolle (CoE, SoE, FoE) können abgebildet werden Frame Type Ethernet / UDP / TCP Length 0 5 Mailbox CRC Mailbox Header AoE Header Type 1 Type 3 Type 4 Type 5 Mailbox Data AoE Mailbox Data CoE Mailbox Data FoE Mailbox Data SoE Mailbox Data EtherCAT für die Fabrikvernetzung 20

20 Objektverzeichnisse im Master für Konfiguration und Weiterleitung sebenen Struktur Daten-Struktur Konfiguration der EAP Prozessdaten Adressinformationen der verfügbaren Ethernet Ports: IP-Addressen, AoE NetID Ethernet Port 1 EAP IP Addresse AoE Addresse Objektverzeichnis Typ 1000 EtherCAT Router Information AoE Address Object Dictionary Type 9000 Ethernet Port x EAP Objektverzeichnis Typ 1000 Information über das EtherCAT Segment EtherCAT Master Optional: IP AoE Addresse Objektverzeichnis Typ 1100 EtherCAT Master Objektverzeichnis Typ 1100 Ethernet Port 2 Ethernet Port y EtherCAT für die Fabrikvernetzung 21

21 Zugriff auf EtherCAT Slave Gerät sebenen Struktur Daten-Struktur 1. AoE NetID des EAP Geräts AoE Router Information 2. AoE NetID des EtherCAT Masters Liste der EtherCAT Slaves 3. z.b. CoE Zugriff via AoE auf Slave Ethernet Port 1 EAP IP Addresse AoE Addresse Objektverzeichnis Typ 1000 EtherCAT Router Information AoE Address Object Dictionary Type 9000 Ethernet Port x EAP Objektverzeichnis Typ 1000 EtherCAT Master Optional: IP AoE Addresse Objektverzeichnis Typ 1100 EtherCAT Master Objektverzeichnis Typ 1100 Ethernet Port 2 Ethernet Port y EtherCAT für die Fabrikvernetzung 22

22 von EAP sebenen Struktur Daten-Struktur Master<>Master- Fern-Konfiguration, bzw. Diagnose Prozess- und Parameterdaten-Austausch Routing zu jedem angeschlossenen Gerät Einfache vertikale Integration Nahtlose Integration von Wireless -Geräten Datenstrukturierung wie beim EtherCAT Device Protocol IP-Adressen nur auf Steuerungsebene notwendig nicht auf Feldebene EtherCAT vernetzt die Fabrik! EtherCAT für die Fabrikvernetzung 23

23 EtherCAT für die Fabrikvernetzung sebenen Struktur Daten-Struktur Bitte besuchen Sie für weitere Informationen EtherCAT Technology Group Headquarters Ostendstraße Nürnberg, Deutschland Telefon: Fax: EtherCAT für die Fabrikvernetzung 24

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