EtherCAT Slave Entwicklung - Entwicklungsschritte und Aufwand

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1 EtherCAT Slave Entwicklung - Entwicklungsschritte und Aufwand Thomas Grebenz Winterthur, 2. September 2015 Seite 1

2 NetTechnix E&P GmbH Kernkompetenz Embedded Engineering Hardware und Software Lösungen mit Schwerpunkt Feldbus/Real-Time Ethernet Systeme Real-Time Industrieelektronik GUI Applikationen C# Test- und Analysesoftware für Automatisierungssysteme in Kombination mit der entsprechenden Hardware-Anbindung NetCommunicator Master Simulator für alle gängigen Real-Time Ethernet und Feldbus Systeme mit ein und der selben Software NetTechnix E&P GmbH Thomas Grebenz Illstraße 31 A-6800 Feldkirch Vorarlberg Seite 2

3 Agenda EtherCAT Slave Entwicklung - Entwicklungsschritte und Aufwand Einleitung Allgemeine Anforderungen/Ziele EtherCAT Anforderungen Blockschaltbild Entwicklung Fazit EtherCAT Semiconductor Device Profile Process Control Valve Seite 3

4 Einleitung Inhalt/Zielsetzung des Vortrags Erläuterung einer EtherCAT Slave Entwicklung anhand einer Applikation Erklärung warum der Multi-Protokoll ASIC netx 52 der Fa. Hilscher als Kommunikations-Controller ausgewählt wurde Applikation - Vakuumregelventil Für eine neue Produktefamilie hatte man sich zum Ziel gesetzt, alle am Markt gängigen Real-Time Ethernet und Feldbus Systeme anbieten zu können Kunde - VAT Die Firma VAT ist ein weltweit führendes Unternehmen im Bereich Vakuumventile mit Sitz in der Schweiz (Rheintal) Seite 4

5 Allgemeine Anforderungen/Ziele Vakuumregelventil als universeller RTE/Feldbus-Slave EtherCAT und optional PROFINET DeviceNet und optional CANopen, PROFIBUS, CC-Link Proprietäre TCP/IP Ethernet Protokolle z.b. Telnet Leistungsstarkes System mit allen RTE/Feldbus-Features Einheitliche Hardware- und Software Schnittstelle Schnelles SPI-Interface zur Host-CPU Durchgängige Software API Flexible, einfache und platzsparende Systemintegration Chip-Lösung mit ladbarer/updatebarer Firmware Keine Design- Restriktionen für potentielle Zukunftsprodukte sowie Produkterweiterungen Verfügbarkeit von mindestens Jahren Geringe Materialkosten (~ EUR Ein Ansprechpartner für alle Kommunikationssysteme incl. kompetentem Support Seite 5

6 EtherCAT Anforderungen Object-Dictionary für erweiterten Profil-Bereich SEMI Device Profile - PCV FW-Download (Single-File) via FoE in Bootstrap state Synchronisierung Free Run SyncManager Events (SM) Distributed Clocks (DCs) Handling Prozessdaten (PDOs) PDO Assignment Konfigurierbare PDOs Explizite Device Adressierung Requesting ID Mechanism Configured Station Alias SDO Complete Access mit Padding/Gaps Multi-Protokoll ASIC netx 52 der Fa. Hilscher Seite 6

7 Blockschaltbild Vakuumregelventil Applikation RTE/Fieldbus USB (Service/BL) JTAG USB (Diag./BL) JTAG Motion Controller Host CPU RX63N(Renesas) HIF (Up to 85MHz) Sync <- Reset -> Multi-Protokoll ASIC netx 52 (Hilscher) Transformers RJ45 Connectors EtherCAT + Ethernet LEDs Motor ADCs FLASH/SPI Secure EERPOM FLASH/QSPI Pressure Sensor Seite 7

8 Entwicklung Detailvorabklärungen mit Fa. Hilscher HW-Design Schema incl. Review Layout FW-Design EtherCAT Object-Dictionary (Auto Generierung) incl. Daten Handling Synchronisierung via SM-Events (1KHz) 1, DC (1kHz) 1,2 im netx Interrupt Mode PDO Assignment Konfigurierbare PDOs 2 Explicit Device ID, Station Alias FW-Download via FoE in Bootstrap state (FoE Bootloader via netx 52) 2 Erstellung Geräte-Beschreibungsdatei - ESI-File Handhabung EtherCAT Master - TwinCAT und NetCommunicator Pre-Conformance Test mit Conformance Test Tool NOTE: 1 max. update rate/min. cycle time ist von der Applikation abhängig bzw. wieviel Rechenzeit diese benötigt 2 Optional Seite 8

9 Fazit Funktionalität Der Prototyp erfüllte die Spezifikationen zu 100% Termin/Aufwand Projektplan konnte weitgehend eingehalten werden (10% Abweichung) Aufwand Firmware Basisimplementierung netx (Embedded Portierung, SPI Wrapper, Hilscher Tools) : 1 Woche EtherCAT-Applikation, ESI-File : 9 Wochen Implementierung/Inbetriebnahme Kunde : ½ Tag Voraussetzung war, dass die Datenschnittstelle zw. netx SW Layer und Kundenapplikation generisch/konsistent mit einer Art Parametersystem und einer User-Layer aufgebaut ist. Mehrkosten Kein Re-Design, keine ungeplanten Ausgaben Positives Multi-Protokoll ASIC netx 52 ist eine sehr gute, leistungsfähige und empfehlenswerte Kommunikations-Plattform. Sehr kompetentes Support-Team Alle Real-Time Ethernet Systeme mit identischer Hardware realisierbar 1 Bereitschaft von Fa. Hilscher stack-features nachträglich zu implementieren NOTE: 1 Feldbus Systeme benötigen lediglich eine unterschiedliche Hardware Layer Seite 9

10 SEMI Device Profile - PCV ETG hat eine SEMI-Technical Working Group gegründet PCV (Process Control Valve) Device-Profile Erarbeitung der ETG x Profil- Spezifikation (Modules/Slots) als Gruppenleiter Prototypen Programmierung des Object- Dictionary für Conformance Test inkl. ESI File Spezielle netx Anforderungen FW-Download (Single-File) via FoE in Bootstrap state Object-Dictionary für erweiterten Profil-Bereich Synchronisierung mit DCs Konfigurierbare Prozessdaten (PDOs) SDO Complete Access mit Padding/Gaps Seite 10

11 NetTechnix E&P GmbH Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Für weitere Fragen stehe ich Ihnen gerne am Table Top Stand der Fa. Hilscher zur Verfügung! Seite 11

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