A Rede Ethernet de Campo. - EtherCAT Technology Group

Transcrição

A Rede Ethernet de
Campo.
EtherCAT – A Rede Ethernet de Campo.
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• EtherCAT leva a rede de tempo real para o nível de E/S
• Sem sub-sistemas necessários
- Ethernet Industrial
- Topologia Flexível
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
© EtherCAT Technology Group, 2012
- Sincronizada
- Fácilidade de
implementar
Flash
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Versátil
Fieldbus
Controller
Driver
- Redundancia
CPU
Flash
August 2012
I/O
RAM
- Segurança
I/O
- Custos Efetivos
CPU
I/O
- Facilidade de
configurar
Fieldbus
Controller
Driver
I/O
RAM
I/O
- Rápida
• Outras tecnologias precisam de ciclos locais nas E/S e
gateways
Master for Local
Extension Bus
EtherCAT:
EtherCAT:
• EtherCAT: Rede de tempo real no nível de E/S
- Rápida
- Sincronizada
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
EtherCAT
Controller
EtherCAT
Controller
EtherCAT
Controller
- Custos Efetivos
EtherCAT
Controller
Driver
- Facilidade de
configurar
EtherCAT
Controller
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
•
•
•
•
EtherCAT é a rede de tempo real à nível de E/S
Sem sub-sistemas necessários
Sem atrasos nos gateways
Entradas e saídas, sensores, atuadores, drives, displays:
tudo em um único sistema!
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
EtherCAT é rápida
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
• Taxa de transmissão:
– 2 x 100 Mbit/s (Fast Ethernet, Full-Duplex)
• Tempos de atualização:
– 256 E/S digitais em 11 µs
– 1000 E/S digitais distribuídas em 100 nós em 30 µs = 0.03
ms
– 200 E/S digitais (16 bit) em 50 µs, 20 kHz de taxa de
amostragem
– 100 Servo-Eixos (cada um com 8 Byte de entrada e saída)
em 100 µs = 0.1 ms
– 12000 E/S digitais em 350 µs
- Versátil
August 2012
EtherCAT é rápida
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• Largura de banda da rede Ethernet para E/S e Drives:
– Ethernet Frame: ≥ 84 Bytes
incl. Preamble + IPG (interpacket gap)
Data pay load:
e.g. 2 Bit..6 Byte
- Facilidade de
configurar
22 Bytes
- Custos Efetivos
Ethernet Header
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
4 Bytes
Data: ≥46 Bytes
CRC
12 Bytes
IPG
output data
Master
I/O
Response with input data
Ethernet Header
Data: ≥46 Bytes
CRC
Tempo de
reação do
nó
IPG
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
– com 4 Byte de entrada+ 4 Byte de saída por nó:
• 4,75% taxa de dados com tempo de reação de 0 µs por nó
• 1,9% taxa de dados com tempo de reação de 10 µs por nó
August 2012
EtherCAT is faster
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• Comparação de largura de banda:
– Em 4 Byte de uso de dados por nó:
• Polling / Timeslicing: ~ 2..5 %
– 2 Bit de uso de dados por nó:
• EtherCAT: ~ 80..97 % (Full Duplex, 2 x 100 MBit/s)
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
100
90
80
70
- Aberta
60
- Conformidade
50
- Segurança
40
- Redundancia
30
- Versátil
20
10
0
Polling /
Timeslicing
August 2012
EtherCAT
Princípio Funcional: Ethernet „on the fly“
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
Car
27
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
• Analogia com um trem rápido:
–
–
–
–
“Trem” (Ethernet Frame) não pára
Quando assistimos o “Trem” da janela o vemos por inteiro
O “Carro” (Sub-Telegrama) tem tamanho variável
As pessoas podem ser “extraídas” ou “inseridas” (Bits) ou o
mesmo pode ser feito com “grupos” inteiros (Bytes) – assim
como múltiplos grupos por trem.
Princípio Funcional: Ethernet “on the Fly“
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
• Eficiência: Normalmente há somente um Frame por ciclo
• Utilização ideal de largura de banda para a máxima
performance
August 2012
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
• Eficiência: Normalmente há somente um Frame por ciclo
• Utilização ideal de largura de banda para a máxima
performance
August 2012
EtherCAT:
- Rápida
Escravo
Escravo
EtherCAT Slave
Controller
EtherCAT Slave
Controller
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
• Dados de processo são extraídos e inseridos durante o
funcionamento:
– O tamanho do pacote de dados por escravo é quase
ilimitado
(1 Bit…60 Kbyte, se houver a necessidade de muitos
frames)
– A compilação dos dados de processo pode ser mudada em
cada ciclo, e.g. ciclos de tempo por eixo muito pequenos, e
longos ciclos para atualização de E/S são possíveis
– Aliado ao sincronismo, eventos iniciam uma comunicação.
Princípio de Funcionamento: Ethernet „on the fly“
EtherCAT:
- Rápida
Master
- Sincronizada
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Ethernet Header ECAT HDR
PLC Data 1
NC Data
HDR 2
- Fácilidade de
implementar
HDR 2
- Custos Efetivos
HDR 1
- Facilidade de
configurar
PLC Data 2
CRC
• Minimizar a sobrecarga do protocolo com endereços
implícitos.
– Estrutura de telegramas otimizados para E/S
descentralizadas
– Comunicação completamente no hardware: máxima
(+ previsível!) performance
– Sem necessidades de switch se houver somente dispositivos
EtherCAT devices na rede
– Características marcantes de diagnóstico
– Compatibilidade com Ethernet mantida
Performance: Exemplo de Aplicação
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
•
•
•
•
40 Eixos (a cada 20 Byte de entrada e saída)
50 estações E/S com o total de 560 cartões EtherCAT
2000 E/S Digitais + 200 Analógicas, tamanho de 500 m
Performance EtherCAT: Tempo de Ciclo = 276 µs
at 44 % Bus Load, Tamanho do telegrama = 122 µs
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
apesar do ciclo ainda em 56% há
banda remanecescente, para TCP/IP
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Benefícios de um sistema de controle ‘Lento’, também
EtherCAT:
- Rápida
Tempo de reação de E/S nos Barramentos anteriores :
- Sincronizada
I PLC Task O
- Facilidade de
configurar
- Comprovada
I PLC Task O
I PLC Task O
I PLC Task
Tmpd
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
I PLC Task O
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
- Aberta
- Conformidade
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
- Segurança
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
Melhor caso de tempo de reação
Pior caso de tempo de reação
- Redundancia
- Versátil
TI/O
Entrada
Entrada
(pior caso)
(melhor caso)
Saída
Tmpd: Delay de processamento do
mestre
TI/O: Atualização Local de tempo na
E/S
(Extensão local + Firmware)
August 2012
EtherCAT:
Arquitetura de sistema com EtherCAT :
- Rápida
- Sincronizada
I PLC Task O
- Facilidade de
configurar
- Comprovada
I PLC Task O
I PLC Task O
I PLC Task
Sem dispositivo mestre dedicado
Tmpd
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
I PLC Task O
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
Bus Cycle
- Aberta
- Conformidade
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
- Segurança
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
Sem remotas serapadas
- Redundancia
- Versátil
August 2012
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
TI/O
EtherCAT:
Arquitetura de sistema com EtherCAT :
- Rápida
- Sincronizada
I PLC Task O
I PLC Task O
I PLC Task O
I PLC Task O
I PLC Task
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
TDMA (MAC)
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
TEtherCAT Cycle
August 2012
TDMA = Tempo para transferência de
dados de/para o controlador
Ethernet através do acesso
direto de memória
EtherCAT:
Tempo de reação com EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
I PLC Task O
I PLC Task O
I PLC Task O
I PLC Task O
I PLC Task
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
Pior caso
Ciclo do
EtherCAT
Melhor caso
Entrada
Entrada
(pior caso)
(melhor caso)
Saídas
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
• Tempo de reação reduzido significantemente com a
mesma performance de controlador
• Sem delays e ciclos independentes no barramento de E/S
• Devido à simplicidade do protocolo, não são necessários
sistemas mestre dedicados (e.g. plug-in cards)
Fieldbus: precisa de mapeamento no sistema de
controle
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
• Sistemas tradicionais geram imagens físicas do processo
• O mapeamento lógico deve ser feito através da imagem do
processo
Control System, e.g. IPC
logical process images
EtherCAT:
Feldbus Scanner/
DPRAM Master
Nó 1
node 1
Data n
PLC Data
node 2
Nó 2
NC Data
node 3
node 4
Nó 3
Mapeamento
Nó 4
August 2012
Fieldbus: precisa de mapeamento no sistema de
controle
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
• O mesmo se aplica a sistemas com somente uma imagem do
processo
• A recorrência dos dados de processo (“Mapeamento”) é
necessária, também
Sistema de Controle, PLC
Feldbus Scanner/
DPRAM Master
logical process image
EtherCAT:
Nó 1
node 1
node 2
Nó 2
node 3
node 4
Nó 3
Mapeamento
Nó 4
August 2012
EtherCAT: Mapeamento movido para o Dispositivo
Escravo
Mestre
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
Ethernet Header
ECAT
HDR
PLC Data
NC Data
HDR 3
HDR 2
logical process images up to 4 GByte
HDR 1
- Sincronizada
Data n
Ethernet
Data n
PLC Data
NC Data
Datagrama 1
Datagrama 2
Datagrama n
- Redundancia
- Versátil
•
•
August 2012
O sistema de controle é aliviado, o mestre se torna muito
simples.
Os dados são transmitidos de acordo com as necessidades da
aplicação: extremamente rápido, flexível e eficiente.
O acesso direto de memória poupa tempo
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• Cartões de rede:
mais de 30% com
com tempo de CPU
para cópia de dados
PC com cartões de rede
PC RAM
Scanner card, DP RAM
Control task
PCI
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
CPU
memcopy
bus
• EtherCAT:
MAC está no PCI,
os dados são
fornecimentos
diretamento pelo
DMA à PC RAM:
maior performance
os
Pc com EtherCAT
PC RAM
CPU
PCI
MAC
DMA
bus
Control task
Medida de propagação de delay no EtherCAT (1)
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• O nó EtherCAT mede a diferença de tempo entre a saída
e a chegada de frames
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
EtherCAT Frame
Direção de processo
EtherCAT Frame
- Comprovada
Direção de envio
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Medida de propagação de delay no EtherCAT (2)
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• O nó EtherCAT mede a diferença de tempo entre a saída
e a chegada de frames
- Facilidade de
configurar
IPC
Master
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Clock Distribuído
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• Sincronização precisa (<< 1 µs!) pelo ajuste exato de
clock distribuído
- Facilidade de
configurar
M
IPC
Master
S
∆t
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
S
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
S
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
S
S
S
S
Clock Distribuído
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• Scope View com dois dispositivos separados
• 300 Nós entre eles, 120m de cabeamento
Interrupt
Node 1
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
Simultaneousness:
~15 ns
Jitter: ~ +/-20ns
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Interrupt
Node 300
Sincronização de múltiplas redes
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• A rede EtherCAT pode ser acoplada com uma ponte EtherCAT
• As pontes oferecem sincronização de várias redes através do
hardware.
- Facilidade de
configurar
M1
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
M2
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
M3
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Sincronização de múltiplas redes
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• A rede EtherCAT pode ser acoplada com uma ponte EtherCAT
• As pontes oferecem sincronização de várias redes através do
hardware.
- Facilidade de
configurar
M1
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
M2
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
M3
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Sincronização externa de clock: IEEE 1588
• Portas Switch com relógio IEEE 1588 integrado
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
IEEE 1588
Grandmaster
- Facilidade de
configurar
M
Boundary
Clock
S
Master
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
S
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
S
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
S
S
S
S
EtherCAT é Ethernet Industrial!
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• EtherCAT usa os Frames Ethernet padrão: IEEE 802.3
• Alternativamente via UDP/IP (se a rota IP Routing é
necessária)
• Sem frames reduzidos
MTU: max. 1514 Byte
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
48 Bit
Destination
48 Bit
16 Bit
16 Bit
Source
EtherType
Header
48 -1498 Byte
EtherCAT Datagrams
Embedded in Standard Ethernet
Frame, EtherType 0x88A4
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
160 Bit
Ethernet H.
Or: via UDP/IP
UDP Port 0x88A4
IP Header
CRC
1…n EtherCAT
Datagrams
- Aberta
- Conformidade
32 Bit
64 Bit
UDP H.
48 -1470 Byte
16 Bit
Header
EtherCAT Datagrams
11 Bit
1 Bit
4 Bit
Length
Res.
Type
CRC
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
• Totalmente transparente para TCP/IP
• Todas as tecnologias Internet (HTTP, FTP,
Webserver,…) disponível sem restrição de capacidade
de tempo real!
Dispositivo escravo EtherCAT
Standard
TCP/IP
Stack
- Aberta
- Conformidade
Aplicação
Ethernet
TCP
Aplicação
Tempo Real
UDP
Acyclic
Data
IP
- Segurança
- Redundancia
Mailbox
- Versátil
EtherCAT MAC / DLL
Ethernet PHY
August 2012
Process Data
Ethernet PHY
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• Qualquer dispositivos Ethernet pode ser conectado
através de uma porta
• Acesso ao Servidor Web com browser padrão
Funcionalidade
de Internet
Virtual Switch
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
Master
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Servidor web
Switchport
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• O Switch Virtual Ethernet roteia qualquer Frame Ethernet
tanto de dentro pra fora do segmento quanto ao contrário.
Funcionalidade
de Switch Virtual
Ethernet
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
Master
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
Ethernet
Switch
August 2012
Switchport
Porta switch: Qualquer protocolo Ethernet
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• Interface com qualquer dispositivo Ethernet ou rede
• Frames Ethernet são inseridos no Protocolo Ethernet:
– ‘Ethernet over EtherCAT’
- Facilidade de
configurar
EtherCAT Switchport
- Custos Efetivos
Ethernet MAC
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
RX1
- Aberta
- Segurança
Mailbox
PHY
- Versátil
RX4
Process Data
EtherCAT MAC / DLL
TX1
TX3
TX2
TX2
TX3
TX1
August 2012
µC
Fragmentation
- Conformidade
- Redundancia
RX RX3
RX2TX
PHY
PHY
•
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
•
Mestre TCP/IP Stack pode fornecer acesso remoto à Caixa de
mensagens através do TCP/IP para qualquer dispositivo
EtherCAT – ideal para ferramentas.
Sem necessidade de stack TCP/IP stack em cada dispositivo:
redução de custos
Mestre TCP/IP
Stack fornece
acesso à caixa de
mensagens
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
Master
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Acesso online ao
dispositivo
Switchport
Integração Vertical (1)
…através da porta
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
Mestre
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
Switchport
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
+ Qualquer protocolo Ethernet pode ser usado
+ necessidade de somente uma porta Ethernet (no
controlador)
+ A performance EtherCAT não é limitada
...através da segunda porta Ethernet
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
Master
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
2nd Ethernet
Port
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
controlador)
- mas: requer uma segunda porta Ethernet (no controlador)
…através do Switch
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
Master
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
Ethernet
Switch
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
controlador)
- mas: a performance é reduzida pelo delay do switch (e
tráfego genérico Ethernet)
Cabeamento EtherCAT é mais flexível
• Topologia Ethernet padrão: Estrela
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
•
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
Topologia flexível – arbitrariamente expansível
–
–
–
Variação de topologia flexível: Linha, Estrela, árvore, cadeia
+ possíveis ramificações; podem ser usadas em qualquer
combinação!
até 65.535 nós para cada segmento EtherCAT
Cabeamento padrão Ethernet
Line
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
Mestre
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
Star/Tree
August 2012
Drop Line
ERP
Protocolo de Automação EtherCAT
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
HMI
HMI
(e.g OPC,
Thin Client)
Switch
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
EtherCAT
Master
EtherCAT
Master
EtherCAT
Master
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Switchport
EtherCAT
Master
EtherCAT
Master
redundancia
(opcional)
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Slave
Device
Dispositivo EtherCAT Escravo processado on the fly
August 2012
Grande Sistema de Teste EtherCAT
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
10.056
Nós EtherCAT
August 2012
• Variantes de Sinal Ethernet do EtherCAT:
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
– 100BASE-TX (até 100 m entre 2 nós)
– 100BASE-FX (até 20 km entre 2 nós (fibra single mode) )
– LVDS (para dispositivos modulares)
- Facilidade de
configurar
LVDS*
100 m
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
20 km
- Comprovada
Master
- Aberta
- Conformidade
Ethernet on
100BASE-TX
up to 100 m
with transformer
coupling
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
•
Ethernet em
100BASE-FX
(fibrá óptica)
até 20 km
Ethernet em LVDS* layout para
dispositivos modulares
Qualquer número de layouts físicos têm mudanças permitidas
*LVDS: Sinal de baixa voltagem diferencial para ANSI/TIA/EIA-644,
também usado em IEEE 802.3ae (10 Gigabit Ethernet)
August 2012
EtherCAT ao invés de PCI
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
•
•
•
Proteção do seu investimento
Migração suave de fieldbus para EtherCAT
Integração com outros dipositivos de rede, e.g.:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
•
August 2012
AS-Interface
BACnet MS/TP
CANopen
CC-Link
ControlNet
DeviceNet
Ethernet/IP
FIPIO
Interbus
IO-Link
Lightbus
LonWorks
Modbus Plus, RTU, TCP
PROFIBUS
PROFINET IO
…
Máxima expansão do sistema com baixos custos de gateway
• Tempos de Atualização:
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
– Imagem do processo atualizada através do PCI (500 Bytes
input and output data each): 400 µs
– Imagem do processo atualizada através do EtherCAT
(1.500 Bytes input and output data): 150 µs
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
• Sem necessidade de slots no sistema de controle (IPC
or PLC) required
• Máxima expansão
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
EtherCAT
August 2012
EtherCAT é mais fácil de configurar
• Topologia:
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
•
Comparação Automática de topologia esperada e
atual.
• Diagnóstico:
•
Diagnóstico com exata localização
Todos os nós
constantemente
monitorados
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
M
Erros de bit
são
localizados
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
Erros de tempo são detectados e armazenados
localmente (e.g. Time Window for Actual Values missed)
August 2012
EtherCAT é mais fácil de configurar
• Planejamento de rede:
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
– Performance independente de:
• Implementação de escravos
(sem Stacks involvidos no processo de comunicação)
• Topologia (sem Switches/Hubs)
• Endereçamento
–
–
–
–
Sem endereçamento manual necessário
Sem manipulação de endereçamento IP ou MAC
Endereços são atribuídos automaticamente
Endereços podem ser mantidos
• Sem novo endereçamento se nós são adicionados
- Versátil
August 2012
Configuração: Sistemas clássicos de rede
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
1. Seleção + topologia de acordo com limitações do sistema
2. Configuração de endereços do nó em
dispositivos escravos
3. Seleção e configuração de Baudrate,
depende de:
- Tamanho da rede + Topologia
- Ambiente EMI
- Necessidades da aplicação
4. Selecionar arquivo de configuração no dispositivo na
ferramenta de configuração (GSD, EDS)
5. Selecionar e configurar parâmetros de comunicação,
assim como:
- Polling cíclico
- Communicação de endereçamento
- sincronizado or free running
6. Alocação de imagem física do processo (Mapeamento)
Configuração: EtherCAT
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
1. Seleção + topologia de acordo com limitações do sistema
2. Configuração de endereços do nó em
dispositivos escravos
3. Seleção e configuração de Baudrate,
depende de:
- Tamanho da rede + Topologia
- Ambiente EMI
- Necessidades da aplicação
4. Selecionar arquivo de configuração no dispositivo na
ferramenta de configuração (GSD, EDS)
5. Selecionar e configurar parâmetros de comunicação,
assim como:
- Polling cíclico
- Communicação de endereçamento
- sincronizado or free running
6. Alocação de imagem física do processo (Mapeamento)
EtherCAT tem custos menores (1): Engenharia
• Menor esforço para planejamento de rede:
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
– Configuração simplificada
– Configuração padrão vai funcionar, sem tuning da
rede
• Diagnósticos melhorados:
– Rápida manipulação de erros em um menor tempo
• Instalação rápida:
– Sem configuração de endereço necessária
• Implementação / Ferramentas:
– Ferramentas padronizadas de monitoramento,
e.g. MS Network Monitor ou Wireshark: livre
– Parser Software: livre
EtherCAT tem custos menores (2): Hardware
• Mestre:
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
– Sem cartão dedicado (co-processador)
– Porta Ethernet on-board
• Escravo:
– Baixo custo de controlador escravo
• FPGA ou ASIC
– Para dispositivos simples: sem um µC
– Sem um poderoso µC necessário
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
• Infrasestrutura:
– sem necessidade de Switches/Hubs
– Cabeamento Ethernet padrão + conectores
32 Bit
µC
Comparação de custo entre infraestrutura
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
Exemplo de configuração
(e.g. Produtos Beckhoff)
• PLC (CX1000)
• 10 barramentos de rede
• 400 ED / 400 SD
• 100 m de Cabo
• 11 conectores
(Fieldbus)
• 21 conectores
(EtherCAT)
• Acopladores de rede
econômicos
August 2012
Comparação de custo entre Dispositivo e Infraestrutura
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
Exemplo de
configuração
- Custos Efetivos
Preço lista*
Diferenças
100 %
-
121,5 %
+ 21,5 %
123,7 %
+ 23,7 %
121,9 %
+ 21,9 %
143,7 %
+ 43,7 %
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
Para referência:
Profinet RT / Ethernet/IP: switces não estão na comparação
* Preços Beckhoff 01/2010
August 2012
Porque há diferenças tão significantes?
Cartão master
EtherCAT: sem mestre HW
6%
Acoplador de rede com
CPU e extensão local
Acoplador de rede e E/S digitais:
Somente escravo EtherCAT
Flash
Conectores diretos
Conectores T
2%
August 2012
EtherCAT
Controller
EtherCAT
Controller
12%
Driver
CPU
Master for Local
Extension Bus
Fieldbus
Controller
Driver
RAM
EtherCAT é simples de implementar
• Implementação do escravo:
EtherCAT:
- Rápida
– Todas as funções de tempo crítico implementadas em ASIC
ou FPGA
- Facilidade de
configurar
– Comunicação de máquina de estado integrada
– Performance da rede independente de
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
• ESC trabalha o protocolo de tempo real no hardware
• Performance Escravo-µC
• Stack do protocolo
–
–
–
–
Para uso com ou sem µC (Host CPU)
DPRAM (1…8kByte) integrada
Manuseio integrado de clock distribuído
Interrupções para µC ultra precisas
- Versátil
August 2012
Variedade de controladores de escravos EtherCAT
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
Beckhoff ®
ET1100
- Facilidade de
Hilscher
configurar
®
netX 100/500
TI's Sitara™ and
other µC + µP families
Hilscher
netX® 50
Beckhoff ®
ET1200
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
IP-Core for FPGA of
Intel® Atom™ E6x5C
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
ESC10/20:
Altera® Cyclone™-I
August 2012
IP-Core
Xilinx®
Spartan™-3
IP-Core for
Altera®
Cyclone™-II
IP-Core for
Altera®
Stratix™-IV
IP-Core for
Altera®
Cyclone™-III
IP-Core for
Xilinx®
Spartan™-6
IP-Core for
Altera®
Cyclone™-IV
IP-Core for
Xilinx® Kintex™-7
IP-Core for
Altera® Stratix™-V
Características de escravo EtherCAT: ASIC (1)
EtherCAT:
ET1100
ET1200
ASIC
ASIC
Material
BGA128
0,8mm Pitch
QFN48
0,5mm Pitch
Tamanho
10 x 10 mm
7 x 7 mm
µC Interface
serial/parallel
(8/16bit, sync/async)*
serial*
- Comprovada
E/S digitais
8-32*
8-16*
- Aberta
E/S gerais
0-32*
0-12*
- Conformidade
DPRAM
8 kByte
1 kByte
- Segurança
SyncManager
8
4
- Redundancia
FMMUs
8
3
Yes
Yes
2-4 (MII/E-bus)*
2-3 (EBUS/max. 1xMII)*
BGA routable with
standard PCB
-
- Rápida
Nome
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Versátil
Tipo
Fornecedor
Clock distribuido
N. portas
Especialidade
* configurable
August 2012
Características de escravo EtherCAT: ASIC (2)
EtherCAT:
- Rápida
Nome
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
Tipo
netX 100
netX 500
netX50
ASIC
ASIC
ASIC
Material
BGA345
1mm Pitch
BGA345
1mm Pitch
PBGA324
1mm Pitch
Tamanho
22x22 mm
22x22 mm
19x19 mm
Fornecedor
- Fácilidade de
implementar
µC Interface
µC-Bus
(internal, 32-bit)
µC-Bus
(internal, 32-bit)
µC-Bus
(internal, 32-bit)
- Comprovada
E/S digitais
16
16
32
E/S gerais
256/512 Byte
(Mailbox/Process
Data)
256/512 Byte
(Mailbox/Process
Data)
6 kByte
DPRAM
4
4
8
SyncManager
3
3
8
Yes
Yes
Yes
2 (100BASE-TX)
2 (100BASE-TX)
2 (100BASE-TX)
Multi Protocol
Support, Integrated:
PHYs, ARM-9 µC
Multi Protocol
PHYs, ARM-9 µC
Multi Protocol
PHYs, ARM-9 µC
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
FMMUs
Clock distribuido
N. portas
August 2012
Características ESC: Micro-Processor
EtherCAT:
- Rápida
Nome
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
Tipo
Sitara AM3357/3359
ARM MPU
Fornecedor
Material
324NFBGA
0,8mm Pitch
Tamanho
15 * 15 mm
- Fácilidade de
implementar
µC Interface
200 MHz interconnect
(internal, 32bit)
- Comprovada
E/S digitais
8/8
- Aberta
E/S gerais
>32
- Conformidade
DPRAM
- Segurança
SyncManager
8
- Redundancia
FMMUs
8
- Versátil
Clock distribuido
N. portas
Especialidade
August 2012
8 kByte
Yes
2 MII
Multi Protocol Support, ARM Cortex A8
(275…720 MHz)
Características de escravo EtherCAT : FPGA
Nome
ET1810/ET1811/ET1812
ET1815/ET1816/ET1817
Altera FPGA + IP Core
Xilinx FPGA + IP Core
Material
Cyclone® II+III+IV E, IV GX,
Stratix® I+II+III+IV+V, GX, II GX,
Arria® GX, II GX, II GZ,
Intel® Atom™ E6x5C
Spartan® 3+3E+3A+3AN+3A DSP
Spartan® 6,
Kintex™ 7+ 7LP
Virtex® 4+5+6+7+7LP
Tamanho
FPGA dependent
FPGA dependent
- Fácilidade de
implementar
µC Interface
FPGA dependent
FPGA dependent
- Comprovada
E/S digitais
serial/parallel
(8/16-bit, async)
AVALON®*
serial/parallel
(8/16bit, async)
PLB®, OPB®*
- Conformidade
E/S gerais
8-32*
8-32*
- Segurança
DPRAM
1...60 kByte*
1...60 kByte*
- Redundancia
SyncManager
0…8*
0…8*
- Versátil
FMMUs
0…8*
0…8*
Clock distribuido
Yes*
Yes*
1-3 (MII / max. 2 RMII)
1-3 (MII / max. 2 RMII)
Several IP Core License models
available
Several IP Core License models
available
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
Tipo
Fornecedor
- Aberta
N. portas
Especialidade
August 2012
* configurable
Opções de configuração IP-Core (ET18xx)
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
• Consumo de recursos do FPGA depende da configuração
• Exemplos:
– Configuração pequena:~ 6,000 LE (Altera Cyclone I)
~ 3,700 Slices (Xilinx Spartan-3E)
• 32Bit de ES digital, 1kByte RAM,
• Sem clock distribuído, pequeno registrados
• 2 FMMU, 2 SyncManager
– Max. Configuração: ~ 17,000 LE (Altera Cyclone I)
~ 11,000 Slices (Xilinx Spartan-3E)
• Escravo SPI, 60kByte RAM,
• Com clock distribuído, registro total
• 8 FMMUs, 8 SyncManager
- Versátil
– Altera (LEs):
– Xilinx (Slices):
August 2012
DC: ~3,000, SM: ~500, FMMU: ~600
DC: ~1,900, SM: ~350, FMMU: ~400
EtherCAT é mais fácil de implementar: Escravo
• Código de exemplo de escravo
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
– Gerenciamento de barramento pelo controlador
– Gerenciamento aprimorado de máquina de estado
EtherCAT
– Caixa de mensagens
– Gerenciadores do protocolo:
•
•
•
•
CoE (CANopen over EtherCAT)
FoE (File Access over EtherCAT)
EoE (Ethernet over EtherCAT)
SoE (Servodrive Profile over EtherCAT)
– Exemplos de aplicações para cada protocolo
– Para uso nos próprios produtos – vem com o kit de
avaliação Beckhoff!
– Código usado também em produtos Beckhoff
Implementação de escravos EtherCAT: Módulos
• Módulos de comunicação escravos
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
– EtherCAT com ET1100 ASIC (FB1111)
– EtherCAT com Altera/Xilinx* FPGA (FB1122/1130)
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
*IP Core required
August 2012
Implementação de escravo EtherCAT: Módulos
• EtherCAT Interface com netX 500 ASIC
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Implementação de escravos EtherCAT: Módulos
• EtherCAT Interface Anybus-S with FPGA
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
• EtherCAT Plug-In module
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Implementação de escravo EtherCAT: Eva-Boards
• Kit de avaliação EtherCAT EL98xx
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
–
–
–
–
–
Com exemplos de implementação (Source)
Controlador escravo EtherCAT como ASIC ou FPGA
Avaliação total de mestre EtherCAT incluída
Muitos PDI (32 Bit Digital I/O, 8/16-Bit µC, SPI) disponíveis
PIC on-board com interface debugger
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Implementação de escravos EtherCAT: Eva-Boards
• Cyclone III Development Board DBC3C40
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
– Controlador Escravo EtherCAT como FPGA (Cyclone III)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
2 x 10/100 Ethernet PHY
LVDS TFT interface
16 Mbyte SDRAM
1Mbyte SRAM
8 Mbyte flash
Security Eprom
1 x UART transceiver
2 x CAN transceiver
4 x RS485 transceiver
USB 2.0 OTG
Temperature Sensor
32 pin I/O connector
16 bit 24V I/O interface
8 x User LEDs
2 digit seven segment display
4 user buttons
navigation key
Implementação de Escravo EtherCAT: Eva-Boards
• netX100 Network Evaluation Board
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
– with EtherCAT protocol stack
– EtherCAT Slave Controller as ASIC (netX100)
– Can work as Master or Slave in the network
•
•
•
•
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
•
•
•
•
•
•
•
4 MByte 16-Bit Flash
8 MByte 32-Bit SDRAM
Two Ethernet Ports with Switch and Hub Functionality
Fieldbus Interface for AS-Interface (Master only), CANopen, CCLink, DeviceNet, InterBus (Master only), PROFIBUS
USB 1.1 Device
RS232C-Interface
JTAG-Interface
16 Switches as Digital Inputs
16 LEDs as Digital Outputs
Two Digit Address Switch
Reset and Boot Buttons
Implementação de escravo EtherCAT: Eva-Boards
• netX500 RE Evaluation Board
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
– Com exemplo de código (on demand)
– Controlador Escravo EtherCAT como ASIC (netX500)
– Muitos PDI disponíveis
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Controlador Escravo EtherCAT sem Host Controller
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
4 Grupos de 8 sinais binários
8 I/O
8 I/O
8 I/O
8 I/O
EtherCAT
Slave
Controller
I/O Application
Process Data
Service Data
Dual Port Memory
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
Sync-Manager, FMMU
non volatile Data
Registers
- Aberta
- Conformidade
Auto-Forwarder with Loop Back
- Segurança
PHY
Trafo
RJ45
August 2012
RJ45
- Versátil
EtherCAT MAC
MII
Trafo
EtherCAT MAC
MII
PHY
- Redundancia
EEPROM
Controlador escravo EtherCAT sem Host Controller
• Características
EtherCAT:
- Rápida
– Máquina de estado EtherCAT
- Facilidade de
configurar
– Sem caixa de mensagens
– Sem dicionário de objetos
– Até 32 signais podem ser
conectados diretamente
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
• handled by ESC
(EtherCAT Slave Controller)
•
•
•
•
•
32 Bit entrada
32 Bit saída
24 Bit entrada / 8 Bit saída
– Configuração de Boot e informações do escravo
(Identificação) na série E²PROM
– Sem software necessário
Controlador escravo EtherCAT com Host Controller
EtherCAT:
- Rápida
Host Controller
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
Process Data
HTTP,
FTP,…
Service
Data
TCP/IP
RAM for TCP/IP
and complex
Applications
(optional)
EtherCAT
Slave
Controller
Application Mapping
Process Data
Mailbox
Dual Port Memory
- Fácilidade de
implementar
non volatile Data
- Comprovada
Sync-Manager, FMMU
- Aberta
Registers
- Conformidade
Auto-Forwarder with Loop Back
- Segurança
- Redundancia
RJ45
Trafo
PHY
Trafo
RJ45
August 2012
EtherCAT MAC
MII
PHY
EtherCAT MAC
MII
- Versátil
EEPROM
• Interface 8/16-bit µC
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
–
–
–
–
Desmultiplexado
Tipos de sinal intel
Polaridade configurada (BUSY, INT)
Típico µC:
• Intel 80x86, Infineon 80C16x,
Hitachi SH1, ST10, ARM,
TI TMS320 Serie,…
• SPI
– Até 10 MBaud
– µC é mestre SPI
– Típico µC:
• Microchip PIC, DSPic, Intel 80C51,…
• Características:
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
– Máquina de estado EtherCAT
– CoE (CANopen over EtherCAT):
• Caixa de mensagens com protocolo SDO
•
Dicionário de objeto com obejtos obrigatórios
– Tipo de dispositivo
– Objeto de identificação
– Endereço físico
– Mapeamento PDO e objetos relatados
– Tipo de comunicação Sync Manager
– Relação Sync Manager PDO
– ou:
SoE (Perfil Servodrive (IEC61800-7-204*) over EtherCAT)
– opcional: EoE (Ethernet over EtherCAT)
- Versátil
* also known as SERCOS Standard
August 2012
Requerimentos de microcontrolador (Host Controller
escravo)
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
• Simples dispositivos (E/S) Devices não precisam de µC
• Tarefas de µC e dispositivos mais complexos:
– Troca de dados de processo com a aplicação
– Dicionário de objetos
– Parâmetros de aplicação
(parâmetros de comunicação gerenciados pelo ESC)
– TCP/IP Stack – se necessário
• Performance do µC é determinada pela aplicação do
dispositivo, e não pela comunicação EtherCAT
– Em muitas classes 8-bit µC é suficiente
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
EtherCAT é mais fácil de implementar: Mestre
• Implementação de mestre:
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
– e.g. com exemplo de código (fonte)
– Ferramenta de configuração EtherCAT
– Formato de dados XML de ESI e ENI
Process Data (PD) Image
description
Realtime
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
Application
EtherCAT
Configuration Tool
Parser
.xml
.xml
.xml
.xml
EtherCAT Slave
Information (ESI) Files
EtherCAT Network
Information (ENI) File
init
optional; for online functionality
(e.g. scanning for devices)
- Versátil
Realtime
Ethernet Frames
Standard Ethernet MAC
resp.
acyclic
commands
EtherCAT Master Driver
Network Driver
August 2012
Mailbox
Services
req.
cyclic
commands
- Segurança
- Redundancia
Process Data
Image
EtherCAT é mais fácil de implementar: Mestre
• Exemplo: Mestre com uma única imagem de processo
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
– típico e.g. para pequenos controladores com uma task
– até 1488 Byte de dados de processo
– Cabeçalho para dados de comunicação de processo
constante
Ethernet Header ECAT
DA
SA
Type
6 Bit
6 Bit
2 Bit
EtherCAT Datagram
Frame EtherCAT
HDR
HDR
2 Bit
10 Bit
Ethernet
Data
WKC
EtherCAT:
0….1486 Byte
2
Pad.
FCS
0…32 4 Byte
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
constant header
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
completely sorted
(mapped) process data
Working
Counter:
constant
Padding Bytes and
CRC generated by
Ethernet Controller
(MAC)
– Mestre pode ser implementado com esforço mínimo
– Sem necessidade de processador de comunicação
separado (e.g. on plug-in card)
– Mais simples que outras redes de campo
– Muito mais simples que outras redes de Ethernet
Industrial…
EtherCAT é aprovado
Em linhas de produção desde 2003, excelente variedade de produtos
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
EtherCAT é uma tecnologia aberta
• Protocol é completamente aberto:
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
– EtherCAT é normatizado por IEC, ISO e SEMI
(IEC 61158, IEC 61784, ISO 15745, SEMI E54.20)
• Controlador escravo de muitas origens
• Controlador escravo fornece interoperabilidade
• ETG organiza testes de interoperabilidade
(„Plug Fests“), Workshops e Seminários
• Testes e certificados de conformidade
EtherCAT Technology Group e IEC
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
• Placa de gerenciomento da IEC foi aprovada Liaison do
EtherCAT Technology Group com IEC SC65C WG
11/12/13 + JWG10 (SC65C: comunicação digital)
• Assim o ETG é um parceito oficial da IEC
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
EtherCAT em IEC 61800-7
EtherCAT:
- Rápida
IEC 61800-7: Interface Genéricase uso de perfis para drives de potência
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
IEC 61800-7-1: Interface Definition
Annex A:
Mapping to
CiA402
Annex C:
Mapping to
PROFIdrive
Annex D:
Mapping to
SERCOS*
IEC 61800-7-200: Profile Specifications
Annex B:
Mapping to
CIP
IEC 61800-7-201:
Profile
CiA402
IEC 61800-7-202:
Profile
CIP Motion
IEC 61800-7-203:
Profile
PROFIdrive
IEC 61800-7-204:
Profile
SERCOS*
- Conformidade
- Segurança
IEC 61800-7-300: Mapping of Profiles to Network Technologies
- Redundancia
- Versátil
IEC 61800-7-301
Mapping to Mapping to Mapping to
CANopen**
EPL
EtherCAT
B
...
C
...
IEC 61800-7-304
Mapping to Mapping to Mapping to
SERCOS I/II SERCOS III EtherCAT
*SERCOS interface™ is a trademark of SI e.V.
**CANopen™ is a trademark of CAN in Automation e.V.
August 2012
Arquitetura EtherCAT + dispositivos
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
Dispositivo EtherCAT
File System,
Bootloader
HTTP, FTP,…
The SERCOS*
Standard
TCP
UDP
IP
The CANopen**
Process Data
Standard
IDN
Object Dictionary
Service Channel
SDO
IEC 61800-7-204
IEC 61800-7-304
EN 50325-4
IEC 61800-7-201
IEC 61800-7-301
File Access
Ethernet
- Aberta
- Conformidade
DEVICE Application
FoE
EoE
SoE
CoE
- Segurança
Mailbox
- Redundancia
EtherCAT Slave Controller
PDO
Mapping
AT
MDT
CoE/SoE
Process Data
- Versátil
Ethernet Physical Layer
*SERCOS interface™ is a trademark of SI e.V.
**CANopen™ is a trademark of CAN in Automation e.V.
August 2012
Mestres EtherCAT implementados em grandes quantidades
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
RTOS*
eCos
Integrity
Intime
Linux with RT-Preempt
MQX
On Time RTOS-32
OS-9
PikeOS
Proconos OS
QNX
Real-Time Java
RMOS
RT Kernel
RT-Linux
RTX
RTXC
RTAI Linux
VxWin + CeWin+ RTOS32Win+LxWin
VxWorks
Windows CE
Windows XP/XPE with CoDeSys SP RTE
Windows XP/XPE with TwinCAT RT-Extension
Windows Vista, 7
XOberon
XENOMAI Linux
µC/OS II
*as of April 2012
August 2012
Typical EtherCAT Device Architecture
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
EtherCAT Device
DEVICE Application
HTTP, FTP,…
optional
Device Profile
Profile
Device
Definitions
Definitions
TCP
UDP
IP
Ethernet
- Conformidade
Parameters
Asynchronous
Communication
(Explicit
Addressing)
EoE
- Segurança
CoE/SoE
Mailbox
- Redundancia
Cyclic
Synchronous
Communication
(Implicit
Addressing)
CoE/SoE
Process Data
- Versátil
August 2012
Arquitetura de servodrive com SoE EtherCAT
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
EtherCAT Device
HTTP, FTP,…
Servodrive Application
IEC 61800-7204
éo
SERCOS*
Drive Profile
opcional
TCP
UDP
Service Channel
IP
Ethernet
- Conformidade
IDN
Servodrive Profile IEC 61800-7-204
Mapping to EtherCAT: IEC 61800-7-304
EoE
- Segurança
SoE
Mailbox
- Redundancia
Process Data:
AT / MDT
SoE
Process Data
- Versátil
*SERCOS interface™ is a trademark by SI e.V.
August 2012
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
•
•
•
•
Fundação: Novembro de 2003
Tarefas: Suporte, Avanços e promoção do EtherCAT
A maior organização mundial de redes de campo
Mais de 2050* empresas membro de
54 países em 6 continentes:
– Fabricantes de dispositivos
– Clientes finais
– Fornecedores de tecnologia
• Filiação é aberta a todos
*as of July 2012
August 2012
Time mundial do ETG
Dr. Guido
Beckmann, GER
Andrea Bock,
GER
Geng Cheng,
CHN
Bin (Beryl) Fan,
CHN
Oliver Fels,
GER
Thomas Rettig,
GER
Martin Rostan,
GER
Florian Hammel,
GER
Florian Häfele,
GER
Rainer Hoffmann,
GER
Liliane Hügel,
GER
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
Dr. YanQiang Liu, Prof Dr. Yong-Seon Masanori Obata,
CHN
Moon, KOR
JPN
Makiko Hori,
JPN
Joseph P. Stubbs,
USA
Fengjiao (Jojo) Fu
CHN
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
ETG Office
Japan
- Redundancia
- Versátil
ETG Office
North America
Seattle, WA
ETG Headquarters
Yokohama
Germany
ETG Office
ETG Office
Nuremberg
China
Korea
Beijing
Seoul
August 2012
Key Yoo,
KOR
Estrutura do EtherCAT Technology Group
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Desenvolvimento de membros ETG
July 2nd, 2012: 2050 membros
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
2000
1500
May 2011 – May 2012:
+ 380
1000
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
500
- Versátil
Nov-03
Feb-04
May-04
Aug-04
Nov-04
Feb-05
May-05
Aug-05
Nov-05
Feb-06
May-06
Aug-06
Nov-06
Feb-07
May-07
Aug-07
Nov-07
Feb-08
May-08
Aug-08
Nov-08
Feb-09
May-09
Aug-09
Nov-09
Feb-10
May-10
Aug-10
Nov-10
Feb-10
May-11
Aug-11
Nov-11
Feb-12
May-12
0
90
Distribuidores de membros ETG
100%
90%
Ásia
80%
70%
60%
50%
América
EtherCAT Technology
Group é verdadeiramente
uma organização global
Europa
w/o Germany
40%
> 2000
membros
35
membros
30%
Alemanha
20%
Germany
Europe w/o Germany
America
Asia
ROW
Membros do ETG na Ásia
July 2nd 2012:
607 Membros asiáticos
EtherCAT:
- Rápida
600
500
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
400
300
- Aberta
- Conformidade
200
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
100
0
Asia (others)
Japan
China+Taiwan
Korea
Maio 2011 – Maio 2012:
+ 149!
Membros ETG na América do norte
Jan 23rd 2012:
254 Membros Americanos
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
300
250
200
150
- Aberta
- Conformidade
100
- Segurança
- Redundancia
50
- Versátil
0
America (others)
Canada
USA
Fev 2011 – Fev 2012:
+ 34%
Membros do ETG na Corea
March 20th 2012:
79 Membros coreanos
EtherCAT:
- Rápida
80
- Facilidade de
configurar
60
- Sincronizada
- Custos Efetivos
70
- Fácilidade de
implementar
50
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
Korea
40
30
20
10
0
August 2012
Membros de 54* Países, 6 Continentes
*as of May 2012
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
Argentina
Austrália
Áustria
Bélgica
Belarus
Colômbia
Bosnia e
Herzegovina
Brasil
Bulgária
Canadá
China
França
Alemanha
Grécia
Hungria
Índia
Irã
Irlanda
Israel
Itália
Japão
Corea
Líbano
Látvia
Liechtenstein
Lituânia
Malta
México
Holanda
Nova
Zelândia
Noruega
Polônia
Portugal
Romênia
Russia
San Marino
Sérvia
Singapura
Eslováquia
Eslovênia
África do sul
Espanha
Suécia
Croácia
Rep
Tcheca
Dinamarca
Finlândia
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
Suíça
August 2012
Taiwan
Tailândia
Turquia
Ucrânia
Reino Unido
EUA
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
ETG Office
*as of March 2012
August 2012
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
ETG Office
*as of March 2012
August 2012
Quantos membros investem na tecnologia?
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
•
Um indicador: kits de implementação vendidos.
•
Até agora, Beckhoff vendeu mais de 1300 kits
(78% slave kits, 22%(!) master kits)
•
+ há kits de escravos + mestre stacks de outros
fornecedores*, como
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Escravo
- Aberta
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Beck IPC
Deutschmann
EBV Elektronik
Hilscher
HMS anybus
IXXAT Automation
koenig-pa
port
Red one
Soft Servo Systems
ST Microelectronics
Terasic Technologies
Tetra
Xilinx
…
Mestre
EtherCAT:
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
acontis
esd
igH
IXXAT Automation
Kithara
Koenig-PA
MicroSys
Profimatics
Sybera
…
* Only those listed that have entered their
offering in the EtherCAT Product Guide
ETG: Membros ativos
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
• Hannover Messe 2012: 68 fornecedores com mais de 280
dispositivos EtherCAT diferentes no stand do ETG:
– 35 drives diferentes de 24 fabricantes operam na mesma rede
– 25 mestres diferentes em uma instalação, usando 10
diferentes sistemas operacionais
– Dispositivos de segurança (mestre + escravo) de outros
fabricantes operando em um sistema.
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
EtherCAT: Grande seleção de produtos
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
E/S, Controlador, IHM, Servo Drives, Inversores de frequência
Sensores, Kits de desenvolvimento Escravo + Mestre,
Painéis de controle, Válvulas hidráulicas e
pneumáticas,
…
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Fornecedores de drives EtherCAT
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
2010 2011 2012
67
83
99
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
(Vendors that ship or have announced EtherCAT drives as of 7/2012. Not all products shipping yet)
Demonstração de servodrives de vários fabricantes
com EtherCAT
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
35 Eixos diferentes,
24 diferentes fabricantes
1 rede EtherCAT
Taxa de adoção em mestres (Controlador)
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
2010 2011 2012
85 113 140
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
(Vendors that ship or have announced EtherCAT master devices as of 7/2012. Not all products shipping yet)
Taxa de adoção em E/S: EtherCAT
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ABB
Ackermann
ACS Motion Control
Addi-Data
Adlink
AFT Fahrzeugtechnik
Algo System
Amoy Dynamics
Anca
AutomationX
B&R
Balluff
Baumüller
BBH
Beckhoff
Belden
Berghof
Bosch Rexroth
CEC
CSM
Deif
Dina Elektronik
dSPACE
Eckelmann
esd
Festo
Gantner
Grossenbacher
HBM
Helmholz
IDS
Imc/Additive
Jäger Messtechnik
Jumo
KEB
KEBA
Keyence
• Knestel
Kolektor Synatec
• Kollmorgen
• Kuhnke
• Lenze
• M-System
• MaVi
• Messung
• MicroControl
• Microinnovations/Eaton
• Mikrap
• MKS Instruments
• MKT Systemtechnik
• MSC
• MTT
• Murrelektronik
• M-System
• National Instruments
• Omron
• Panasonic SUNX
• Power Instruments
• Prima Electro
• Schweitzer Engineering
Laboratories / SEL
• SEW Eurodrive
• Shanghai Xinhua
• SHF
• SMC
• Sontheim
Industrie Elektronik
• TETRA
• TexComputer
• TR Elektronik
• Turck
• Unidor
• Unitro
• VIPA
• Wago
•
2010 2011 2012
43
52
72
(Vendors that ship or have announced EtherCAT I/O devices as of 7/2012. Not all products shipping yet)
Tecnologia de SO em Mestres EtherCAT
•
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
Mestres EtherCAT implementados no range de RTOS*
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
eCos
Integrity
INtime
Linux with RT-Preempt
Microware® OS-9
MQXTM
On Time RTOS-32
Oracle® Solaris (SunOS)
PikeOS
Proconos OS
QNX®
Real-Time JavaTM
RMOS
RTKernel
RT-Linux
RTX
RTXC
RTAI Linux
SCALE-RT
TKernel
VxWin® + CeWin®+ RTOS32Win®+LxWin
VxWorks®
Windows® CE
Windows Embedded mit IntervalZero RTX
Windows® XP/XPE mit CoDeSys SP RTE
Windows® XP/XPE mit TwinCAT RT-Extension
Windows® Vista, 7
XOberon
XENOMAI Linux
µC/OS-IITM
*as of July 2012
Conformidade e interoperabilidade
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
• A conformidade e a interoperbilidade são muito
importantes para o sucesso da tecnologia de
comunicação
– Conformidade com a especificação é uma obrigação para
todos os usuários da tecnologia EtherCAT
– Para isso, o EtherCAT Conformance Test Tool (CTT) é
usado
– Casos de testes para o CTT são fornecidos pelo grupo de
trabalho „Conformance“ dentro da comunidade ETG
– O Teste de conformidade EtherCAT testa antes do
certificado oficial do EtherCAT Test Center (ETC)
Safety over EtherCAT
Alimentador de material
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
Controle Bimanual
Proteção de espaço com
scanner
Parada de
emergência
Diagnóstico
de operador
Limitação segura
de posição /
velocidade
- Redundancia
- Versátil
Instalação /
Manutenção
Porta com travas
de segurança
Isolamento
August 2012
Conceitos de segurança de máquinas modernas
August 2012
Safety over EtherCAT: Características
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
• Safety over EtherCAT (FSoE) define um padrão de
comunicação segura para o transporte de dados em
processo seguros de dispositivos Safety over EtherCAT.
• FSoE é uma tecnologia aberta dentro do EtherCAT
Technology Group (ETG).
• O protocolo é desenvolvido de acordo com IEC 61508
– Tem o Nível de segurança (SIL) 3
– Probabilidade de erro residual R(p) < 10-9
• O protocolo é aprovado pelo corpo independente (TÜV)
Safety over EtherCAT: Características(2)
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
• Frame FSoE é mapeado em PDOs cíclicas
– Mánimo tamanho de frame FSoE: 6 Byte
– Máximo tamanho de frame FSoE: dependendo do número
de dados de processo do dispositivo escravo
– Assim o protocolo é aplicável para E/S seguras e para
controle funcional de movimento
• Transferência confirmada do Mestre FSoE para o
escravo FSoE e vice versa.
• Parâmetros de segurança do dispositivo podem ser
descarregados do Mestre para o Escravo no Boot-Up da
conexão FSoE
• Produtos certificados com Safety over EtherCAT estão
disponíveis desde 2005.
Safety over EtherCAT: Características (3)
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
• A especificação FSoE não tem restrições de acordo
com:
– Camada de comunicação e interface
A comunicação não faz parte das medidas de segurança:
black channel
(assumindo taxa de bit de erro: p = 10-2)
– Velocidade de transmissão
– Tamanho de dados de processo
(o tamanho é arbitrário)
• Roteando via gateways não-seguros, sistemas de rede
de campo ou backbones são possíveis
Safety over EtherCAT: Roteando
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
• Podem ser roteados através de gateways não-seguros
• Podem ser roteados através de outras redes de campo
• Uma tecnologia de segurança para (quase) todas as
redes de campo
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Safety over EtherCAT: Arquitetura do Software
Dispositivo 1
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
Dispositivo 2
Aplicação
De Segurança
Aplicação
De Segurança
Aplicação
Padrão
Aplicação
Padrão
Safety over
EtherCAT
Protocolo
Safety over
EtherCAT
Protocolo
EtherCAT
Interface de comunicação
- Segurança
EtherCAT
EtherCAT Telegrama
- Redundancia
- Versátil
Safety data container (FSoE Frame)
EtherCAT é usado como um "black channel"
Contém informação segura e não-segura
August 2012
Safety
over
EtherCAT
EtherCAT
DLL e AL
Safety over EtherCAT: Arquitetura de Hardware
• Um canal de comunicação
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
Controlador A
Protocolo
Seguro
Controller A
Safety
Protocol
- Conformidade
Entrada
- Versátil
August 2012
PHY
Magnetics
- Aberta
RJ45
- Comprovada
- Redundancia
Dispositivo
- Segurança
De acordo com o modelo A da IEC 61784-3 Anexo A
Controlador B
Protocolo
Seguro
Controller B
Safety
Protocol
EtherCAT
Escravo
RJ45
Magnetics
- Rápida
PHY
EtherCAT:
Saída
Safety over EtherCAT: Estrutura do Frame
Device 1
EtherCAT:
- Rápida
FSoE Frame
Aplicação
De segurança
- Facilidade de
configurar
FSoE
Protocolo
EtherCAT
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
EtherCAT Frame
Cabeçalho Cabeçalho 1. DataEthernet EtherCAT grama
2. Datagram
FSoE
- Custos Efetivos
Aplicação
Padrão
HDR
- Sincronizada
Process Data
FSC
- Segurança
FSoE Frame
- Redundancia
Qualquer
dispositivo detecta
um novo frame
FSoE, se um único
bit no frame é
mudado
Cada 2 Byte de dados
são checados
O número máximo de
dados de segurança
não é restringido pelo
protocolo.
- Versátil
CMD
August 2012
O Frame FSoE
Frame está
embarcado como
um Container nos
dados de processo
do dispositivo
Safe
Data 0
CRC_0
Safe
Data 1
CRC_1
Safe
Data n
CRC_n Conn ID
Safety over EtherCAT: Medidas de Segurança
EtherCAT:
- Rápida
Medida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Erro
Sequencia
Numérica
Watchdog
ID de
conexão
Cálculo
CRC
Repetição não intencional
Perda
Inserção
Sequência incorreta
Corrupção
Delay inaceitável
Máscara
Repetição de erros em
switches
Envios errados entre
segmentos
Safety over EtherCAT: Exemplo de implementação
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
• Lógica Descentralizada
• PLC padrão roteia mensagens seguras
PLC
Padrão
Entradas Seguras
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
Saídas seguras
- Segurança
- Redundancia
S
- Versátil
S
S
Drives seguros
August 2012
Lógica Segura
S
Safety over EtherCAT: Vantagens
• Solução totalmente integrada:
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
– Comunicação padrão e segura em um canal
• Redução de redes e interfaces
• Configuração central, diagnósticos e manutenção para
E/S seguras e ‚não seguras‘ em uma ferramenta
• Aplicações seguras fazendo uso total das vantagens do
EtherCAT:
–
–
–
–
–
Baixos tempos de resposta
Número de nós quase ilimitado
Grandes extensões de rede
Opções de redundância de cabo
Grande flexibilidade com conexão quente
- Versátil
August 2012
Sem Redundância: Operação Normal
EtherCAT:
- Rápida
Mestre EtherCAT
RX Unit
TX Unit
RX
TX
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
MAC 1
RX
☺
☺
☺
Escravo 1
Escravo 2
Escravo N
RX
RX
RX
TX
TX
RX
TX
TX
...
TX
August 2012
TX
RX
...
TX
RX
Sem Redundância: Falha de cabo
EtherCAT:
- Rápida
Mestre EtherCAT
RX Unit
TX Unit
RX
TX
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
MAC 1
RX
TX
☺
☺
Escravo 1
Escravo 2
Escravo N-1
Escravo N
RX
RX
TX
TX
RX
TX
...
TX
August 2012
RX
RX
TX
TX
RX
...
TX
RX
TX
RX
Sem redundância: Falha no cabo ou no nó
EtherCAT:
- Rápida
Mestre EtherCAT
RX Unit
TX Unit
RX
TX
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
MAC 1
RX
TX
☺
☺
Escravo 1
Escravo 2
Slave N-2
RX
RX
RX
TX
TX
TX
Escravo N-1
Escravo N
RX
TX
...
TX
August 2012
RX
RX
TX
TX
RX
...
TX
RX
TX
RX
TX
RX
Sem redundância: Operação normal
EtherCAT:
- Rápida
Mestre EtherCAT
RX Unit
TX Unit
RX
TX
- Facilidade de
configurar
MAC 1
MAC 2
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
RX
RX
TX
☺
☺
☺
Escravo 1
Escravo 2
Escravo N
RX
RX
RX
TX
TX
RX
TX
TX
...
TX
August 2012
TX
Somente uma
segunda porta
necessária –
Sem cartão
especial
RX
...
TX
RX
Com redundância: Falha de cabo
EtherCAT:
- Rápida
Mestre EtherCAT
RX Unit
TX Unit
RX
TX
- Facilidade de
configurar
MAC 1
MAC 2
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
RX
TX
RX
TX
☺
☺
☺
☺
Escravo 1
Escravo 2
Escravo N-1
Escravo N
RX
RX
TX
TX
RX
TX
...
TX
RX
TX
TX
RX
...
TX
RX
TX
Switchover time: < 15µs
August 2012
RX
RX
Com redundância: Falha no nó ou cabo
EtherCAT:
- Rápida
Mestre EtherCAT
RX Unit
TX Unit
RX
TX
- Facilidade de
configurar
MAC 1
MAC 2
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
RX
TX
RX
☺
☺
Escravo 1
Escravo 2
Slave N-2
RX
RX
RX
TX
TX
TX
TX
☺
☺
Escravo N-1
Escravo N
RX
TX
...
TX
August 2012
RX
RX
TX
TX
RX
...
TX
RX
TX
RX
TX
RX
EtherCAT: Alta disponibilidade
• Redundância de cabo
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
– Necessidade de uma segunda porta somente no mestre
• Hot Swap dos dispositivos
• Conexão quente de segmentos de rede
• Mestre redundante com Hot Stand By
Mestre
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Grupo de
Conexão quente
EtherCAT: arquitetura versátil do sistema
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
•
•
•
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
August 2012
M2S
Portas
- Versátil
Mestre para escravo
Escravo para escravo
Mestre para mestre
Mestre
M2M
Gateways
M2S
Mestre
S2S
Protocolo de Automação EtherCAT
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Protocolo de automação EtherCAT: Aplicação
MES
OPC
Controller
Je Verbindung:
10ms cycle
IN 1kByte
OUT 1kByte
IN 600 Byte
OUT 600 Byte
IN 600 Byte
OUT 600 Byte
IN 600 Byte
OUT 600 Byte
Visu
zum Controller und
allen Stationen
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
StationsMaster
StationsMaster
StationsMaster
StationsMaster
StationsMaster
StationsMaster
10 ms cycle
StationsMaster
Einschleusen
August 2012
StationsMaster
Einschleusen
StationsMaster
ProzessKammer
ProzessKammer
ProzessKammer
Ethernet Connection
EtherCAT Automation Protocol
EtherCAT Segment
OPC
ProzessKammer
ProzessKammer
Ausschleusen
Ausschleusen
StationsMaster
Ausschleusen
EtherCAT e Comunicação Wireless
EtherCAT:
- Rápida
- Sincronizada
•
•
•
Dispositivos wireless podem ser conectados pelo switch
Segmentos wireless não diminuem a comunicação EtherCAT
Protocolo: Protocolo de Automação EtherCAT
–
- Facilidade de
configurar
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
•
Troca de dados de processo Pushed e/ou Polled
Segmento transparente para dispositivos mestre
Master
Porta
- Versátil
e.g. RFID Reader
August 2012
EtherCAT e comunicação Wireless
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
•
•
•
Dispositivos wireless podem ser conectados pelo switch
Segmentos wireless não diminuem a comunicação EtherCAT
Protocolo: Protocolo de Automação EtherCAT
–
•
Troca de dados de processo Pushed e/ou Polled
Segmento transparente para dispositivos mestre
Porta
Master
Mestre vê os
dados de processo
de um sub-sistema
ou das E/S locais
e.g. Leitor ou cartão
RFID
Mestre com ou
sem controle
da aplicação
Porque as empresas escolhem EtherCAT?
• Alta performance
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
– EtherCAT é a tecnologia Ethernet Industrial mais rápida
• Topologia flexível
– Beneficia não somente para grandes aplicações distribuídas
• Facilidade de uso
– Facilidade de manutenção e configuração
• Baixos Custos
– Implementação e infraestrutura econômicas
• Segurança Funcional
– Comunicação segura integrada
• Variedade de produtos
– Grande variedade de produtos EtherCAT disponíveis
Aplicaçãoes do EtherCAT
• Aplicações rápidas, e.g.:
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
–
–
–
–
–
–
–
–
Máquinas de embalagens
Prensagem rápida
injetoras
Máquinas para madeira
Máquinas ferramena (CNC)
Berço de teste
Robótica
…
• Aplicações distribuídas, e.g.:
–
–
–
–
Movimentação de material
logística
Aquisição de dados
…
Aplicações do EtherCAT
• Devido ao baixo custo do mestre e cabeamento simples:
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
– Pequenos controladores Embedded
– Pequenos PLCs
– Qualquer aplicação de controle baseada em PC
• Com ou sem necessidade de tempo real
• EtherCAT permite aplicar outras tecnologias de rede de
campo cabeadas
- Versátil
August 2012
EtherCAT – A rede Ethernet de campo
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
Porque usar o mais lento,
somente porque é mais caro?
EtherCAT – A rede Ethernet de campo.
Por favor, visite-nos em
EtherCAT:
- Rápida
- Facilidade de
configurar
- Sincronizada
- Custos Efetivos
- Fácilidade de
implementar
para obter mais informações
- Comprovada
- Aberta
- Conformidade
- Segurança
- Redundancia
- Versátil
August 2012
www.ethercat.org
EtherCAT Technology Group
ETG Headquarters
Ostendstr. 196
90482 Nuremberg, Germany
Fone: +49 911 54056 20
[email protected]

A Rede Ethernet de Campo. - EtherCAT Technology Group

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