EtherCAT | Maliyetleri Düşüren Yüksek Hızlı Ethernet

EtherCAT |
Maliyetleri Düşüren Yüksek Hızlı Ethernet
Otomasyon için gerçek zamanlı Ethernet tab
I/O terminal seviyesinde gerçek
zamanlı Ethernet
Düşük sistem maliyeti
Esnek topoloji
Maksimum performans
Kolay yapılandırma
Mevcut endüstriyel haberleşme
sistemleri ile bütünleşme olanağı
Tümleşik emniyet donanımları
2
Geniş bileşen seçenekleri
Üstün tanı özellikleri
anlı endüstriyel haberleşme
I/O terminali seviyesinde Ethernet |
Çift yönlü Ethernet, birden fazla cihaz için tek
mesaj paketi, standart Ethernet portundan
doğrudan bağlantı.
3
BECKHOFF New Automation Technology
Otomasyon
Hareket Kontrolü
Ölçüm Teknolojisi
Hızlı, esnek, hassas, uygun maliyetli | Her tür
4
Her 30 μs’de
1000 dijital I/O
Her 50 μs’de 200 analog
I/O (16 bit)
Her 100 μs’de 100 servo
ekseni
1 μs’den daha kısa
sürede senkronizasyon
hassasiyeti
Kolay parametrelendirme
beckhoff.com.tr/EtherCAT
Emniyet
EtherCAT (Ethernet for Control Automation
Technology) etkileyici performansı ve özellikle
de basit kurulumu ile endüstriyel otomasyon
için ideal Ethernet çözümüdür.
uygulama için ideal
Öne çıkanlar
– I/O terminali seviyesinde Ethernet – tam devamlılık
– 1 bit ile 60 kbyte arası ölçeklendirilebilen Ethernet arabirimi
Topoloji
– 65 535 cihaza kadar hat, ağaç ya da yıldız topolojisi
– Neredeyse limitsiz ağ boyutu (> 500 km)
– Haberleşme modüllerinin güç altında sökülüp takılabilmesi
Maliyet avantajları
– Ağ ayarı gerektirmez: düşük mühendislik maliyetleri
– Yazılımsal master ile gerçek zamanlı haberleşme: ilave kart gerektirmez
– Ağ anahtarı, vs... gibi aktif altyapı bileşenleri gerektirmez
– Diğer haberleşme sistemlerine göre daha düşük kablo ve konnektör maliyetleri
– I/O terminal seviyesine kadar EtherCAT: Karmaşık Bus Birleştiriciler gerektirmez
– Bütünleşik EtherCAT Slave Denetleyicileri sayesinde düşük arabirim maliyetleri
İletişim Kuralları
– Ethernet yapısı içerisinde optimize edilmiş iletişim kuralları, dinamik işlem
– Yığın performansından bağımsız, tamamı ile donanımsal gerçekleme
– Hassas senkronizasyon için dağıtılmış saatler
– Yüksek çözünürlüklü ölçümler için zaman damgası ve aşırı örnekleme
Arabirimler
– Standart Ethernet cihazları için ağ anahtarı terminali
– Endüstriyel haberleşme terminalleri
– Ağ geçitleri
Açıklık
– Tamamen Ethernet uyumlu
– Ağ anahtarları ve yönlendiriciler ile çalışabilir, fakat zorunlu değildir
– Diğer iletişim kuralları ile karışık çalışma imkanı
– İnternet teknolojilerini destekler (Web server, FTP, vb...)
– EtherCAT; IEC, ISO ve SEMI standartlarına uygundur
– Dünyanın en büyük endüstriyel haberleşme kuruluşu olan “EtherCAT Teknoloji
Grubu” tarafından desteklenmektedir
Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır.
BECKHOFF New Automation Technology
5
EtherCAT teknolojisinin temelleri
Gerçek zamanlı Ethernet:
I/O Terminal seviyesinde
son derece yüksek hız
Üstün performans, esnek
topoloji ve basit yapılandırma
Beckhoff’un gerçek zamanlı ethernet teknolojisi olan
EthetCAT’in (Ethernet for Control
Automation Technology) karakteristik özellikleridir. Mevcut
endüstriyel haberleşme sistemleri sınırlarına ulaşırken,
EtherCAT yeni standartlar belirliyor: 1000 dağıtılmış I/O ile
30 μs’de haberleşme, neredeyse
sınırsız ağ boyutu, Ethernet ve
internet teknolojileriyle sağlanan
uygun dikey bütünleşme. Maliyeti yüksek Ethernet yıldız topolojisi, EtherCAT kullanılarak basit
bir hat veya ağaç yapısıyla değiştirilebilir ve bunun için pahalı
altyapı bileşenleri gerekmez. Tüm
ethernet cihazları bir ağ anahtarı
vasıtasıyla iletişim ağına dahil
edilebilir.
Diğer gerçek zamanlı
Ethernet iletişim kuralları özel
master ya da tarayıcı kartlar
gerektirirken, EtherCAT oldukça
uygun maliyetli standart
Ethernet arabirimi kartları ile
çalışmaktadır.
Çalışma prensibi
Beckhoff, EtherCAT teknolojisi
ile diğer ethernet çözümlerinin
sınırlarını aşıyor: İşlemler, artık
mesaj paketlerini almak, işlemek
ve işlem verilerini kopyalamak
gibi ard arda adımlar içermiyor.
Her cihazdaki (I/O terminalleri de
dahil olmak üzere) EtherCAT
Slave Denetleyici kendine ait
veriyi, paket kendisi üzerinden
geçerken okuyor. Aynı şekilde,
giriş verileri de, tüm slave’leri
dolaşan veri paketinin arasına
eklenebiliyor. Paketler dolaşımdayken (ki aralarında sadece
birkaç bit zaman vardır), slave
ilgili komutları tanıyor ve sırayla
işliyor. İşlemler, Slave Denetleyicinin donanımında gerçekleşiyor
ve bu sebeple iletişim kuralı
yapısı yazılımının çalışma zamanından ya da işlemci gücünden
bağımsız oluyor. Son EtherCAT
slave, tamamen işlenmiş olan
mesaj paketini geri gönderiyor
ve böylece ilk slave, bu paketi
bir cevap paketiymiş gibi Master
denetleyiciye iletiyor.
Terminal seviyesinde
Ethernet
Ethernet iletişim kuralı her bir
cihaz seviyesine kadar (I/O
seviyesine kadar) sağlam yapısını koruyabiliyor böylece alt
haberleşme gereksinimine ihtiyaç
doğmuyor. Elektronik terminal
bloğunun gereksinimine uygun
olarak sadece fiziksel katman
100BASE-TX’den ya da 100BASEFX’den E-bus’a çevriliyor. Terminal bloğundaki E-bus sinyal tipi
(LVDS) sadece bu yapıya özel bir
sinyal olmayıp, aynı zamanda
10 Gbit Ethernet için de kullanılıyor. Terminal bloklarının sonunda, fiziksel haberleşme özellikleri
100BASE-TX standardına geri
dönüştürülüyor.
Master cihazda ise donanım olarak dahili Ethernet
MAC yeterlidir. DMA ise (direct
EtherCAT Slave Denetleyici (ESC) | EtherCAT sadece I/O cihazının dışında değil,
içinde de hızlıdır. Dijital I/O’lar, EtherCAT Slave Denetleyici tarafından, yerel gömülü
yazılımlardan geçerken gecikmeye uğramadan ve kurulmuş mikrokontrolör performansından bağımsız olarak, doğrudan çalıştırılıyor.
Dijital I/O
Endüstriyel Haberleşme/
Ethernet Denetleyici
EtherCAT Slave
Denetleyici
Master’dan
Master’a
Geleneksel cihaz yapısı
6
EtherCATli cihaz yapısı
Dağıtılmış saatler
Hassas senkronizasyon, eşzamanlı çalışma gerektiren dağıtılmış proseslerde son derece
önemlidir.
Senkronizasyon için en etkili
yaklaşım, dağıtılmış saatlerin
doğru sıralanmış olmasıdır.
EtherCAT ile birlikte, veri alışverişi tümüyle makine donanımına
bağlı hale gelmiştir. Haberleşme;
mantıksal (ve aynı zamanda da
fiziksel çift yönlü Hızlı Ethernet
sayesinde) ring (halka) yapısını
kullandığı için, “master saat”
bireysel “slave saat” lerin çalışma zamanlarını kolayca ve doğru
olarak belirleyebiliyor. Dağıtılmış
saatler bu değere göre ayarlanıyor. Böylece, 1 mikrosaniyeden
Optimize edilmiş iletişim kuralı |
Mesaj paketi işlemleri tamamen donanımın içinde gerçekleniyor
Dijital I/O
mikrokontrolör,
RAM vb.
memory access) ana belleğe veri
transferi için kullanılıyor. Bu sistem, ağ verisine ulaşım görevinin
işlemciden alındığı anlamına
geliyor. Aynı prensip, tek PCI
yuvasında 4 ethernet kanalı
içerebilen Beckhoff çok portlu
kartlar için de geçerlidir.
daha az hata payına sahip, son
derece hassas bir ortak zaman
tüm haberleşme ağında elde
edilebiliyor.
Ancak, yüksek çözünürlüklü
dağıtılmış saatler yalnızca eş
zamanlama için kullanılmamakta, aynı zamanda, veri alımının
yerel zaman bilgisi hakkında da
kesin bilgi vermektedir. Genişletilmiş yeni veri tipleri sayesinde,
ölçülen değerlere oldukça kesin
zaman damgaları atanabilmektedir.
Safety over EtherCAT
(EtherCAT üzerinden
Emniyet)
EtherCAT ile emniyetli veri iletişimini sağlamak için, “Safety
over EtherCAT” iletişim kuralı
geliştirildi. Bu iletişim kuralı,
IEC 61508 gereklerini, TÜV’ün
(Alman Teknik Denetleme Kurulu)
de onayladığı, SIL 3 seviyesine
(Emniyet Sağlamlığı Seviyesi)
kadar karşılıyor.
EtherCAT tek kanallı haberleşme sistemi olarak kullanılıyor.
Taşıma ortamı “kara kanal” olarak anılıyor ve emniyet faktörleri
arasında sayılmıyor. Böylece, bu
iletişim kuralı diğer haberleşme
sistemleriyle de ( WLAN, vb.)
iletilebiliyor. Aktarım çevrimi,
kalan hata olasılığını etkilemeden istenilen en kısa zamanda
gerçekleşebiliyor. “Safety over
EtherCAT” master ve “Safety
over EtherCAT” slave arasındaki
emniyetli verilerin döngüsel
alışverişi, bekçi zamanlayıcı tarafından takip edilen bir bağlantıya
benziyor. Bir master, bir çok farklı
slave ile bağlantı kurabiliyor ve
onları takip edebiliyor.
Dolayısıyla, haberleşme kısmı
için işlemci gücüne ihtiyaç
duymamakta ve bu da bağlantı
maliyetini düşürmektedir. Bağlantıda ise, aynı sınıftaki diğer
endüstriyel haberleşme sistemlerinde kullanılanlara kıyasla daha
ucuz olan standart Ethernet kablo ve konnektörleri kullanmak
yeterlidir. Ağ anahtarı gibi aktif
altyapı bileşenleri gerektirmez.
Bu durum aynı zamanda birleşik
güç kaynağı üniteleri, kurulum
ve parameterelendirme için de
geçerlidir. EtherCAT’in çok hızlı
olması sebebiyle, diğer endüstriyel haberleşme sistemleri için
genellikle gereken ağ ayarlamaları gerekmez. Adres seçimi otomatik yapılabilir ve bu da yine
maliyeti azaltan bir etkendir.
Maliyetler
EtherCAT mevcut endüstriyel
haberleşme sistemleriyle karşılaştırıldığında, oldukça büyük
fiyat avantajına sahiptir. Master
cihazda özel bir donanıma ya
da haberleşme için yardımcı bir
işlemciye gerek yoktur. Uygun
fiyatlı EtherCAT Slave Denetleyicileri, tüm kritik zamanlı görevleri
slave içerisinde gerçekleştirebilir.
İletişim Kuralı Yapısı | İşlem görüntü paylaşımları kolayca yapılandırılabilinir.
Veriler, doğrudan I/O terminalinin içinde, istenilen yere işlem görüntüsü içinde
kopyalanır ve bunun için fazladan adreslemeye gerek yoktur. 4 GB boyutunda çok
büyük mantıksal adresleme alanı bulunmaktadır.
Dağıtılmış Saatler | İşlemci, I/O ve sürücü
üniteleri için bölgesel mutlak senkronizasyon
sistemi.
M
S
Δt
HDR 1
Logical process image: up to 4 Gbytes
Ethernet HDR
Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır.
Data 1
HDR 2
Data 2
HDR n
Data n
CRC
S
Datagram 1
Datagram 2
S
S
S
S
S
Datagram n
7
BECKHOFF New Automation Technology
Beckhoff EtherCAT ürünleri | Tümleşik bir sis
8
Automation
IPC
TwinCAT
– kontrol yazılımı (PLC, Hareket Kontrolü,
EtherCAT Master)
– 50 μs’ye düşürülmüş çevrim süresi ve
Microsoft Windows altında gerçek-zamanlı
haberleşme
– IEC 61131-3 standardında programlama
Endüstriyel PC’ler
– gerçek zamanlı anakarta
sahip Endüstriyel PC’ler
– kontrol uygulamaları için
optimize edilmiş kompakt
boyutlar
beckhoff.com.tr/TwinCAT
Gömülü PC’ler
– DIN raya monte edilebilen
gömülü PC
– EtherCAT ve Haberleşme
terminalleri için doğrudan
I/O arabirimi
beckhoff.com.tr/Embedded-PC
beckhoff.com.tr/IPC
tem
I/O
Motion
EtherCAT Terminalleri/
EtherCAT Kutusu
– I/O terminal seviyesinde
EtherCAT
– Tüm sinyal tipleri için çok
çeşitli I/O hattı
Haberleşme Terminalleri/
Endüstriyel Haberleşme
Kutusu
– IP 20 ve IP67 sınıfında açık
I/O sistemleri
– EtherCAT için endüstriyel
haberleşme arabirimi
– Geniş çeşitlikte I/O sinyal tipleri
beckhoff.com.tr/EtherCAT-IO
AX5000 Servo Sürücüler
– hızlı kontrol teknolojisi ile 1 ve 2 kanallı Servo Sürücüler
– yüksek hızlı EtherCAT sistem haberleşmesi
– değişken motor arabirimi / geniş gerilim aralığı
beckhoff.com.tr/AX5000
beckhoff.com.tr/EtherCAT-Box
Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır.
BECKHOFF New Automation Technology
9
Esnek topoloji sayesinde tasarım serbestliği
Ethernet TCP/IP
Esnek
topoloji
IPC
Otomasyon merkezi,
EtherCAT master
Standart Ethernet Kablosu
(100BASE-TX)
Bus/Hat
100 m
Fiber optik
(100BASE-TX)
2 000 m
Ağaç/Yıldız
Endüstriyel
Haberleşme
Bütünleşimi
10
IPC
EtherCAT köprüsü
IPC
E-bus
IPC
K-bus
Kablo Yedeklemesi
IPC
Emniyet Mantığı
Emniyet girişi/çıkışı
Emniyet
Emniyet Sürücüleri
Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır.
BECKHOFF New Automation Technology
11
EtherCAT I/O’ları | Düşük maliyetli mükemme
I/O terminali seviyesinde Ethernet:
EtherCAT iletişim kuralı bütün
cihazlar için geçerlidir; alt haberleşme sistemine ihtiyaç yoktur.
Emniyetli devreye alma
için durum LED’leri
EtherCAT Terminalleri
Terminal blok tasarımı
G x B x E (mm):
12 x 100 x 68
Doğrudan E-bus arabirimi
ile Gömülü PC
Yatırımın korunması: endüstriyel
haberleşme cihazları, dağıtılmış
endüstriyel haberleşme master/
slave terminalleri üzerinden
bütünleştirilir.
Her türlü Ethernet cihazı
bölgesel olarak ağ anahtar
terminalleri üzerinden
bütünleştirilir.
Uyumluluk ve bütünleşme: EtherCAT
Terminalleri’nin yanısıra, denenmiş ve
test edilmiş Haberleşme Terminalleri,
BK1120 EtherCAT Bus Birleştiricisi
üzerinden de bağlanabilir.
12
beckhoff.de/EtherCAT/IOs
l gerçek-zaman özellikleri
Fiyat avantajlı kablolama: Standart Ethernet kablosu
(min. CAT 5), I/O istasyonları arasında 100 m’ye kadar mesafe
65 535 cihaz ardarda bağlanabildiğinden, ağ boyutu
neredeyse sınırsızdır.
ES tipi EtherCAT Terminallerinin tak-çıkar bağlantı
özelliği bulunmaktadır.
Esnek kablolama:
Hat veya ağaç topolojileri
serbestçe seçilebilir ve
birleştirebilir. Adresler
otomatik olarak atanır.
EtherCAT Birleştirici,
bükülmüş bakır kablo
(100BASE-TX) sinyalini
E-Bus’a çevirir.
Bütünleşik Emniyet:
TwinSAFE terminalleri,
emniyet sensörlerinin
ve aktuatörlerin bağlantısına olanak verir.
Haberleşme Terminalleri
13
BECKHOFF New Automation Technology
Proses
optimizasyonu
Gelişmiş ölçüm
teknolojileri
İleri derecede
hassasiyet
EtherCAT | XFC ile çok daha hızlı
XFC optimize edilmiş kontrol ve haberleşme
mimarisine dayanır:
İleri düzey Endüstriyel PC
Son derece hızlı I/O terminalleri
EtherCAT ile yüksek hızlı Ethernet
TwinCAT otomasyon yazılımı
14
Düşük
maliyet
XFC teknolojisi ile (eXtreme Fast Control)
Beckhoff son derece hızlı bir kontrol çözümü
sunuyor: XFC ile I/O tepki süresini 100 μs’den
düşük sürelere indirmek mümkündür. Bu teknoloji, geçmişteki teknik sınırlamalar nedeniyle
mümkün olamayan yeni proses optimizasyonu
fırsatlarına imkan tanıyor.
XFC’nin sunduğu maliyet avantajları
– Önemli ölçüde azalan sinyal gecikmeleri ile artan makine ve sistem
verimliliği
– hareket dizilerini daha hızlı gerçekleştirme
– standart kontrol sistemi ile kestirimci bakım
– pahalı özel bölgesel denetleyiciler yerine standart I/O’lar
– pahalı cihaz arabirimleri yerine standart I/O’lar
– farklı bir sistem gerektirmeden tümleşik konrol sistemi içerisinde
ölçüm teknolojisi
Çok düşük denetleyici çevrim süresi
– PLC uygulamaları için yeni performans sınıfı: 50 μs’den itibaren
Çok hızlı I/O tepki süresi
– 85 μs’den itibaren
– Giriş ve çıkış sinyalinin belli bir düzene göre senkronize dönüşümü,
işlem zamanı hatalarını, haberleşme ve işlemci hatalarından bağımsız
olarak azaltır
Dağıtılmış saatler
– İşlemci, I/O ve sürücü üniteleri için bölgesel mutlak sistem senkronizasyonu
– çözünürlük : 10 ns, hassasiyet < 100 ns
Sinyal aşırı örneklemesi
– tek kontrol çevriminde çoklu sinyal dönüşümü
– dağıtılmış saatler üzerinden sabit zaman senkronizasyonu
– dijital/analog giriş/çıkış sinyalleri için
– 100 kHz (analog) ve 500 kHz’e kadar (dijital) örnekleme hızları
– uygulama
– hızlı sinyal görüntüleme, hızlı sinyal üreteci çıkışı
– çevrim süresinden bağımsız sinyal örnekleme
– hızlı denetleyiciler
beckhoff.com.tr/XFC
Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır.
Sinyal zaman damgası (çözünürlük 10 ns)
– Bölgesel dijital girişler için hassas son zaman ölçümü
– Kontrol çevriminden bağımsız olarak bölgesel çıkış sinyalleri için
kesin hassas zamanlama
BECKHOFF New Automation Technology
15
EtherCAT Teknoloji Grubu
EtherCAT Teknoloji Grubu (ETG), EtherCAT teknolojisinin gelişimine destek olma misyonuna sahip olan
ve üyeleri otomasyon kullanıcıları ile üreticilerinden
oluşan bir kuruluştur. Grup, çeşitli endüstri sektörlerini ve uygulama alanlarını temsil etmektedir. Bu,
EtherCAT teknolojisi fonksiyonlarının ve arabirimlerinin geniş çeşitlilikteki uygulamalara ideal bir şekilde uyumunu sağlar. Organizasyon, EtherCAT’in kolay
ve düşük bir maliyetle, her türlü otomasyon cihazına
bütünleştirilebileceğini garanti eder. EtherCAT Teknoloji Grubu, Kasım 2003’te kurulmuştur ve bugün
52 ülkeden 1555’nin üzerinde üye şirkete sahiptir.
Daha fazla bilgi için www.ethercat.org
www.beckhoff.com.tr
Beckhoff®, TwinCAT®, EtherCAT®, Safety over EtherCAT®, TwinSAFE® ve XFC® Beckhoff’un tescilli ticari markalarıdır. Bu broşürde kullanılan diğer tasarımlar üçüncü taraflarca kendi amaçları doğrultusunda kullanımı sahiplerinin haklarını ihlal eden ticari markalar olabilir. © Beckhoff Automation GmbH 02/2011, önceden bildirimde bulundurmaksızın
değişime tabidir. Bu broşürde verilen bilgiler yalnızca genel tanımları fiili uygulamada her zaman tanımlandığı gibi uygulanamayabilen ya da ürünlerin gelişiminden dolayı değişikliğe uğrama olasılığı söz konusu olan performansın özelliklerini içermektedir. İlgili özellikleri sağlamaya yönelik bir yükümlülük yalnızca sözleşme koşullarında açık bir
şekilde kabul edildiği takdirde söz konusu olacaktır.
EtherCAT Teknoloji Grubu