Bronkhorst EtherCAT - Handbuch (Seite 4)

BRONKHORST ®
1 ALLGEMEINE PRODUKTINFORMATIONEN
1.1 E
INFÜHRUNG
Ethernet for Control Automation Technology (EtherCAT) ist ein
offenes leistungsstarkes Ethernet-basiertes Feldbussystem. Ziel
bei der Entwicklung von EtherCAT war die Anwendung von
Ethernet auf Automatisierungsapplikationen, die kurze
Datenupdatezeiten (auch Zykluszeiten genannt) und geringen
Kommunikationsjitter (für Synchronisationszwecke) bei niedrigen
Hardwarekosten erfordern. Bronkhorst 1) implementierte
EtherCAT 2) in seinen Instrumenten.
Typische Automatisierungsnetzwerke zeichnen sich durch eine kurze Datenlänge pro Knoten aus, die normalerweise
die minimale Payload eines Ethernet-Frames unterschreitet. Die Verwendung eines Frames pro Knoten pro Zyklus
führt daher zu einer geringen Bandbreitennutzung und dadurch zu einer schlechten Netzwerkleistung insgesamt.
EtherCAT verfolgt daher einen anderen Ansatz, der als „Processing on the fly“ bezeichnet wird.
Bei EtherCAT wird das Ethernet-Paket bzw. der Frame nicht länger bei jedem Knoten empfangen, dann interpretiert
und als Prozessdaten kopiert. Die EtherCAT-Slave-Geräte lesen die an sie adressierten Daten, während das Telegramm
das Gerät durchläuft. Ebenso werden die Eingangsdaten im Durchlauf in das Telegramm eingefügt. Die Frames sind
nur um den Bruchteil einer Mikrosekunde in jedem Knoten verzögert, und mit nur einem Frame können viele Knoten -
normalerweise das gesamte Netzwerk - adressiert werden.
Die kurzen Zykluszeiten können erreicht werden, weil die Host-Mikroprozessoren in den Slave-Geräten nicht mit der
Verarbeitung der Ethernet-Pakete zur Übertragung der Prozessabbilder befasst sind. Die gesamte
Prozessdatenkommunikation wird in der Slave-Controller-Hardware durchgeführt. In Kombination mit den
Funktionsprinzipien wird EtherCAT dadurch zu einem leistungsstarken dezentralen E/A-System: Der
Prozessdatenaustausch mit 1000 verteilten digitalen E/A dauert etwa 30 µs, was für eine Übertragung von 125 Byte
über 100Mb/s-Ethernet typisch ist. Daten für und von 100 Servoachsen können mit bis zu 10 kHz aktualisiert werden.
Typische Netzwerkupdateraten sind 1-30 kHz, aber EtherCAT kann auch mit langsameren Zykluszeiten verwendet
werden, wenn die DMA-Belastung auf Ihrem PC zu hoch ist.
1) Bronkhorst: Dies beinhaltet Bronkhorst High-Tech B.V., Bronkhorst Cori-Tech B.V. und M+W Instruments GmbH
2) EtherCAT®: EtherCAT® ist eine eingetragene Marke und patentierte Technologie lizenziert durch die Beckhoff
Automation GmbH, Deutschland.
1.2 M
ULTIBUSTYPEN
Im Jahr 2000 entwickelte Bronkhorst seine ersten digitalen Instrumente nach dem „Multibus“-Prinzip. Die
Grundplatine der Instrumente enthielt alle allgemeinen Funktionen, die zum Messen und Regeln des Masseflusses
notwendig waren, darunter Alarm-, Summier- und Diagnosefunktionen. Analoge E/A-Signale sowie eine RS232-
Schnittstelle waren hierbei Standard. Ergänzend dazu können Zusatzschnittstellen mit DeviceNet™, Profibus-DP ® ,
Modbus oder FLOW-BUS-Protokolle integriert werden. Die erste Generation (MBC-I)
basierte auf einem 16-Bit-Controller von Fujitsu. Sie wurde 2003 durch den Multibus
Typ 2 (MBC-II) abgelöst. Auch diese Version basierte auf dem 16-Bit-Controller von
Fujitsu, zeichnete sich jedoch durch einige Verbesserungen gegenüber dem MBC-I
aus, darunter die Stromsteuerung des Ventils. Dadurch wurden die Wärmeerzeugung
reduziert und die Regeleigenschaften verbessert. Die neueste Version des Multibus-
Controllers Typ 3 (MBC3) wird 2011 eingeführt. Sie baut auf einem 72 MHz 32 Bit
NXP ARM Controller auf und verfügt über AD- und DA-On-Board-Controller, wodurch
eine störfreie Messung und Regelung des Ventils ohne Verzögerungen ermöglicht
wird. Der interne Regelkreis ist 6 Mal schneller verglichen mit dem MBC-II, weshalb
sich die Regelstabilität deutlich verbessert hat. Außerdem wurden Funktionen wie
der Verpolungsschutz, die Einschaltstrombegrenzung und der Überspannungsschutz
verbessert.
MBC3-Instrumente sind an dem links unten auf dem Typenschild
platzierten „MBC3“ zu erkennen (siehe Beispiel).
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EtherCAT-Schnittstelle 9.19.063