EtherCAT Maliyetleri Düşüren Yüksek Hızlı Ethernet

Transkript

1 EtherCAT Maliyetleri Düşüren Yüksek Hızlı Ethernet

2 Otomasyon için gerçek zamanlı Ethernet tab 2 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 Geniş bileşen seçenekleri Üstün tanı özellikleri

3 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

4 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

5 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 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 5 Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır. BECKHOFF New Automation Technology

6 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 100BASE- FX 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 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. 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 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. Optimize edilmiş iletişim kuralı Mesaj paketi işlemleri tamamen donanımın içinde gerçekleniyor Dijital I/O mikrokontrolör, RAM vb. Dijital I/O Endüstriyel Haberleşme/ Ethernet Denetleyici EtherCAT Slave Denetleyici Master dan Master a 6 Geleneksel cihaz yapısı EtherCATli cihaz yapısı

7 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 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. 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. 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. 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 Δt S Ethernet HDR HDR 1 Data 1 HDR 2 Data 2 HDR n Data n CRC Logical process image: up to 4 Gbytes Datagram 1 Datagram 2 Datagram n S S S S S S 7 Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır. BECKHOFF New Automation Technology

8 Beckhoff EtherCAT ürünleri Tümleşik bir sis Automation IPC TwinCAT kontrol yazılımı (PLC, Hareket Kontrolü, EtherCAT Master) 50 μs ye düşürülmüş çevrim süresi ve Microsoft Windows altında gerçek-zamanlı haberleşme IEC standardında programlama Endüstriyel PC ler gerçek zamanlı anakarta sahip Endüstriyel PC ler kontrol uygulamaları için optimize edilmiş kompakt boyutlar Gömülü PC ler DIN raya monte edilebilen gömülü PC EtherCAT ve Haberleşme terminalleri için doğrudan I/O arabirimi 8 beckhoff.com.tr/twincat beckhoff.com.tr/embedded-pc beckhoff.com.tr/ipc

9 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 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/ethercat-io beckhoff.com.tr/ethercat-box beckhoff.com.tr/ax Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır. BECKHOFF New Automation Technology

10 Esnek topoloji sayesinde tasarım serbestliği Esnek topoloji IPC Ethernet TCP/IP Otomasyon merkezi, EtherCAT master Bus/Hat Standart Ethernet Kablosu (100BASE-TX) 100 m Fiber optik (100BASE-TX) m Ağaç/Yıldız Endüstriyel Haberleşme Bütünleşimi 10

11 IPC EtherCAT köprüsü IPC E-bus K-bus IPC Kablo Yedeklemesi IPC Emniyet Mantığı Emniyet girişi/çıkışı Emniyet Emniyet Sürücüleri 11 Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır. BECKHOFF New Automation Technology

12 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. 12 Uyumluluk ve bütünleşme: EtherCAT Terminalleri nin yanısıra, denenmiş ve test edilmiş Haberleşme Terminalleri, BK1120 EtherCAT Bus Birleştiricisi üzerinden de bağlanabilir. beckhoff.de/ethercat/ios

13 l gerçek-zaman özellikleri Fiyat avantajlı kablolama: Standart Ethernet kablosu (min. CAT 5), I/O istasyonları arasında 100 m ye kadar mesafe 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

14 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

15 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 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 15 Teknik değişiklik yapma hakkı saklıdır. BECKHOFF New Automation Technology