NCT 201 CNC ÉS IPARI VEZÉRLŐ ÉS PERIFÉRIÁI
AZ NCT 201 CNC ÉS IPARI VEZÉRLŐ HÁROM ALAPPILLÉRRE ÉPÜL:
1. Windows Compact Embedded operációs rendszer (MICROSOFT)
2. EnDat22 (fizikailag) abszolút mérőrendszer (HEIDENHAIN)
3. EtherCAT kommunikációs csatorna a HU (Host Unit: Vezérlő Egység) és a perifériák között (SLAVE-ek) (BECKHOFF)
|
Windows Compact Embedded (CE Professional)
Az NCT 201 vezérlő WINDOWS CE vezérlő egysége (HU) a képernyő mögött helyezkedik el. Az alap mutatóeszköz az érintőképernyő (touchscreen), de a monitor jobb oldalán elhelyezkedő 4 db szabad felhasználású USB portra tetszőleges mutatóeszközt (egér, hanyattegér, touchpad) csatlakoztathatunk. A HU 2 db Ethernet csatlakozással rendelkezik. Az egyiken, EtherCAT protokollal, a perifériákhoz (szervohajtások, kimeneti/bemeneti egységek), a másikon keresztül tetszőleges számítógépes hálózatra kapcsolódhat. Az NCT 201 vezérlő rendszerprogramja precízen illeszkedik a WINDOWS CE operációs rendszerhez, kihasználva az általa nyújtott szolgáltatásokat, mint a professzionális fájlkezelést, számítógépes perifériák (adattárolók, nyomtatók, adatbeviteli perifériák, mutató eszközök stb.) kezelését és egyéb szolgáltatásokat (hálózat, internet, távoli gép, kép és film megjelenítés, hangfájlok lejátszása stb.).
EnDat22
|
EtherCAT
Az EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) egy nyitott kódú, ipari, valósidejű Ethernet hálózat, amely a szabványos Ethernet adatkereteket használja az egységek közötti kommunikációban. Két fő egységből áll, HOST (HU) központi egységből és SLAVE (SU) perifériákból. A HOST-tól elinduló kábelt rácsatlakoztatjuk a hozzá legközelebb található SLAVE periféria egység bemenetére, majd ennek a kimenetéről kapcsolódunk a következőnek a bemenetére. A rendszert tetszőlegesen láncolhatjuk tovább, bővíthetjük SLAVE egységekkel.
EtherCAT hardver
Az EtherCAT hálózat egy HOST egységből és egy vagy több (akár 65535) SLAVE-ből áll.
A HOST egység hardvere egy általános Ethernet hálózati kontroller (a legtöbb PC-ben megtalálható), amely képes 100 Mbit/s-os Ethernet adatkeretek kiküldésére és fogadására.
A SLAVE egységek olyan speciális chippel rendelkeznek, amelyek képesek a rajtuk keresztülfutó EtherCAT adatkeretből a rájuk vonatkozó adatokat kiolvasni illetve a saját kimenő adataikat beírni minimális késleltetéssel.
A SLAVE-ek lehetnek egyszerű, I/O funkciókat ellátó (EI16, EO16) illetve intelligens, mikrokontrollert, DSP-t (EMU2, EANI) tartalmazó egységek egyaránt. A SLAVE EtherCAT chip tulajdonképpen egy dual-port RAM (két oldalról írható/olvasható memória) amelynek egyik oldalán az EtherCAT hálózat ír és olvas a RAM-ból, a másik oldalán pedig a mikrokontroller vagy DSP. Egyszerű I/O egység esetén pedig az inputok a RAM-ba képeződnek le (mappelődnek be), az outputok pedig a RAM-ból frissülnek. A HOST az EtherCAT adatkereteken keresztül tulajdonképpen írás és olvasás parancsokat ad ki egy adott SLAVE RAM területére.
Az EtherCAT működése
Az EtherCAT egy olyan hálózat, amelynek az eleje és a vége is a HOST egységben van, és közötte helyezkednek el a SLAVE-ek sorban egymás után felfűzve.
A HOST-ból kiküldött (transmit) adatkeret, olyan, mint egy sok kocsiból álló vonat, amely végigmegy a pályáján (a kábelezésen), az állomásokon, azaz a SLAVE chipeken, amelyek kicserélik a megfelelő vagonok tartalmát. A vonat az utolsó SLAVE után visszafordul és megállás nélkül visszafut a kiinduló állomásra a HOST egységbe (receive).
A HOST a bejövő adatokat feldolgozza és előkészíti az új adatkeretet (vonatot) a kiküldésre.
Kábelezés, topológia
Az egységek összeköttetésére két lehetőség van:
1. Ethernet kábel: 100m-es távolságok áthidalására használható. Mivel ipari környezetről van szó ezért árnyékolt, STP kábeleket használunk.
2. LVDS busz, egyszerűbb hardver megoldás, rövid távolságokra, általában egymástól néhány cm távolságra elhelyezkedő egységek összekapcsolására használjuk.
Mivel az EtherCAT SLAVE-ek között kettőnél több portos egységek is vannak a kábelezés topológiája többféle lehet: egyenes, fa, csillag. Vegyesen használható az Ethernet kábel illetve az LVDS busz egy topológián belül.
A kábelezés számára az EtherCAT SLAVE-eken fel van tüntetve a bemeneti port (IN) és a kimeneti port vagy portok (OUT) jele a megfelelő topológia kialakítására. Ennek felcserélése helytelen működéshez vezet.
EtherCAT HOST
Az EtherCAT HOST szoftver bonyolítja le egy adott alkalmazás (Ipari Vezérlő, CNC) adatcseréjét a perifériáival (PLC I/O-k, szervohajtások). Tehát az EtherCAT HOST szoftver felülről a fő alkalmazáshoz (pl. NC vezérlő) kapcsolódik, alulról pedig az Ethernet kontrollert kezelő driverhez.
Mivel leggyakrabban az EherCAT-et valós idejű adatcserére alkalmazzák, és az általános Ethernet driverek nem alkalmasak erre a feladatra, ezért speciális real-time Ethernet driver készítése szükséges minden HOST egységhez.
Az EtherCAT HOST feladata az adott EtherCAT hálózat feltérképezése, a SLAVE egységek azonosítása, konfigurálása, paraméterezése, az EtherCAT hálózat hibamentes működésének folyamatos ellenőrzése, szükség esetén hibakorrigálás vagy hibajelzés küldése. Az EtherCAT HOST a SLAVE egységek azonosításához, inicializálásához az EtherCAT szabványnak megfelelő XML fájlt használja.
Az XML fájl tartalmazza egy adott SLAVE eszköz gyártóját, azonosítóját, verziószámát, az eszköz input és output változóit, a változó méreteit, típusát, RAM címeit (RAM-ban való elhelyezkedésüket) és egyéb adatait.
Az EtherCAT HOST a bekapcsolás után az egységek EEPROM-jából kiolvassa az azonosítót, majd azt összeveti az XML fájlban található adatokkal, azonosítja az eszközt, és az XML leírás alapján inicializálja a hálózatot, benne az összes egységgel.
A HOST további feladata az EtherCAT hálózat státuszának menedzselése. Minden SLAVE egységen, vagy modulon található egy RUN LED amely a 4 lehetséges státusz valamelyikét mutatja.
1. INIT státusz
2. PRE-OPERATIONAL státusz
3. SAFE-OPERATIONAL státusz
4. OPERATIONAL státusz
INIT: az EtherCAT slave chipek inicializálása, regiszterek beállítása, a RUN LED nem világít, bekapcsolás után ebbe az állapotba kerülnek a chipek.
PRE-OPERATIONAL: nem real-time adatcsere, mailbox kommunikáció, egységek paraméterezésére alkalmas állapot, a RUN LED villog.
SAFE-OPERATIONAL: real-time adatcsere, de az outputok nem működnek, biztonsági állapotban vannak, az inputok folyamatosan frissülnek, a RUN LED villanással jelzi ezt az állapotot.
OPERATIONAL: teljes real-time működés, az outputok és az inputok folyamatosan frissülnek, a RUN LED folyamatosan világít.
EtherCAT SLAVE
Az EtherCAT SLAVE-ek lehetnek egyszerű és komplex egységek.
Az egyszerű SLAVE (pl. EI16, EO16) az EtherCAT chipen kívül nem tartalmaz más intelligens elemet, a chip interfésze közvetlenül működik adat I/O portként.
A komplex SLAVE (pl. EMU2) más intelligens elemet, mikrokontrollert, DSP-t is tartalmaz, amely párhuzamos vagy SPI buszon keresztül csatlakozik az EtherCAT chipre. Az ilyen egységekkel magasabb szintű protokollok is megvalósíthatók az EtherCAT buszon (pl. CoE: CANopen over EtherCAT, SoE: SERCOS over EtherCAT, EoE: Ethernet over EtherCAT, stb.).
A SLAVE-ek regisztereit, RAM területét 3 féle módon lehet megcímezni a HOST felől:
1. Az eszköz pozíciója szerint: A cím 2 részből áll, az első a hálózati felfűzési sorrend szerint adja meg az eszköz címét, a második cím a RAM-ot címezi meg az adott eszközön.
2. Az eszköz címe szerint: A cím 2 részből áll, az első az eszköz saját, EEPROM-ba beégetett címe, a második cím a RAM-ot címezi meg az adott eszközön.
3. Globális címzés: Egy 32 bites logikai címből, a SLAVE-ben lévő memória manager (FMMU) felismeri, hogy egy adott logikai cím rá tartozik és milyen helyi címet kell hozzárendelnie. Ebben az esetben az FMMU egységet a HOST INIT állapotban inicializálnia kell. Ez a címzési mód a process (real-time) adat kezelést nagyon könnyen kezelhetővé teszi sok SLAVE egység esetén.
Több SLAVE egység szinkronizálására is lehetőség van az egységekben található nanosecundum pontosságú órán keresztül. Az órákat a SLAVE-ekben szinkronba állítva biztosítható, hogy egy esemény a különböző SLAVE egységeken ugyanabban az időpillanatban történjen meg (pl. az outputok minden egységen egy időben frissüljenek). De egy eseményhez időbélyeget is rendelhetünk, ami az adatfeldolgozást pontossá teszi.
magyarul:
http://akademia.nct.hu/pdf/angolul:
