EtherCAT - Le réseau Ethernet
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Le réseau Ethernet EtherCAT – Le réseau Ethernet. EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone • • EtherCAT est temps réel jusqu’aux E/S Pas de sous-réseau - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 2 EtherCAT – Le réseau Ethernet. Les autres technologies gère un cycle local d’E/S et ont besoin d’une passerelle. - Synchrone - Simple à implémenter Flash - A fait ses preuves I/O - Économique CPU I/O - Simple à configurer Fieldbus Controller Driver - Une topologie libre I/O RAM - Un Ethernet industriel I/O - Plus rapide • Master for Local Extension Bus EtherCAT : - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant RAM CPU I/O Fieldbus Controller Driver - Polyvalent Flash EtherCAT Technology Group 2011 3 EtherCAT – Le réseau Ethernet. EtherCAT : • EtherCAT est temps réel jusqu’aux E/S - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel EtherCAT Controller EtherCAT Controller - Simple à implémenter EtherCAT Controller - Économique EtherCAT Controller Driver - Simple à configurer EtherCAT Controller - Une topologie libre - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 4 EtherCAT – Le réseau Ethernet. EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer • • • • EtherCAT est temps réel jusqu’aux E/S Pas de sous-réseau Pas de délai supplémentaire dans des passerelles E/S, capteurs, actionneurs, variateurs, afficheurs : Tout dans le même système! - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 5 EtherCAT est rapide EtherCAT : • Taux de transmission: – 2 x 100 Mbit/s (Fast Ethernet, Full-Duplex) - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé • Temps de mise à jour: – – – – – 256 E/S digitales en 11 µs 1000 E/S digitales sur 100 noeuds en 30 µs = 0.03 ms 200 E/S analogiques (16 bits) en 50 µs = 20 kHz 100 Axes (8 octets In + Out) en 100 µs = 0.1 ms 12000 E/S digitales in 350 µs - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 6 EtherCAT est rapide EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre • Utilisation de la bande passante d’Ethernet pour les E/S et les variateurs: – Une trame Ethernet doit faire au moins 84 Octets sinon, elle est complétée Données utiles - Simple à configurer 22 Bytes - Économique Ethernet Header - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert Data: ≥46 Bytes CRC 12 Bytes IPG Question Master I/O Réponse - Normalisé - Sûr 4 Bytes Ethernet Header Data: ≥46 Bytes CRC Node reaction time IPG - Redondant - Polyvalent – avec 4 octets en entrée et 4 octets en sortie par noeud: • 4,75% de données si 0 µs de temps de réaction dans le nœud • 1,9% de données si 10 µs de temps de réaction dans le nœud EtherCAT Technology Group 2011 7 EtherCAT est rapide EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer • Comparaison de l’utilisation de la bande passante: – Avec 4 octets par noeud: • Polling : ~ 2..5 % – A partir de 1 bit pas nœud : • EtherCAT: ~ 80..97 % (Full Duplex, 2 x 100 MBit/s) - Économique - Simple à implémenter 100 - A fait ses preuves 90 - Ouvert 80 - Normalisé 70 - Sûr - Redondant - Polyvalent 60 50 40 30 20 10 0 Polling / Timeslicing EtherCAT Technology Group 2011 EtherCAT 8 Principe de fonctionnement : Ethernet „à la volée“ EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre Wagon 27 - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent • Analogie avec le train: – Le « train » (trame Ethernet) ne s’arrête pas – Même en ne regardant qu’à travers une fenêtre, on peut voir tout le train défiler – Les « wagons » (sous-télégrammes) peuvent avoir une longueur variable – On extrait ou insère des personnes ou groupes de personnes sans arrêter le train EtherCAT Technology Group 2011 9 Principe de fonctionnement : Ethernet „à la volée“ EtherCAT : Esclave Esclave EtherCAT Slave Controller EtherCAT Slave Controller - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent • Le process image est inséré et/ou extrait à la volée – Le process image est pratiquement illimité (60Ko). Si nécessaire, on utilise plusieurs trames – Chaque esclave peut avoir son propre process image, son propre temps de cycle et un temps de cycle différent pour plusieurs parties du process image – La communication asynchrone ou événementielle est également possible EtherCAT Technology Group 2011 10 Performance: Exemple EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter • • • • • 40 Axes (20 octets en In et Out) 50 coupleurs et un total de 560 esclaves EtherCAT 2000 E/S digitales + 200 E/S analogiques Longueur du bus : 500 m Performance EtherCAT: Cycle Time = 276 µs et 44 % de charge du Bus, Telegram Length = 122 µs - A fait ses preuves En plus du temps de cycle réduit, il reste 56% de la bande passante pour le TCP/IP par exemple. - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 11 Même les PLC « lents » profitent d’EtherCAT EtherCAT : Temps de réaction avec les E/S classiques: - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel I Tâche PLC O - Une topologie libre I Tâche PLC O I Tâche PLC O I Tâche PLC O I Tâche PLC - Simple à configurer - Économique Tmdp - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle - Normalisé - Sûr - Redondant TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O Meilleur temps de réaction Pire temps de réaction - Polyvalent Input Input (Pire des cas) (Meilleur cas) Output Tmdp: Délai lié à la carte maître TI/O: EtherCAT Technology Group 2011 Temps local de mise à jour des E/S 12 Même les PLC « lents » profitent d’EtherCAT EtherCAT : Architecture avec EtherCAT - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel I Tâche PLC O - Une topologie libre I Tâche PLC O - Simple à configurer I Tâche PLC O I Tâche PLC O I Tâche PLC Plus de délai lié au maître - Économique Tmpd - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle Bus Cycle - Normalisé - Sûr - Redondant TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O TI/O Plus de délai local - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 13 Même les PLC « lents » profitent d’EtherCAT EtherCAT : Architecture avec EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre I Tâche PLC O I Tâche PLC O I Tâche PLC O I Tâche PLC O I Tâche PLC - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr TDMA (MAC) - Redondant - Polyvalent TDMA = Temps de transfert des données au travers du contrôleur Ethernet via DMA négligeable TEtherCAT Cycle EtherCAT Technology Group 2011 14 Même les PLC « lents » profitent d’EtherCAT EtherCAT : - Plus rapide Temps de réaction avec EtherCAT: - Synchrone - Un Ethernet industriel I Tâche PLC O - Une topologie libre I Tâche PLC O I Tâche PLC O I Tâche PLC O I Tâche PLC - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr Meilleur cas Pire cas Temps de transmission par EthercAT Input Input (pire cas) (meilleur cas) Output - Redondant - Polyvalent • • Plus de délai local ou lié au maitre Avec les mêmes performance contrôleur, le temps de réaction réduit considérablement EtherCAT Technology Group 2011 15 Plus de mapping dans le contrôleur EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer • Les réseaux traditionnels gênèrent un process image physique • Il doit être mappé en un process image logique Control System, e.g. PLC Feldbus Scanner/ DPRAM Master - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent logical process image - Économique node 1 node 1 node 2 node 2 node 3 node 4 node 3 Mapping node 4 EtherCAT Technology Group 2011 16 Plus de mapping dans le contrôleur EtherCAT : • Et le contrôleur gère souvent plusieurs tâches … - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer Control System, e.g. IPC Feldbus Scanner/ DPRAM Master - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent logical process images - Économique node 1 node 1 Data n PLC Data node 2 node 2 NC Data node 3 node 4 node 3 Mapping node 4 EtherCAT Technology Group 2011 17 EtherCAT: Mapping par les esclaves Master EtherCAT : - Plus rapide - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant Ethernet Header ECAT HDR PLC Data NC Data HDR 3 - Une topologie libre HDR 2 logical process images up to 4 GByte - Un Ethernet industriel HDR 1 - Synchrone Data n Ethernet Data n PLC Data NC Data Télégramme 1 Télégramme 2 Télégramme n - Polyvalent • • Les données sont transmises selon les besoins de l’application : plus efficace et rapide Le système de contrôle est soulagé, le maître devient plus simple EtherCAT Technology Group 2011 18 EtherCAT: Mesure du temps de transmission • EtherCAT : - Plus rapide Les noeuds EtherCAT mesure le temps entre la trame aller et retour - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves Trame EtherCAT Aller - Ouvert Trame EtherCAT Retour - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 20 EtherCAT: Mesure du temps de transmission • EtherCAT : - Plus rapide Les noeuds EtherCAT mesure le temps entre la trame aller et retour - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique IPC Master - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 21 Horloges distribuées • EtherCAT : - Plus rapide Synchronisation précise entre les esclaves (<< 1 µs!) grâce aux horloges distribuées. - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre M - Simple à configurer - Économique S ∆t IPC Master - Simple à implémenter - A fait ses preuves S S - Ouvert - Normalisé - Sûr S S S S - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 22 Horloges distribuées EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone • • Scope de la synchronisation entre 2 noeuds distants 300 noeuds, 120m de câble - Un Ethernet industriel - Une topologie libre Interrupt Node 1 - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves Simultanéité ~15 ns - Ouvert - Normalisé Jitter: ~ +/-20ns - Sûr - Redondant - Polyvalent Interrupt Node 300 EtherCAT Technology Group 2011 23 Synchronisation EtherCAT: IEEE 1588 • EtherCAT : - Plus rapide Switch pour l’intégration de l’horloge IEEE1588 IEEE 1588 Grandmaster - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre M - Simple à configurer - Économique S Master - Simple à implémenter - A fait ses preuves S S - Ouvert - Normalisé - Sûr S S S S - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 26 EtherCAT est un Ethernet industriel • EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre • • EtherCAT utilise des trames Ethernet standard selon IEEE 802.3 Alternativement par UDP/IP (si routage IP nécessaire) Pas de trames coupées ou rétrécies MTU: max. 1514 Byte - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé 48 Bit Destination 16 Bit 16 Bit Source EtherType Header 48 -1498 Byte EtherCAT Datagrams Embedded in Standard Ethernet Frame, EtherType 0x88A4 - Sûr - Redondant 48 Bit 160 Bit Ethernet H. IP Header 32 Bit CRC 1…n EtherCAT Datagrams 64 Bit UDP H. 48 -1470 Byte 16 Bit Header EtherCAT Datagrams CRC - Polyvalent Or: via UDP/IP UDP Port 0x88A4 EtherCAT Technology Group 2011 11 Bit 1 Bit 4 Bit Length Res. Type 27 EtherCAT est un Ethernet industriel EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer • • Totalement transparent pour TCP/IP Toutes les technologies internet (HTTP, FTP, Webserver,…) disponibles sans restriction des capacités temps réel EtherCAT Slave Device - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert Standard TCP/IP Stack - Normalisé - Sûr Ethernet Application TCP Real Time Application UDP Acyclic Data IP - Redondant - Polyvalent Mailbox Process Data EtherCAT MAC / DLL Ethernet PHY EtherCAT Technology Group 2011 Ethernet PHY 28 EtherCAT est un Ethernet industriel EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone • • Les participants Ethernet sont connectés à des Switchport Accès au Webserver avec un explorateur standard - Un Ethernet industriel - Une topologie libre Webserver - Simple à configurer Switch Ethernet virtuel - Économique - Simple à implémenter Master Switchport - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 29 EtherCAT est un Ethernet industriel • EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone Les trames sont intégrées dans EtherCAT ou non - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer Switch Ethernet Virtuel - Économique - Simple à implémenter Switchport Master - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent Switch Ethernet EtherCAT Technology Group 2011 30 Switchport: quelque soit le protocole Ethernet EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre • • Interface vers n’importe quel participant réseau Ethernet Les trames Ethernet sont insérées dans le protocole EtherCAT: – EoE : ‘Ethernet over EtherCAT’ - Simple à configurer EtherCAT Switchport - Économique Ethernet MAC - Simple à implémenter PHY - A fait ses preuves - Ouvert RX1 - Normalisé - Sûr RX RX3 RX2TX µC RX4 Fragmentation - Redondant - Polyvalent Mailbox PHY Process Data EtherCAT MAC / DLL PHY TX1 TX3 TX2 TX2 TX3 TX1 EtherCAT Technology Group 2011 31 Intégration verticale (1) …par Switchport EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel Master - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter Switchport - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent + : Supporte n’importe quel protocole Ethernet + : Un seul port nécessaire sur le contrôleur + : Performances EtherCAT non modifiées EtherCAT Technology Group 2011 32 Intégration verticale (2) ...Par port Ethernet EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel Master - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves 2e Port Ethernet - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent + : Supporte n’importe quel protocole Ethernet + : Performances EtherCAT non modifiées - : Nécessite un second port Ethernet sur le contrôleur EtherCAT Technology Group 2011 33 Intégration verticale (3) …par Switch EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel Master - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves Switch Ethernet - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent + : Supporte n’importe quel protocole Ethernet + : Un seul port nécessaire sur le contrôleur - : Performances EtherCAT réduites par le délai dans le switch et le trafic Ethernet EtherCAT Technology Group 2011 34 Topologie plus libre avec EtherCAT EtherCAT : • Topologie Ethernet Standard : Étoile - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 35 Topologie plus libre avec EtherCAT EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre • Topologie libre – Toute combinaison de topologie : Ligne, Etoile, Arbre … – Jusqu’à 65.535 esclaves – Câblage standard Ethernet - Simple à configurer Ligne - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé Maître - Sûr - Redondant - Polyvalent Etoile EtherCAT Technology Group 2011 36 Topologie plus libre avec EtherCAT ERP EtherCAT Automation Protocol EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel HMI HMI (e.g OPC) Switch - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique EtherCAT Master EtherCAT Master EtherCAT Master - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent Slave Device Slave Device Slave Device Slave Device Slave Device Slave Device Slave Device Slave Device Slave Device Switchport EtherCAT Master EtherCAT Master 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 redundancy (optional) EtherCAT Device Protocol processed on the fly EtherCAT Technology Group 2011 37 EtherCAT : Banc de test EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent 10.056 esclaves EtherCAT EtherCAT Technology Group 2011 38 Topologie plus libre avec EtherCAT EtherCAT : • EtherCAT pour tout support Ethernet : – 100BASE-TX (jusqu’à 100m entre participants) – 100BASE-FX (jusqu’à 20km entre participants (fibre simple mode) ) – LVDS (pour les esclaves modulaires) - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer LVDS* 100 m - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves 20 km - Ouvert Master - Normalisé - Sûr Ethernet 100BASE-TX jusqu’à 100 m entre participants - Redondant - Polyvalent Ethernet 100BASE-FX (fibre optique) jusqu’à 20 km Ethernet sur LVDS* • Nombre illimité de changement de support *LVDS: Low Voltage Differential Signaling selon ANSI/TIA/EIA-644, également utilisé en IEEE 802.3ae (10 Gigabit Ethernet) EtherCAT Technology Group 2011 39 EtherCAT au lieu PCI EtherCAT : - Plus rapide • • - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent • Protection de vos investissements Intégration transparente des réseaux de terrain sous EtherCAT: – – – – – – – – – – – – – – – – 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 … Migration en douceur des réseaux de terrain vers EtherCAT EtherCAT Technology Group 2011 40 EtherCAT au lieu PCI EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel • Temps de mise à jour du process image: – Par PCI (500 Octets IN et 500 Octets OUT): 400 µs – Par EtherCAT (1.500 Octets IN et 1.500 Octets OUT): 150 µs - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 41 EtherCAT au lieu PCI EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel • • Plus de slot dans le contrôleur Évolutivité maintenue - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT EtherCAT Technology Group 2011 42 EtherCAT est simple à configurer EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique • Topologie: • Scan automatique / Comparaison • Diagnostic: • Diagnostic avec localisation précise Chaque esclave vérifie le checksum - Simple à implémenter - A fait ses preuves M - Ouvert Les erreurs sont détectées et localisées - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 43 EtherCAT est simple à configurer • Planification du projet: EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent – Performance indépendante : • Des performances de l’esclave • De la topologie • Adressage – Pas d’adressage manuel – Pas d’adressage IP – Les adresses sont calculées automatiquement – Les adresses sont sauvées • Pas de nouvel adressage si des esclaves sont enlevés ou ajoutés EtherCAT Technology Group 2011 44 Configuration: réseau classique EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent 1. Sélectionner la topologie selon les limitations du système 2. Configurer l’adresse de l’esclave sur l’esclave 3. Sélectionner et configurer le Baudrate selon : - La longueur du réseau et sa topologie - Environnent / CEM - Besoin applicatifs 4. Sélectionner le fichier de description du système (GSD, EDS) dans l’outil de configuration 5. Sélectionner et configurer les paramètres de communication comme: - Polling cyclique - Sur événement - Synchronisé ou non 6. Faire le mapping EtherCAT Technology Group 2011 45 Configuration: EtherCAT EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent 1. Sélectionner la topologie selon les limitations du système 2. Configurer l’adresse de l’esclave sur l’esclave 3. Sélectionner et configurer le Baudrate selon : - La longueur du réseau et sa topologie - Environnent / CEM - Besoin applicatifs 4. Sélectionner le fichier de description du système (GSD, EDS) dans l’outil de configuration 5. Sélectionner et configurer les paramètres de communication comme: - Polling cyclique - Sur événement - Synchronisé ou non 6. Faire le mapping EtherCAT Technology Group 2011 46 EtherCAT Economique (1): Engineering • Moins d’efforts: EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent – Configuration simplifiée – Pas de réglage du réseau, les réglages par défaut sont fonctionnels • Diagnostic évolué: – Gestion simplifiées des erreurs • Mise en oeuvre rapide: – Pas d’adressage • Implémentation / outils: – Outils Ethernet classiques e.g. MS Network Monitor ou Wireshark: gratuit – Parser Software: gratuit EtherCAT Technology Group 2011 47 EtherCAT Economique (2): Hardware • Maître: EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant – Pas de carte spécifique – Le contrôleur Ethernet on-board est suffisant • Esclave: – Contrôleur esclave (ESC) économique • FPGA or ASIC – Pour les esclaves simple, pas de µC – Pas de besoin de µC puissant, même pour les esclaves complexes 32 Bit µC - Polyvalent • Infrastructure: – Pas de switch – Câblage et connecteurs standard Ethernet EtherCAT Technology Group 2011 48 Implémentation simple d’un Esclave • EtherCAT : Implémentation d‘un esclave: - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter – Toutes les fonctions critiques sont implémentées sur l’ ASIC ou le FPGA • L’ESC gère le protocole temps réel en Hard – ‘State Machine’ également intégré à l’ESC - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent – Les performances réseaux sont indépendantes du µC esclave. – Utilisation avec ou sans µC ( DPRAM(1..8ko) – DC – E/S ) EtherCAT Technology Group 2011 52 Implémentation simple d’un Maître • EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique Implémentation Maître: – Fourniture d’un code source exemple – Outil de configuration EtherCAT – Fichier de description au format XML (ESI et ENI) Process Data (PD) Image description Application EtherCAT Configuration Tool - Simple à implémenter Realtime - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr Parser .xml .xml .xml .xml EtherCAT Slave Information (ESI) Files EtherCAT Network Information (ENI) File Process Data Image init Mailbox Services req. cyclic commands resp. acyclic commands - Redondant - Polyvalent optional; for online functionality (e.g. scanning for devices) EtherCAT Master Driver Realtime Ethernet Frames Network Driver Standard Ethernet MAC EtherCAT Technology Group 2011 53 Implémentation simple d’un Maître • - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter Exemple: Maître avec un seul process image – Typique des petits contrôleurs à une seule tâche – Jusqu’à 1488 octets de process image 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 - A fait ses preuves - Ouvert constant header - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent – – – – completely sorted (mapped) process data Working Counter: constant Padding Bytes and CRC generated by Ethernet Controller (MAC) Le maître peut être implémenté à moindre efforts Pas besoin de processeur de communication Plus simple que les réseaux de terrain conventionnels Beaucoup plus simple que les autres approches Ethernet industriel EtherCAT Technology Group 2011 54 EtherCAT a fait ses preuves Production en série depuis 2003, grande variété de produits EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 55 EtherCAT est une technologie ouverte • Le protocole est entièrement décrit: EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique – EtherCAT est normalisé IEC, ISO et SEMI (IEC 61158, IEC 61784, ISO 15745, SEMI E54.20) - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent • ESC disponibles par plusieurs fabricants • ETG organise des tests d’interopérabilité („Plug Fests“), Workshops et Séminaires • Certificats + test de conformité EtherCAT Technology Group 2011 56 EtherCAT in IEC 61800-7 EtherCAT : IEC 61800-7: Generic Interface and use of profiles for power drive systems - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique IEC 61800-7-1: Interface Definition Annex A: Mapping to CiA402 - Ouvert - Normalisé Annex C: Mapping to PROFIdrive Annex D: Mapping to SERCOS* IEC 61800-7-200: Profile Specifications - Simple à implémenter - A fait ses preuves 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* - Sûr - Redondant IEC 61800-7-300: Mapping of Profiles to Network Technologies - Polyvalent 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. EtherCAT Technology Group 2011 57 EtherCAT est une technologie ouverte Maître EtherCAT pour une large gamme de RTOS* EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – 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 EtherCAT Technology Group 2011 *as of Nov 2010 59 EtherCAT est une technologie ouverte EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert • • • • - Normalisé Fondé en Novembre 2003 Tâches: Support, développement et promotion d’EtherCAT La plus grande organisation mondiale Plus de 1500* membres de 52 pays sur les 6 continents: – Fournisseurs de produits d’automatisation – Utilisateurs – Intégrateurs - Sûr - Redondant - Polyvalent • Tout le monde peut devenir membre *as of Jan 2011 EtherCAT Technology Group 2011 60 ETG : Une équipe mondiale EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent Bureau ETG Amerique du Nord Austin, TX Siège ETG Allemagne Nuremberg Bureau ETG Japon Tokyo Bureau ETG Bureau ETG Chine Corée Beijing Seoul EtherCAT Technology Group 2011 61 La structure ETG EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 62 Développement d’ETG EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves 1600 1542 Membres le 11/01/2011 As of Dec 7, 2010: 1510 Members 1400 1200 Nov 2009 – Nov 2010: + 313 1000 800 - Ouvert - Normalisé 600 - Sûr - Redondant 400 - Polyvalent 0 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‐10 200 EtherCAT Technology Group 2011 63 ETG Membership Distribution EtherCAT : 100% - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique Asie 90% 80% Amérique 70% - Simple à implémenter - A fait ses preuves 60% - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent Europe 50% 40% Une tendance continue vers l’international 30% hors Allemagne Allemagne 20% EtherCAT Technology Group 2011 64 Dans 52 pays EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves Argentina Canada Australia China Austria Columbia Bosnia and Herzegovina Belgium Belarus Croatia Czech Rep Brazil Denmark Bulgaria Finland France Germany Greece Hungary India Iran Ireland Israel Italy Japan Korea Lebanon Liechtenstein Lithuania Malta Mexico - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent Netherlands New Zealand Norway Poland Portugal Romania Russia Serbia Singapore Slovakia Slovenia South Africa Spain Sweden Switzerland Taiwan Thailand Turkey Ukraine United Kingdom USA *as of Jan 2011 EtherCAT Technology Group 2011 67 Sur les 6 continents EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent ETG Office *as of Nov 2010 EtherCAT Technology Group 2011 68 ETG: Des membres actifs • EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique SPS/IPC/Drives 2010: 65 membres avec plus de 270 systèmes EtherCAT sur le stand d’ETG: – 35 variateurs différents de 22 constructeurs sur le même réseau – 25 maîtres sur 10 OS différents – Maîtres et esclaves de sécurité sur un seul réseau - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 69 EtherCAT: Une large gamme de produits E/S, contrôleurs, IHM, variateurs, capteurs, Kits de développement maître et esclave pupitres, vannes hydrauliques et pneumatiques, … EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 70 Conformité et interopérabilité EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent • La conformité et l’interopérabilité sont des facteurs très importants pour le succès d’une technologie de communication. – La conformité aux spécifications est une obligation pour tous les membres EtherCAT – On utilise donc un outil nommé CTT EtherCAT Conformance Test Tool – Les différentes étapes de test du CTT sont créées par le groupe „Conformance“ au sein de la communauté ETG – Un certificat atteste de la conformité du produit après une série de test à l’officiel EtherCAT Test Center (ETC) EtherCAT Technology Group 2011 71 Safety over EtherCAT: Caractéristiques (1) EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé • • • – Il permet d’obtenir le niveau de sécurité SIL 3 – Residual Error Probability R(p) < 10-9 - Sûr - Redondant - Polyvalent Safety over EtherCAT (FSoE) définit la couche de communication permettant le transport des informations de sécurité entre les différents systèmes du réseau FSoE est une technologie ouverte au sein d’EtherCAT Technology Group (ETG). Le protocole est développé selon la norme IEC 61508 • Le protocole est validé par un organisme indépendant (TÜV) EtherCAT Technology Group 2011 72 Safety over EtherCAT: Architecture logicielle • EtherCAT : Données de sécurité ou non sur le même bus - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique Device 1 Device 2 Safety Application Safety Application - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent Standard Application Standard Application Safety over EtherCAT Protocol Safety over EtherCAT Protocol EtherCAT Communication Interface EtherCAT Communication Interface Safety over EtherCAT EtherCAT EtherCAT Telegram Safety data container (FSoE Frame) EtherCAT Technology Group 2011 74 Safety over EtherCAT: Architecture matérielle • EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé EtherCAT transporte les informations de sécurité mais ne gère pas la sécurité Device 1 Controller A Safety Protocol Controller A Safety Protocol - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 Device 2 Controller B Safety Protocol Controller B Safety Protocol Controller B Safety Protocol Controller A Safety Protocol EtherCAT Slave Controller EtherCAT Slave Controller PHY PHY PHY PHY Trafo Trafo Trafo Trafo RJ45 RJ45 RJ45 RJ45 Controller A Safety Protocol Controller B Safety Protocol 75 Safety over EtherCAT: Structure de la trame • EtherCAT : Télégramme Ethernet - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique Ethernet Header EtherCAT Header - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent 2. Datagram FSC Trame Safety over EtherCAT - Simple à implémenter - A fait ses preuves 1. Datagram CMD SafeData CRC_0 SafeData CRC_1 Conn ID – Trame Safety over EtherCAT • La trame FSoE est un conteneur mappé au process image du système • Une nouvelle trame est reconnu si au moins un bit a changé depuis la dernière trame • On calcule 2 octets de CRC pour chaque paire d’octets de donnée de sécurité • Plusieurs octets de donnée de sécurité peuvent être transmis EtherCAT Technology Group 2011 76 Safety over EtherCAT: Exemple EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique • • Logique de sécurité décentralisé Le PLC standard route les messages de sécurité PLC Standard Entrée Safety - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé Sortie Safety - Sûr - Redondant - Polyvalent S S S Variateur Safety EtherCAT Technology Group 2011 Logique Safety S 77 Safety over EtherCAT: Avantages • EtherCAT : – Communication standard et de sécurité sur le même réseau - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre • • - Simple à configurer • - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent Solution entièrement intégrée: Réduction des réseaux et des interfaces Configuration centralisée, diagnostique et maintenance des E/S standard et de sécurité avec le même outils Les applications de sécurité utilise pleinement les avantage d’EtherCAT: – – – – – Temps de réaction court Nombre de participants presque illimité Grande possibilité d’extension du réseau Redondance filaire en option Grande flexibilité avec le Hot Connect EtherCAT Technology Group 2011 78 Sans redondance : Fonctionnement normal EtherCAT : - Plus rapide Maître EtherCAT - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent TX Unit RX TX MAC 1 - Simple à implémenter - A fait ses preuves RX Unit RX TX Esclave 1 Esclave 2 Esclave N RX RX RX TX TX RX TX TX ... TX RX EtherCAT Technology Group 2011 ... TX RX 79 Sans redondance : Coupure de câble EtherCAT : - Plus rapide Maître EtherCAT - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent TX Unit RX TX MAC 1 - Simple à implémenter - A fait ses preuves RX Unit RX TX Esclave 1 Esclave 2 Esclave N-1 Esclave N RX RX TX TX RX TX ... TX RX EtherCAT Technology Group 2011 RX TX TX RX ... TX RX TX RX 80 Sans redondance : Esclave endommagé EtherCAT : - Plus rapide Maître EtherCAT - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent TX Unit RX TX MAC 1 - Simple à implémenter - A fait ses preuves RX Unit RX Esclave 1 Esclave 2 RX RX TX TX TX Esclave N-2 RX TX Esclave N-1 Esclave N RX TX ... TX RX EtherCAT Technology Group 2011 RX TX TX RX ... TX RX TX RX TX RX 81 Avec redondance : Fonctionnement normal EtherCAT : - Plus rapide Maître EtherCAT - Synchrone - Un Ethernet industriel RX Unit TX Unit - Une topologie libre RX TX - Simple à configurer MAC 1 MAC 2 - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent RX TX RX Seul un second port Ethernet est nécessaire – pas de carte spécifique TX Esclave 1 Esclave 2 Esclave N RX RX RX TX TX RX TX TX ... TX RX EtherCAT Technology Group 2011 ... TX RX 82 Avec redondance : Coupure de câble EtherCAT : - Plus rapide Maître EtherCAT - Synchrone - Un Ethernet industriel RX Unit TX Unit - Une topologie libre RX TX - Simple à configurer MAC 1 MAC 2 - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent RX TX RX TX Esclave 1 Esclave 2 Esclave N-1 Esclave N RX RX TX TX RX TX ... TX RX RX TX TX RX ... TX RX TX RX Temps de restauration du bus < 15µs EtherCAT Technology Group 2011 83 Avec redondance : Esclave endommagé EtherCAT : - Plus rapide Maître EtherCAT - Synchrone - Un Ethernet industriel RX Unit TX Unit - Une topologie libre RX TX - Simple à configurer MAC 1 MAC 2 - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent RX Esclave 1 Esclave 2 RX RX TX TX TX RX Esclave N-2 RX TX TX Esclave N-1 Esclave N RX TX ... TX RX EtherCAT Technology Group 2011 RX TX TX RX ... TX RX TX RX TX RX 84 EtherCAT: Grande disponibilité • EtherCAT : – Avec seulement un second port Ethernet sur le maître - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr Redondance filaire • • Échange à chaud Hot Connect d’un groupe Groupe Hot Connect Master - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group 2011 85 EtherCAT: Architecture polyvalente EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone • • • - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique Maître vers esclave Esclave vers esclave Maître vers Maître M2S Switchports - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant Master M2M Gateways - Polyvalent M2S Master EtherCAT Technology Group 2011 S2S 86 EtherCAT sans fil • EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique • • • Des systèmes sans fils peuvent être connectés via des Switchport Les segments sans fils ne ralentissent pas EtherCAT Protocole: EtherCAT Automation Protocol Les segments sans fils sont transparents pour le maitre - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant Switchport Master - Polyvalent Le Maître voit les données comme un process image local EtherCAT Technology Group 2011 Ex lecteur RFID Maître avec ou sans application de contrôle 89 EtherCAT – Le réseau Ethernet EtherCAT : - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent Why go for something slower, just because it is more expensive? EtherCAT Technology Group 2011 90 EtherCAT – Le réseau Ethernet EtherCAT : www.ethercat.org - Plus rapide - Synchrone - Un Ethernet industriel - Une topologie libre - Simple à configurer - Économique - Simple à implémenter - A fait ses preuves - Ouvert - Normalisé - Sûr - Redondant - Polyvalent EtherCAT Technology Group ETG Headquarters Ostendstr. 196 90482 Nuremberg, Germany Phone: +49 911 54056 20 [email protected] EtherCAT Technology Group 2011 91
