27.05.2014

Eigenständig oder gemeinsam

Die Mess- und Prüftechnik von Gantner Instruments unterstützt Ethercat in zwei unterschiedlichen Topologien. Zum einen E/A-Module als eigenständige Ethercat-Slaves, was der häufigsten Ethercat-Struktur von verteilten, einzelnen Ethercat-Slaves, mit fixer E/A-Kapazität entspricht. Alternativ dazu besteht die Möglichkeit einen beliebig komplexen Verstärkerverbund als gemeinsamen Ethercat-Slave zu betreiben. Hier koordiniert ein zwischengeordneter Controller die einzelnen E/A-Module und erscheint dem Ethercat-Master als Slave, mit aber je nach Anzahl der untergeordneten Module variabler Kapazität.

Autor: Matthias Fuhrmann, Gantner Instruments GmbH.


Bild 1: Elektrisch nutzen die Q.bloxx EC E/A-Module mit Ethercat-Fähigkeit auf Modulebene eine LVDS-Schittstelle, die von einem Buskoppler umgesetzt wird. Mit diesem können bis zu zehn EC-Module angesprochen werden.
Bild: Gantner Instruments Test & Measurement GmbH

Elektrisch nutzt die Q.bloxx EC E/A-Modul-Serie mit Ethercat-Fähigkeit auf Modulebene eine LVDS-Schittstelle, die von einem Buskoppler umgesetzt wird. Mit diesem können bis zu zehn EC-Module angesprochen werden, die alle über einen eigenen Ethercat-Slave Controller mit Distributed Clock (DC) verfügen. Um die maximale Abtastrate nutzen zu können (Modulabhängig bis zu 100kS/S) wird die XFC-Technologie (eXtreme Fast Control Technology) unterstützt. Dabei können in einem Abfragezyklus bis zu 100 Werte übertragen werden, die von dem Modul mit entsprechend hoher Abtastrate äquidistant aufgezeichnet und im nachfolgenden Zyklus übertragen werden. Der Oversampling Faktor kann von Modul zu Modul variieren. Damit können in einem Abfragezyklus auch unterschiedliche Abtastraten realisiert werden. Anders als bei einfachen Ethercat-'Busklemmen' sind in der EC-Reihe auch Multifunktionsmodule verfügbar. So können einzelne Module z.B. von der Betriebsart Spannungsmessung auf Thermoelement, Widerstand, Brücke etc. umprogrammiert werden. In den einzelnen Betriebsarten gibt es wieder Unterarten wie Widerstandsmessung in 2-, 3- oder 4-Leiter Technik. Dazu gibt es umschaltbare Messbereiche, Linearisierungen, verschiedene Filterfunktionen etc. Diese Funktionalität kann wie bei klassischen Ethercat-Slaves durch SDOs modifiziert werden. Die Ethercat-System Konfiguration-Tools bieten aber nur eine sehr eingeschränkte Unterstützung bei der Konfiguration durch SDOs. Daher wird zusätzlich eine eigene Konfigurationssoftware angeboten, die eine grafische geführte Einstellung der vollen Funktionalität mit Syntaxcheck etc. ermöglicht. Die Konfigurationsfiles werden entweder per FoE vom Ethercat System Konfigurations-Tool, oder direkt über die USB-Schnittstelle des Buskopplers in die Module übertragen. Die Multifunktionalität der EC-Module hat auch Auswirkungen auf den ESI (Ethercat Slave Information) File. Da je nach Konfiguration ein anderer ESI-File zur kompletten Beschreibung der Konfiguration benötigt würde, bieten die Module im ersten Schritt einen vereinfachten ESI-File. Mittels CoE kann der Master anhand dessen die tatsächliche Konfiguration (SDOs und PDO-Mapping) auslesen und in den Online-Betrieb gehen. Falls ein Master diese Funktionalität nicht bietet, wird auf Wunsch für die Konfigurationssoftware auch ein individueller ESI-File mit der jeweils aktuellen Konfiguration generiert. Für die EC E/A-Modul Serie stehen Eingänge für Spannung, Strom, Widerstand, Potentiometer, Pt100, Pt1000, Thermoelement, Messbrücke, LVDT, IEPE, Status, Frequenz, PWM und Zähler zur Verfügung. Teilweise auch für Hochvolt Appliaktionen an Elektrofahrzeugen und Batterien mit 1.200V Isolationsspannung. Ausgänge für Spannung, Strom, Status, Frequenz und PWM sind ebenfalls gegeben.

Verstärkerverbund als gemeinsamer Ethercat-Slave

Die dezentrale Messtechnik wird bei klassischer Konfiguration von einem Controller als Verstärkerverbund gebündelt. Der Contoller bietet unterschiedliche Schnittstellen zur Kommunikation mit der Prüfstandsumgebung, so auch ein Ethercat-Interface. Daneben verfügt jeder Controller zusätzlich über eine Ethernet-Schnittstelle. Beide Schnittstellen sind unabhängig voneinander nutzbar. So können die Prozessdaten über die Ethercat-Schnittstelle z.B. mit 1kHz übertragen werden, zusätzlich kann über die Ethernet-Schnittstelle Daten mit 50kHz für schnelle Messaufgaben parallel zur Prüfstandssteuerung geschickt werden. Der Controller kann auch Daten zusätzlich ereignisgesteuert erfassen, auf einem lokalen Speichermedium ablegen oder per FTP versenden etc. Somit sind zwei oder mehr Anwendungen gleichzeitig möglich, ohne dass die Ethercat-Funktionalität beeinträchtigt wird.

Fazit

Die beiden Konzepte der E/A-Module als eigenständiger Ethercat-Slaves oder des Verstärkerverbunds als gemeinsamer Ethercat-Slave bieten unterschiedliche Vorteile. Je nach Applikation wird die Entscheidung zu dem einen oder anderen Ansatz tendieren.

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