Power-over-EtherCAT und andere neue Funktionen: Beckhoff erweitert EtherCAT-Klemmensystem um zahlreiche Module

Die hohe Übertragungsrate von Fast-Ethernet und die hohe Protokolleffizienz von EtherCAT ermöglichen auch die Einbindung von unterlagerten Feldbussen. Somit können über Kommunikationsmodule Feldbussysteme wie Profibus, CAN, Interbus usw. eingebunden werden. Von der Backplane-Kommunikation via EtherCAT bekommt der Anwender nichts mit. Er profitiert allerdings von der höheren internen Geschwindigkeit. Mit der Verwendung von EtherCAT als Feldbus ändert sich die Sache allerdings dramatisch: Der Feldbus als Fla­schenhals fällt in einem solchen System weg und die Kommunikation erfolgt transparent bis in jede Unterstation ohne Brüche auf einem einzigen Protokoll. Ein derart durchgängiges System hat klare Vorteile hinsichtlich Diagnose und Störungsbeseitigung. Vervollständigung Das EtherCAT-Klemmensystem wird kontinuierlich weiterentwickelt: Neu ist z.B. ein Ethernet-Modul, das das Precision Time Protocol nach IEEE1588 unterstützt sowie weitere Feldbusklemmen, darunter Lightbus, Profinet oder IO-Link. Weitere Neuheiten werden zur SPS/IPC/Drives vorgestellt. EtherCAT in Sternverkabelung Das EtherCAT-System zeichnet sich u.a. durch seine flexiblen Topologiemöglichkeiten aus. Dazu gehört auch die EtherCAT-Abzweigklemme, mit der inner­halb des E/A-Systems weitere Abgänge für Sternverkabelungen ermöglicht werden. Bei einigen Anwendungen ist genau das eine zentrale Forderung. Die Sternverkabelung ist dabei nicht nur für Maschinen sinnvoll, deren Aufbau diese Art der Verkabelung rein physisch nahelegt (z.B. Rundtaktmaschinen). Auch bei Maschinen, die zur Laufzeit flexibel aus verschiedenen Modulen zusammengestellt werden, spielen solche Topologien eine wichtige Rolle, weil es mit ihnen möglich ist, Maschinenteile an- bzw. abzukoppeln, ohne den Bus zu unterbrechen (Hot-Connect). Beispiele hierfür wären z.B. moderne Druckmaschinen, die keine langen Stillstandszeiten dulden: Während der eine Auftrag mit einem bestimmten Maschinenmodul (z.B. Vorsatzklebung) noch abgearbeitet wird, kann ein anderes Maschinenmodul bereits montiert und eingerichtet werden, ohne den Betrieb zu unterbrechen. Auch im Falle einer Störung sind solche Konzepte deutlich im Vorteil, wenn es darum geht, die Produktion am Laufen zu halten. An der Physik von EtherCAT ändert sich durch das Abzweigmodul nichts, EtherCAT bleibt auch hier ein logischer Ring, die Verdrahtung erfolgt jedoch als Stern. Identifizierung via Schalter Systeme, die zur Laufzeit neu zusammengestellt werden, ha­ben in der Regel das Problem, dass die Adressierung der neu hinzugefügten Module dem Ge­samtsystem bekannt sein muss. Setzt man hier auf eine fest mit dem Gerät verbundene Adressierung (z.B. via EEPROM) kann ein Servicefall zum echten Problem werden, da ein Gerät mit exakt dieser Adresse beschafft werden muss. Beckhoff setzt an dieser Stelle auf einen Koppler mit ID-Schalter. Im Servicefall kann dieser Koppler gegen jeden anderen ausgetauscht werden, indem einfach die ID des defekten Gerätes übernommen wird. Sowohl den Abzweig als auch den Koppler gibt es als Kupfer- oder LWL-Version. Mit letzterer sind Entfernungen von bis zu zwei Kilometern zwischen Abzweigmodul und Koppler realisierbar. Damit ist es übrigens auch möglich, einen redundanten optischen Ring auf Basis von EtherCAT zu bauen. Brückenkopf Neu im E/A-Baukasten von Beckhoff ist zudem die sogenannte Ethernet-Bridge-Klemme. Diese ermöglicht den Austausch von Daten zwischen mehreren EtherCAT-Mastersegmenten und die Synchronisierung der \’Distributed Clocks\‘. Über einen internen Zwischenspeicher werden hier Daten zwischen den Segmenten ausgetauscht. Der nächste ankommende Frame übernimmt also die Austauschdaten in sein Prozessabbild. Der Zugriff ist in beiden Richtungen lesend und schreibend möglich. Dafür gibt es einen Konfigurator, der dabei hilft zu definieren, welche Objekte ausgetauscht werden sollen. Dieses Konzept der Kopplung zweier Master-Segmente ist insbesondere dort von Vorteil, wo Antriebe hochsynchron an unterschiedlichen Steuerungen zusammenarbeiten müssen oder allgemeiner ausgedrückt: in eng verzahnten Prozessen mit verteilten Steuerungsarchitekturen, bei denen die Präzision der \’Distributed Clocks\‘ benötigt wird. Durch die Möglichkeit, diese Bridge-Klemme zusätzlich mit Spannung zu versorgen, wird die Verfügbarkeit der Gesamtanlage weiter erhöht. Power-over-EtherCAT Basierend auf dem IEEE-Standard 802.3af unterstützt die EtherCAT-Abzweigklemme EK1132 Power Sourcing Equipment (PSE), um die Versorgung von angeschlossenen Verbrauchern (Powered Devices, PD) über das Standard-EtherCAT/Ethernet-Kabel zu gewährleisten. Die Versorgungsspannung beträgt 48V und wird in der Abzweigklemme aus industrieüblichen 24V erzeugt. Die maximale Stromaufnahme der Endgeräte darf dabei jeweils 350mA betragen. Insgesamt stehen auf diese Weise ca. 15W für die Teilnehmerversorgung zur Verfügung. Das reicht für eine ganze Reihe industrietypischer Sensoren und Aktoren, z.B. Drehgeber, Distanzmessgeräte, Lichtschranken, aber auch für Auswertegeräte usw. Die Signal- und Energieübertragung erfolgt auf den gleichen Adern, sodass mit vieradrigen Leitungen gearbeitet werden kann. Die Power-over-EtherCAT (PoE)-Sensoren werden über einen 4-poligen Stecker, z.B. M12, angeschlossen. Durch das Resistive-Power-Discovery-Verfahren ermittelt die Klemme, ob das angeschlossene EtherCAT-Gerät Power-over-EtherCAT unterstützt und, wenn ja, zu welcher im Standard definierten Leistungsklasse es gehört. Nur wenn Power-over-EtherCAT unterstützt wird, wird auch die Versorgung freigeschaltet. Eine intelligente Leistungsverteilung erkennt, welcher Verbraucher zu welcher Leistungsklasse gehört, und verteilt die in Summe zur Verfügung stehenden 15,4W entsprechend auf die angeschlossenen Teilnehmer. Mit TwinCAT und anderen geeigneten EtherCAT-Mastern unterstützt die EK1132 auch das An- und Abkoppeln von EtherCAT-Teilnehmern im laufenden Betrieb (Hot-Connect). Fazit Mit den neuen Funktionsmodulen hat Beckhoff seine ohnehin schon sehr vollständige Modulpalette weiter ausgebaut. Zwar bedingt der Einsatz von Power-over-EtherCAT nicht nur bei EtherCAT eine Sternverkabelung, dennoch ist die neue Klemme ein echtes Highlight, die in vielen Fällen die Verdrahtung deutlich vereinfachen kann. Diese neue Klem­me mit der Power-over-Ether­CAT-Funktion wird man erstmals auf der SPS/IPC/Drives sehen können. Power-over-Ether­CAT wurde als Entwurf in die EtherCAT Technology Group eingebracht und wird Teil der Spezifikation. Wenn andere Hersteller bald mit eigenen Modulen nachziehen, gehört Power-over-EtherCAT wohl bald eher zur Regel als zur Ausnahme. (kbn) Kasten: Scientific Automation: Erweiterung der Messtechnik-E/A-Klemmen Digital-Multimeter in der Busklemme Mit den Digital-Multimeter-Klemmen bringt Beckhoff weitere Messtechnikfunktionen in seine E/A-Systeme. Die Digital-Multimeter mit Feldbusinterface zur Strom- und Spannungsmessung können Messwerte direkt im E/A-System oder von der überlagerten Steuerung verarbeiten. Die Messtechnik-Klemmen wird es sowohl für das Beckhoff-Busklemmensystem als auch für das EtherCAT-Klemmensystem geben. Die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff bietet mit leistungsfähiger CPU, schneller Kommunikation, z.B. via EtherCAT, Echtzeitsoftware und E/A-Schnittstelle zur Außenwelt die ideale Basis für hochgenaue und schnelle Messtechnik. Beim Einsatz der neuen Beckhoff-E/A-Klemmen KL3681 (Busklemme) und EL3681 (EtherCAT-Klemme) wird der Komfort durch den Weitbereichseingang und automatische Messbereichsumschaltung erheblich erhöht. Hohe Genauigkeit und einfache, hochohmige Messung von 30mV bis 300V ermöglichen es, die Busklemme wie ein modernes digitales Multimeter zu verwenden. Besonders in messtechnischen Anwendungen ist die zu erwartende Spannung häufig in der Planungsphase noch nicht bekannt. Eine automatische Anpassung an den Messbereich vereinfacht die Anwendung und reduziert den Lagerbestand. Die Digital-Multimeter-Klemmen messen Gleich- und Wechselspannungen; bei Wechselspannung wird der Effektivwert (RMS) ermittelt. Durch den vollständig galvanisch getrennten Aufbau der Messelektronik und ein Messintervall von typisch 200ms wird eine sehr gute Störfestigkeit erreicht. Das Messergebnis entspricht dem eines guten Handmultimeters, nur besitzt die Busklemme eine Schnittstelle zu allen marktüblichen Feldbussen und kann über diese ausgelesen und parametriert werden.