EtherCAT Handbuch Servopositionierregler ARS 2000


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EtherCAT Handbuch Servopositionierregler ARS 2000 | Manualzz

EtherCAT-Handbuch

Servopositionierregler ARS 2000

Metronix Meßgeräte und Elektronik GmbH Telefon: +49-(0)531-8668-0

Kocherstraße 3

D-38120 Braunschweig

Telefax: +49-(0)531-8668-555

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Seite 2

Urheberrechte

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Die Informationen und Angaben in diesem Dokument sind nach bestem Wissen zusammengestellt worden. Trotzdem können abweichende Angaben zwischen dem Dokument und dem Produkt nicht mit letzter Sicherheit ausgeschlossen werden. Für die Geräte und zugehörige Programme in der dem

Kunden überlassenen Fassung gewährleistet Metronix den vertragsgemäßen Gebrauch in

Übereinstimmung mit der Nutzerdokumentation. Im Falle erheblicher Abweichungen von der

Nutzerdokumentation ist Metronix zur Nachbesserung berechtigt und, soweit diese nicht mit unangemessen Aufwand verbunden ist, auch verpflichtet. Eine eventuelle Gewährleistung erstreckt sich nicht auf Mängel, die durch Abweichen von den für das Gerät vorgesehenen und in der

Nutzerdokumentation angegebenen Einsatzbedingungen verursacht werden.

Metronix übernimmt keine Gewähr dafür, dass die Produkte den Anforderungen und Zwecken des

Erwerbers genügen oder mit anderen von ihm ausgewählten Produkten zusammenarbeiten. Metronix

übernimmt keine Haftung für Folgeschäden, die im Zusammenwirken der Produkte mit anderen

Produkten oder aufgrund unsachgemäßer Handhabung an Maschinen oder Anlagen entstehen.

Metronix behält sich das Recht vor, das Dokument oder das Produkt ohne vorherige Ankündigung zu

ändern, zu ergänzen oder zu verbessern.

Dieses Dokument darf weder ganz noch teilweise ohne ausdrückliche Genehmigung des Urhebers in irgendeiner Form reproduziert oder in eine andere natürliche oder maschinenlesbare Sprache oder auf Datenträger übertragen werden, sei es elektronisch, mechanisch, optisch oder auf andere Weise.

Warenzeichen

Alle Produktnamen in diesem Dokument können eingetragene Warenzeichen sein. Alle Warenzeichen in diesem Dokument werden nur zur Identifikation des jeweiligen Produkts verwendet.

ServoCommander™ ist ein eingetragenes Warenzeichen der Metronix Meßgeräte und Elektronik

GmbH.

EtherCAT® ist ein eingetragenes Warenzeichen.

EtherCAT ist ein von der Firma Beckhoff initiierter Ethernet basierter Feldbus, der als offener

Standard propagiert wird. EtherCAT ist eine offene Technologie, die in der IEC (International

Electrotechnical Commission) genormt wird. Unterstützt wird sie von der ETG (EtherCAT Technology

Group), einer internationalen Anwender- und Herstellervereinigung.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 3

Verzeichnis der Revisionen

Ersteller:

Handbuchname:

Dateiname:

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Lfd. Nr.

001 Erstellung

002

Beschreibung

Metronix Meßgeräte und Elektronik GmbH

EtherCAT-Handbuch „Servopositionierregler ARS 2000“

ECAT-HB_ARS2000_2p0_DE

Corporate Identity aktualisiert- keine technischen Änderungen

Revisions-Index Datum der Änderung

1.0 28.10.2008

2.0 13.04.2011

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 4

INHALTSVERZEICHNIS:

1

 

ALLGEMEINES .................................................................................................. 8

 

1.1

 

In diesem Handbuch verwendete Symbole .............................................. 8

 

1.2

 

Abkürzungen ............................................................................................ 8

 

1.3

 

Dokumentation ......................................................................................... 9

 

1.4

 

Lieferumfang ........................................................................................... 10

 

2

 

SICHERHEITSHINWEISE FÜR ELEKTRISCHE ANTRIEBE UND

STEUERUNGEN ............................................................................................... 11

 

2.1

 

Allgemeine Hinweise .............................................................................. 11

 

2.2

 

Gefahren durch falschen Gebrauch ........................................................ 12

 

2.3

 

Sicherheitshinweise ................................................................................ 13

 

2.3.1

 

Allgemeine Sicherheitshinweise ................................................. 13

 

2.3.2

 

Sicherheitshinweise bei Montage und Wartung ......................... 14

 

2.3.3

 

Schutz gegen Berühren elektrischer Teile ................................. 15

 

2.3.4

 

Schutz durch Schutzkleinspannung (PELV) gegen elektrischen

Schlag ........................................................................................ 16

 

2.3.5

 

Schutz vor gefährlichen Bewegungen ........................................ 16

 

2.3.6

 

Schutz gegen Berühren heißer Teile ......................................... 17

 

2.3.7

 

Schutz bei Handhabung und Montage ....................................... 18

 

3

 

PRODUKTBESCHREIBUNG ........................................................................... 19

 

3.1

 

Allgemeines ............................................................................................ 19

 

3.2

 

Kenndaten des Technologiemodul EtherCAT ......................................... 19

 

4

 

TECHNISCHE DATEN ...................................................................................... 20

 

4.1

 

Anzeigeelemente .................................................................................... 20

 

4.2

 

EtherCAT-Interface ................................................................................. 20

 

5

 

FUNKTIONSÜBERSICHT ................................................................................ 21

 

5.1

 

EtherCAT-Protokoll ................................................................................. 24

 

5.2

 

XML Beschreibungsdatei ........................................................................ 24

 

6

 

CANOPEN OVER ETHERCAT (COE).............................................................. 26

 

6.1

 

CANopen- Kommunikationsschnittstelle ................................................. 26

 

6.1.1

 

Konfiguration der Kommunikationsschnittstelle .......................... 27

 

6.1.2

 

Neue und geänderte CANopen Kommunikationsobjekte unter

CoE ............................................................................................ 29

 

6.1.2.1

 

Objekt 1100 h

– EtherCAT fixed station address ....................................30

 

6.1.2.2

 

Objekt 1C00 h

- Sync Manager Communication Type ............................31

 

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 5

6.1.2.3

 

Objekt 1C10 h

- Sync Manager Channel 0 (Mailbox Receive) ...............32

 

6.1.2.4

 

Objekt 1C11 h

- Sync Manager Channel 1 (Mailbox Send) ....................33

 

6.1.2.5

 

Objekt 1C12 h

- Sync Manager Channel 2 (Process Data Output) ........33

 

6.1.2.6

 

Objekt 1C13 h

- Sync Manager Channel 3 (Process Data Input) ...........35

 

6.1.3

 

Nicht unterstützte CANopen Kommunikationsobjekte unter CoE36

 

6.2

 

Kommunikations-Statemachine .............................................................. 37

 

6.2.1

 

Unterschiede zwischen den Statemachines von CANopen und

EtherCAT ................................................................................... 40

 

6.3

 

SDO Frame ............................................................................................ 40

 

6.4

 

PDO Frame ............................................................................................ 41

 

6.5

 

Error Control ........................................................................................... 43

 

6.6

 

Emergency Frame .................................................................................. 44

 

6.7

 

Anpassung der Gerätebeschreibungsdatei ............................................. 44

 

6.7.1

 

Grundsätzlicher Aufbau der Gerätebeschreibungsdatei ............ 45

 

6.7.2

 

Receive PDO Konfiguration im Knoten RxPDO ......................... 47

 

6.7.3

 

Transmit PDO Konfiguration im Knoten TxPDO ........................ 49

 

6.7.4

 

Initialisierungskommandos über den Knoten „Mailbox“ .............. 49

 

6.8

 

Synchronisation (Distributed Clocks) ...................................................... 50

 

7

 

PARAMETRIERUNG MIT DEM METRONIX SERVOCOMMANDER™ ........... 51

 

8

 

MECHANISCHE INSTALLATION .................................................................... 53

 

9

 

ELEKTRISCHE INSTALLATION ...................................................................... 54

 

9.1

 

Steckerbelegung und Kabelspezifikationen ............................................ 54

 

9.1.1

 

Ausführung am Gerät [X1], [X2] ................................................. 54

 

9.1.2

 

Belegung der Steckverbinder [X1], [X2] ..................................... 54

 

9.1.3

 

Art und Ausführung des Kabels ................................................. 55

 

9.1.4

 

Anschlusshinweise [X1], [X2] ..................................................... 56

 

9.1.5

 

Bus-Terminierung ...................................................................... 56

 

10

 

SERVICEFUNKTIONEN UND STÖRUNGSMELDUNGEN .............................. 57

 

10.1

 

Betriebsart- und Störungsmeldungen ..................................................... 57

 

10.1.1

 

Fehlermeldungen ....................................................................... 57

 

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 6

Abbildungsverzeichnis:

Abbildung 1:

 

Multiprotokollfähiges Feldbussystem EtherCAT ...........................................................23

 

Abbildung 2:

 

EtherCAT-Telegrammaufbau .......................................................................................24

 

Abbildung 3:

 

Beispiel einer XML Beschreibungsdatei .......................................................................25

 

Abbildung 4:

 

Beispielmapping der SDOs und PDOs auf die Sync-Kanäle .......................................28

 

Abbildung 5:

 

Statemachine der Kommunikation ................................................................................38

 

Abbildung 6:

 

SDO Frame: Telegrammaufbau ...................................................................................40

 

Abbildung 7:

 

PDO Frame: Telegrammaufbau ...................................................................................41

 

Abbildung 8:

 

PDO-Mapping ...............................................................................................................42

 

Abbildung 9:

 

Emergency Frame: Telegrammaufbau .........................................................................44

 

Abbildung 10:

 

Einstellung der EtherCAT-Schnittstelle ........................................................................51

 

Abbildung 11:

 

Lage der Elemente an der Frontplatte ..........................................................................53

 

Abbildung 12:

 

Pin-Anordnung der Buchsen RJ45 von [X1] und [X2] ..................................................56

 

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 7

Tabellenverzeichnis:

Tabelle 1:

Tabelle 2:

Tabelle 3:

Tabelle 4:

Tabelle 5:

Tabelle 6:

Tabelle 7:

Tabelle 8:

Tabelle 9:

Technische Daten: Umgebungsbedingungen und Qualifikation ..................................20

Anzeigeelemente ..........................................................................................................20

Signalpegel und Differenzspannung .............................................................................20

Vergleichsübersicht ESC10, ESC20 und ASIC ............................................................21

Neue und geänderte Objekte für CANopen over EtherCAT (CoE) ..............................29

Nicht unterstützte Objekte für CANopen over EtherCAT (CoE) ...................................36

Zustände der EhterCAT Statemachine für die Kommunikation ...................................37

Statusübergänge der Kommunikations-Statemachine .................................................39

Unterschiede in der Statemachine zwischen CANopen und EtherCAT .......................40

Tabelle 10: Hauptgliederungspunkte der Gerätebeschreibungsdatei .............................................45

Tabelle 11: Unterpunkte des Knotens „Descriptions“ ......................................................................46

Tabelle 12: Wichtige Unterpunkte des Knotens „Descriptions“ .......................................................46

Tabelle 13: Knoten in der Konfiguration des Receive PDOs ..........................................................47

Tabelle 14: Unterknoten des Knotens „Entry“ für die PDO Konfiguration .......................................48

Tabelle 15: Unterknoten des Knotens „InitCmd“ .............................................................................49

Tabelle 16: Belegung X1: RJ45-Buchse oben ................................................................................54

Tabelle 17: Belegung X2: RJ45-Buchse unten ...............................................................................55

Tabelle 18: Bestellnummer der Fa. LAPP und Lütze ......................................................................55

Tabelle 19: Fehlermeldungen ..........................................................................................................57

Tabelle 20: Warnmeldungen ...........................................................................................................58

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 8 Allgemeines

1 Allgemeines

1.1 In diesem Handbuch verwendete Symbole

Information

Wichtige Informationen und Hinweise.

Vorsicht!

Die Nichtbeachtung kann hohe Sachschäden zur Folge haben.

GEFAHR !

Die Nichtbeachtung kann Sachschäden und Personenschäden zur Folge haben.

Vorsicht! Lebensgefährliche Spannung.

Der Sicherheitshinweis enthält einen Hinweis auf eine eventuell auftretende lebensgefährliche Spannung.

1.2 Abkürzungen

EtherCAT

ETG

CoE

Ethernet for Controller and Automation Technology

EtherCAT Technology Group

CANopen over EtherCAT

ESC

FPGA

EtherCAT Slave Controller

Field Programmable Gate Array

DS Draft Standard

FW Firmware

CiA CAN in Automation

IEC International Electrotechnical Commission

PDI Process Data Interface

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Allgemeines Seite 9

1.3 Dokumentation

Dieses Produkthandbuch ARS 2000 „Technologiemodul EtherCAT“ dient zum sicheren Arbeiten mit dem Feldbussystem EtherCAT für den Servopositionierregler ARS 2000.

Weitergehende Informationen finden sich in folgenden Handbüchern zur ARS 2000 Produktfamilie:

™ CANopen Handbuch “ Servopositionierregler ARS 2000”: Beschreibung des implementierten

CANopen Protokolls gemäß CiA DSP402 und DS301.

™ Montageanleitung “Mounting Instructions ARS 2000”: Anleitung zum Anschlusses des

Servopositionierregler ARS 2000.

™ Softwarehandbuch “Servopositionierregler ARS 2000”: Beschreibung der Gerätefunktionalität und der Softwarefunktionen der Firmware einschließlich der RS232 Kommunikation.

Beschreibung des Parametrierprogramms Metronix ServoCommander™ mit einer Anleitung bei der Erstinbetriebnahme eines Servopositionierreglers der Reihe ARS 2000.

™ Produkthandbuch “Servopositionierregler ARS 2100”: Beschreibung der technischen Daten und der Gerätefunktionalität sowie Hinweise zur Installation und Betrieb des

Servopositionierregler ARS 2100.

™ Produkthandbuch “Servopositionierregler ARS 2302, ARS 2305, ARS 2310”: Beschreibung der technischen Daten und der Gerätefunktionalität sowie Hinweise zur Installation und Betrieb des Servopositionierregler ARS 2302, 2305 und 2310.

™ Produkthandbuch “Servopositionierregler ARS 2320, ARS 2320W, ARS 2340 und

ARS 2360W”: Beschreibung der technischen Daten und der Gerätefunktionalität sowie Hinweise zur Installation und Betrieb des Servopositionierregler ARS 2320, ARS 2320W, ARS 2340 and

ARS 2360W.

Der Servopositionierregler ARS 2000 verfügt über einen FLASH-Programmspeicher, der ein Update der Betriebssoftware (Firmware) des Servopositionierregler ARS 2000 auch nach Auslieferung und

Einbau in die Maschine ermöglicht. Die Betriebssoftware des Servopositionierregler ARS 2000 wird vom Hersteller kontinuierlich weiterentwickelt und erweitert, um einer möglichst breiten Palette von

Kundenanforderungen gerecht zu werden.

Die in diesem Handbuch aufgeführten Informationen beziehen sich auf folgende

Hardwarevariante und Firmwareversion des Servopositionierregler ARS 2000 und der

Version des Parametriersoftware Metronix ServoCommander™:

Firmware: ab Version 3.5 KM-Release 1.7

Parametriersoftware:

Hardware: ab Version 2.8

ARS 2000 mit EtherCAT-Technologiemodul

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 10 Allgemeines

1.4 Lieferumfang

Der Master konfiguriert jeden Slave mittels einer XML-Datei (EtherCAT Device Description).

Diese XML-Datei kann im Internet unter www.metronix.de unter dem Menüpunkt

\Download\Software\ARS 2000\ARS 2000 XML-Datei heruntergeladen werden.

Dateiname: ARS2000_XML_Vxpy.xml

Vxpy gibt die Versionsnummer der XML-Datei an.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und Steuerungen Seite 11

2 Sicherheitshinweise für elektrische

Antriebe und Steuerungen

2.1 Allgemeine Hinweise

Bei Schäden infolge von Nichtbeachtung der Warnhinweise in dieser Betriebsanleitung

übernimmt die Metronix Meßgeräte und Elektronik GmbH keine Haftung.

Wenn die Dokumentation in der vorliegenden Sprache nicht einwandfrei verstanden wird, bitte beim

Lieferant anfragen und diesen informieren.

Der einwandfreie und sichere Betrieb des Servopositionierregler ARS 2000 setzt den sachgemäßen und fachgerechten Transport, die Lagerung, die Montage und die Installation sowie die sorgfältige

Bedienung und die Instandhaltung voraus. Für den Umgang mit elektrischen Anlagen ist ausschließlich ausgebildetes und qualifiziertes Personal einsetzen:

AUSGEBILDETES UND QUALIFIZIERTES PERSONAL im Sinne dieses Produkthandbuches bzw. der Warnhinweise auf dem Produkt selbst sind Personen, die mit der Aufstellung, der Montage, der

Inbetriebsetzung und dem Betrieb des Produktes sowie mit allen Warnungen und

Vorsichtsmaßnahmen gemäß dieser Betriebsanleitung in diesem Produkthandbuch ausreichend vertraut sind und über die ihrer Tätigkeit entsprechenden Qualifikationen verfügen:

™ Ausbildung und Unterweisung bzw. Berechtigung, Geräte/Systeme gemäß den Standards der

Sicherheitstechnik ein- und auszuschalten, zu erden und gemäß den Arbeitsanforderungen zweckmäßig zu kennzeichnen.

™ Ausbildung oder Unterweisung gemäß den Standards der Sicherheitstechnik in Pflege und

Gebrauch angemessener Sicherheitsausrüstung.

™ Schulung in Erster Hilfe.

Die nachfolgenden Hinweise sind vor der ersten Inbetriebnahme der Anlage zur Vermeidung von

Körperverletzungen und/oder Sachschäden zu lesen:

Diese Sicherheitshinweise sind jederzeit einzuhalten.

Versuchen Sie nicht, den Servopositionierregler zu installieren oder in Betrieb zu nehmen, bevor Sie nicht alle Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und

Steuerungen in diesem Dokument sorgfältig durchgelesen haben. Diese

Sicherheitsinstruktionen und alle anderen Benutzerhinweise sind vor jeder Arbeit mit dem Servopositionierregler durchzulesen.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 12 Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und Steuerungen

Sollten Ihnen keine Benutzerhinweise für den Servopositionierregler zur Verfügung stehen, wenden Sie sich an Ihren zuständigen Vertriebsrepräsentanten. Verlangen Sie die unverzügliche Übersendung dieser Unterlagen an den oder die Verantwortlichen für den sicheren Betrieb des Servopositionierregler ARS 2000.

Bei Verkauf, Verleih und/oder anderweitiger Weitergabe des Servopositionierregler ARS

2000 sind diese Sicherheitshinweise ebenfalls mitzugeben.

Ein Öffnen des Servopositionierregler ARS 2000 durch den Betreiber ist aus Sicherheits- und Gewährleistungsgründen nicht zulässig.

Die Voraussetzung für eine einwandfreie Funktion des Servopositionierregler ARS 2000 ist eine fachgerechte Projektierung!

GEFAHR!

Unsachgemäßer Umgang mit dem Servopositionierregler und Nichtbeachten der hier angegebenen Warnhinweise sowie unsachgemäße Eingriffe in die

Sicherheitseinrichtung können zu Sachschaden, Körperverletzung, elektrischem

Schlag oder im Extremfall zum Tod führen.

2.2 Gefahren durch falschen Gebrauch

GEFAHR!

Hohe elektrische Spannung und hoher Arbeitsstrom!

Lebensgefahr oder schwere Körperverletzung durch elektrischen Schlag!

GEFAHR!

Hohe elektrische Spannung durch falschen Anschluss!

Lebensgefahr oder Körperverletzung durch elektrischen Schlag!

GEFAHR!

Heiße Oberflächen auf dem Gerätegehäuse möglich!

Verletzungsgefahr! Verbrennungsgefahr!

GEFAHR!

Gefahrbringende Bewegungen!

Lebensgefahr, schwere Körperverletzung oder Sachschaden durch unbeabsichtigte

Bewegungen der Motoren!

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und Steuerungen Seite 13

2.3 Sicherheitshinweise

2.3.1 Allgemeine Sicherheitshinweise

Der Servopositionierregler entspricht der Schutzklasse IP54, sowie der

Verschmutzungsklasse 1. Es ist darauf zu achten, dass die Umgebung dieser Schutz- bzw. Verschmutzungsklasse entspricht.

Nur vom Hersteller zugelassene Zubehör- und Ersatzteile verwenden.

Die Servopositionierregler und die verwendeten Stromversorgungen müssen entsprechend den EN-Normen und VDE-Vorschriften so an das Netz angeschlossen werden, dass sie mit geeigneten Freischaltmitteln ( z.B. Hauptschalter, Schütz,

Leistungsschalter) vom Netz getrennt werden können.

Zum Schalten der Steuerkontakte sollten vergoldete Kontakte oder Kontakte mit hohem

Kontaktdruck verwendet werden.

Vorsorglich müssen Entstörungsmaßnahmen für Schaltanlagen getroffen werden, wie z.B. Schütze und Relais mit RC-Gliedern bzw. Dioden beschalten.

Es sind die Sicherheitsvorschriften und -bestimmungen des Landes, in dem das Gerät zur Anwendung kommt, zu beachten.

Die in der Produktdokumentation angegebenen Umgebungsbedingungen müssen eingehalten werden. Sicherheitskritische Anwendungen sind nicht zugelassen, sofern sie nicht ausdrücklich vom Hersteller freigegeben werden.

Die Hinweise für eine EMV gerechte Installation sind in dem entsprechendem Kapitel im

Benutzerhandbuch ARS 2000 zu entnehmen. Die Einhaltung der durch die nationalen

Vorschriften geforderten Grenzwerte liegt in der Verantwortung der Hersteller der Anlage oder Maschine.

Die technischen Daten, die Anschluss- und Installationsbedingungen für den

Servopositionierregler sind aus diesem Produkthandbuch zu entnehmen und unbedingt einzuhalten.

GEFAHR!

Es sind die Allgemeinen Errichtungs- und Sicherheitsvorschriften für das Arbeiten an

Starkstromanlagen (z.B. DIN, VDE, EN, IEC oder andere nationale und internationale

Vorschriften) zu beachten.

Nichtbeachtung können Tod, Körperverletzung oder erheblichen Sachschaden zur Folge haben.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 14 Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und Steuerungen

Ohne Anspruch auf Vollständigkeit gelten unter anderem folgende Vorschriften:

VDE 0100 Bestimmung für das Errichten von Starkstromanlagen bis 1000 Volt

EN 60204

EN 50178

Elektrische Ausrüstung von Maschinen

Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln

2.3.2 Sicherheitshinweise bei Montage und Wartung

Für die Montage und Wartung der Anlage gelten in jedem Fall die einschlägigen DIN, VDE, EN und

IEC - Vorschriften, sowie alle staatlichen und örtlichen Sicherheits- und Unfallverhütungsvorschriften.

Der Anlagenbauer bzw. der Betreiber hat für die Einhaltung dieser Vorschriften zu sorgen:

Die Bedienung, Wartung und/oder Instandsetzung des Servopositionierregler ARS 2000 darf nur durch für die Arbeit an oder mit elektrischen Geräten ausgebildetes und qualifiziertes Personal erfolgen.

Vermeidung von Unfällen, Körperverletzung und/oder Sachschaden:

Vertikale Achsen gegen Herabfallen oder Absinken nach Abschalten des Motors zusätzlich sichern, wie durch:

¾ mechanische Verriegelung der vertikalen Achse,

¾ externe Brems-/ Fang-/ Klemmeinrichtung oder

¾ ausreichenden Gewichtsausgleich der Achse.

Die eingebaute Motor-Haltebremse oder eine externe, vom Antriebsregelgerät angesteuerte Motor-Haltebremse allein ist nicht für den Personenschutz geeignet!

Die elektrische Ausrüstung über den Hauptschalter spannungsfrei schalten und gegen

Wiedereinschalten sichern, warten bis der Zwischenkreis entladen ist bei:

¾ Wartungsarbeiten und Instandsetzung

¾ Reinigungsarbeiten

Vor der Durchführung von Wartungsarbeiten ist sicherzustellen, dass die

Stromversorgung abgeschaltet, verriegelt und der Zwischenkreis entladen ist.

Bei der Montage ist sorgfältig vorzugehen. Es ist sicherzustellen, dass sowohl bei

Montage als auch während des späteren Betriebes des Antriebs keine Bohrspäne,

Metallstaub oder Montageteile (Schrauben, Muttern, Leitungsabschnitte) in den

Servopositionierregler fallen.

Ebenfalls ist sicherzustellen, dass die externe Spannungsversorgung des

Servopositionierregler ARS 2000 (24V) abgeschaltet ist.

Ein Abschalten des Zwischenkreises oder der Netzspannung muss immer vor dem

Abschalten der 24V Reglerversorgung erfolgen.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und Steuerungen Seite 15

Die Arbeiten im Maschinenbereich sind nur bei abgeschalteter und verriegelter

Wechselstrom- bzw. Gleichstromversorgung durchzuführen. Abgeschaltete Endstufen oder abgeschaltete Reglerfreigabe sind keine geeigneten Verriegelungen. Hier kann es im Störungsfall zum unbeabsichtigten Verfahren des Antriebes kommen.

Die Inbetriebnahme mit leerlaufenden Motoren durchführen, um mechanische

Beschädigungen, z.B. durch falsche Drehrichtung zu vermeiden.

Elektronische Geräte sind grundsätzlich nicht ausfallsicher. Der Anwender ist dafür verantwortlich, dass bei Ausfall des elektrischen Geräts seine Anlage in einen sicheren

Zustand geführt wird.

Der Servopositionierregler kann hohe Temperaturen annehmen, die bei Berührung schwere körperliche Verbrennungen verursachen können.

2.3.3 Schutz gegen Berühren elektrischer Teile

Dieser Abschnitt betrifft nur Geräte und Antriebskomponenten mit Spannungen über 50 Volt. Werden

Teile mit Spannungen größer 50 Volt berührt, können diese für Personen gefährlich werden und zu elektrischem Schlag führen. Beim Betrieb elektrischer Geräte stehen zwangsläufig bestimmte Teile dieser Geräte unter gefährlicher Spannung.

GEFAHR!

Hohe elektrische Spannung!

Lebensgefahr, Verletzungsgefahr durch elektrischen Schlag oder schwere

Körperverletzung!

Für den Betrieb gelten in jedem Fall die einschlägigen DIN, VDE, EN und IEC - Vorschriften, sowie alle staatlichen und örtlichen Sicherheits- und Unfallverhütungsvorschriften. Der Anlagenbauer bzw. der Betreiber hat für die Einhaltung dieser Vorschriften zu sorgen:

Vor dem Einschalten die dafür vorgesehenen Abdeckungen und Schutzvorrichtungen für den Berührschutz an den Geräten anbringen. Für Einbaugeräte ist der Schutz gegen direktes Berühren elektrischer Teile durch ein äußeres Gehäuse, wie beispielsweise einen Schaltschrank, sicherzustellen. Die Vorschriften VGB4 sind zu beachten!

Den Schutzleiter der elektrischen Ausrüstung und der Geräte stets fest an das

Versorgungsnetz anschließen.

Nach der Norm EN60617 den vorgeschriebenen Mindest-Kupfer-Querschnitt für die

Schutzleiterverbindung in seinem ganzen Verlauf beachten!

Vor Inbetriebnahme, auch für kurzzeitige Mess- und Prüfzwecke, stets den Schutzleiter an allen elektrischen Geräten entsprechend dem Anschlussplan anschließen oder mit

Erdleiter verbinden. Auf dem Gehäuse können sonst hohe Spannungen auftreten, die elektrischen Schlag verursachen.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 16 Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und Steuerungen

Elektrische Anschlussstellen der Komponenten im eingeschalteten Zustand nicht berühren.

Vor dem Zugriff zu elektrischen Teilen mit Spannungen größer 50 Volt das Gerät vom

Netz oder von der Spannungsquelle trennen. Gegen Wiedereinschalten sichern.

Bei der Installation ist besonders in Bezug auf Isolation und Schutzmaßnahmen die

Höhe der Zwischenkreisspannung zu berücksichtigen. Es muss für ordnungsgemäße

Erdung, Leiterdimensionierung und entsprechenden Kurzschlussschutz gesorgt werden.

2.3.4 Schutz durch Schutzkleinspannung (PELV) gegen elektrischen Schlag

Alle Anschlüsse und Klemmen mit Spannungen von 5 bis 50 Volt an dem Servopositionierregler sind

Schutzkleinspannungen, die entsprechend folgender Normen berührungssicher ausgeführt sind:

™ International: IEC 60364-4-41.

™ Europäische Länder in der EU: EN 50178/1998, Abschnitt 5.2.8.1.

GEFAHR!

Hohe elektrische Spannung durch falschen Anschluss!

Lebensgefahr, Verletzungsgefahr durch elektrischen Schlag!

An alle Anschlüsse und Klemmen mit Spannungen von 0 bis 50 Volt dürfen nur Geräte, elektrische

Komponenten und Leitungen angeschlossen werden, die eine Schutzkleinspannung (PELV =

Protective Extra Low Voltage) aufweisen.

Nur Spannungen und Stromkreise, die sichere Trennung zu gefährlichen Spannungen haben, anschließen. Sichere Trennung wird beispielsweise durch Trenntransformatoren, sichere Optokoppler oder netzfreien Batteriebetrieb erreicht.

2.3.5 Schutz vor gefährlichen Bewegungen

Gefährliche Bewegungen können durch fehlerhafte Ansteuerung von angeschlossenen Motoren verursacht werden. Die Ursachen können verschiedenster Art sein:

™ Unsaubere oder fehlerhafte Verdrahtung oder Verkabelung.

™ Fehler bei der Bedienung der Komponenten.

™ Fehler in den Messwert- und Signalgebern.

™ Defekte oder nicht EMV gerechte Komponenten.

™ Fehler in der Software im übergeordneten Steuerungssystem.

Diese Fehler können unmittelbar nach dem Einschalten oder nach einer unbestimmten Zeitdauer im

Betrieb auftreten.

Die Überwachungen in den Antriebskomponenten schließen eine Fehlfunktion in den

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und Steuerungen Seite 17 angeschlossenen Antrieben weitestgehend aus. Im Hinblick auf den Personenschutz, insbesondere der Gefahr der Körperverletzung und/oder Sachschaden, darf auf diesen Sachverhalt nicht allein vertraut werden. Bis zum Wirksamwerden der eingebauten Überwachungen ist auf jeden Fall mit einer fehlerhaften Antriebsbewegung zu rechnen, deren Maß von der Art der Steuerung und des

Betriebszustandes abhängen.

GEFAHR!

Gefahrbringende Bewegungen!

Lebensgefahr, Verletzungsgefahr, schwere Körperverletzung oder Sachschaden!

Der Personenschutz ist aus den oben genannten Gründen durch Überwachungen oder Maßnahmen, die anlagenseitig übergeordnet sind, sicherzustellen. Diese werden nach den spezifischen

Gegebenheiten der Anlage einer Gefahren- und Fehleranalyse vom Anlagenbauer vorgesehen. Die für die Anlage geltenden Sicherheitsbestimmungen werden hierbei mit einbezogen. Durch

Ausschalten, Umgehen oder fehlendes Aktivieren von Sicherheitseinrichtungen können willkürliche

Bewegungen der Maschine oder andere Fehlfunktionen auftreten.

2.3.6 Schutz gegen Berühren heißer Teile

GEFAHR!

Heiße Oberflächen auf Gerätegehäuse möglich!

Verletzungsgefahr! Verbrennungsgefahr!

Gehäuseoberfläche in der Nähe von heißen Wärmequellen nicht berühren!

Verbrennungsgefahr!

Vor dem Zugriff Geräte nach dem Abschalten erst 10 Minuten abkühlen lassen.

Werden heiße Teile der Ausrüstung wie Gerätegehäuse, in denen sich Kühlkörper und

Widerstände befinden, berührt, kann das zu Verbrennungen führen!

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 18 Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und Steuerungen

2.3.7 Schutz bei Handhabung und Montage

Die Handhabung und Montage bestimmter Teile und Komponenten in ungeeigneter Art und Weise kann unter ungünstigen Bedingungen zu Verletzungen führen.

GEFAHR!

Verletzungsgefahr durch unsachgemäße Handhabung!

Körperverletzung durch Quetschen, Scheren, Schneiden, Stoßen!

Hierfür gelten allgemeine Sicherhinweise:

Die allgemeinen Errichtungs- und Sicherheitsvorschriften zu Handhabung und Montage beachten.

Geeignete Montage- und Transporteinrichtungen verwenden.

Einklemmungen und Quetschungen durch geeignete Vorkehrungen vorbeugen.

Nur geeignetes Werkzeug verwenden. Sofern vorgeschrieben, Spezialwerkzeug benutzen.

Hebeeinrichtungen und Werkzeuge fachgerecht einsetzen.

Wenn erforderlich, geeignete Schutzausstattungen (zum Beispiel Schutzbrillen,

Sicherheitsschuhe, Schutzhandschuhe) benutzen.

Nicht unter hängenden Lasten aufhalten.

Auslaufende Flüssigkeiten am Boden sofort wegen Rutschgefahr beseitigen.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

3 Produktbeschreibung

3.1 Allgemeines

Das Technologiemodul EtherCAT erlaubt die Anbindung des Servopositionierreglers ARS 2000 an das Feldbussystem EtherCAT. Die Kommunikation über das EtherCAT-Interface ( IEEE-802.3u ) erfolgt mit einer EtherCAT-Standard-Verkabelung und ist zwischen dem ARS 2000 ab Firmware

Version 3.5 KM-Release1.7 und der Parametriersoftware Metronix ARS 2000

ServoCommander™ ab der Version 2.8 möglich.

Die Firma Metronix unterstützt beim ARS 2000 das CoE-Protokoll (CANopen over

EtherCAT) mit dem FPGA ESC20 der Firma Beckhoff.

Das Technologiemodul EtherCAT kann in sämtlichen dreiphasigen

Servopositionierreglern ARS 2300 und in den einphasigen Servopositionierreglern ARS

2100 mit integrierter Sicherheitstechnik „Sicherer Halt“ (erkennbar durch den Stecker [X3] vorne auf der Frontseite) betrieben werden.

Das Technologiemodul EtherCAT muss im Technologieschacht TECH2 gesteckt sein.

Der Betrieb weiterer Technologiemodule in dem Technologieschacht TECH 1 ist, außer dem Service Speichermodul und dem EA88 Modul dann nicht mehr möglich.

3.2 Kenndaten des Technologiemodul EtherCAT

Das Technologiemodul EtherCAT besitzt folgende Leistungsmerkmale:

™ Mechanisch voll integrierbar in die Metronix Servopositionierregler der Serie ARS 2000

™ EtherCAT entsprechend IEEE-802.3u (100Base-TX) mit 100 Mbps (vollduplex)

™ Stern- und Linientopologie

™ Potential getrennte EtherCAT Schnittstelle

™ Kommunikationszyklus : 1ms

™ Max. 127 Slaves

™ Unterstützung des Merkmales „Distributed Clocks“ zur zeitlich synchronen Sollwertübernahme

™ LED-Anzeigen für Betriebsbereitschaft und Link-Detect

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Seite 20 Technische Daten

Tabelle 1: Technische Daten: Umgebungsbedingungen und Qualifikation

Bereich Werte

Lagertemperaturbereich -25 °C bis +75 °C

Betriebstemperaturbereich

Luftfeuchtigkeit

0 °C bis 50 °C

0..90 %, nicht betauend

Aufstellhöhe

Außenabmessungen (LxBxH):

Gewicht: bis 1000 m über NN ca. 92 x 65 x 19 mm ca. 55 g

4.1 Anzeigeelemente

Das Technologiemodul Ethernet besitzt an der Frontseite zwei LED‘s zur Anzeige der

Betriebszustände.

Tabelle 2: Anzeigeelemente

Element Funktion

Zwei-Farb-LED Run (grün), Link/aktivity EtherCAT Port 1 (rot),

EtherCAT aktiv (gelb) rote LED Link/activity EtherCAT Port 2

4.2 EtherCAT-Interface

Tabelle 3: Signalpegel und Differenzspannung

Signalpegel

Differenzspannung

0 ... 2,5 VDC

1,9 ... 2,1 VDC

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Funktionsübersicht Seite 21

5 Funktionsübersicht

Das Feldbussystem EtherCAT bedeutet „Ethernet for Controller and Automation Technology“ und wurde von der Fa. Beckhof Industrie entwickelt. Es wird von der internationalen Organisation

EtherCAT Technology Group (ETG) betreut und unterstützt und ist als offene Technologie konzeptioniert, die durch die International Electrotechnical Commission (IEC) genormt ist.

EtherCAT ist ein auf Ethernet basierendes Feldbussystem und setzt neue Geschwindigkeitsstandards und ist dank flexibler Topologie (Linie, Baum, Stern) und einfacher Konfiguration wie ein Feldbus zu handhaben.

Das EtherCAT-Protokoll wird mit einem speziellen genormten Ethernettyp direkt im Ethernet-Frame gemäß IEEE802.3 transportiert. Broadcast, Multicast und Querkommunikation zwischen den Slaves sind möglich.

Beim EtherCAT basiert der Datenaustausch auf einer reinen Hardware-Maschine. Deshalb wird slaveseitig eine spezielle Hardware verwendet, die das Ethernet-Telegramm entsprechend dem

EtherCAT-Protokoll verarbeitet. Diese Hardware Protokollinterpreter werden entweder in Form eines

ASIC (Application Specific Integrated Circuit), oder eines FPGA (Field Programmable Gate Array) mit entsprechender Software angeboten. Die nachfolgende Tabelle gibt eine Übersicht über die ASICs und FPGA Versionen, die in die Hardware implementiert werden können.

Tabelle 4: Vergleichsübersicht ESC10, ESC20 und ASIC

Der Master besteht üblicherweise als reine Software-Lösung ohne das spezielle Hardware verwendet werden muss. Das bedeutet, dass in den meisten Fällen ein Standard Ethernet-Anschluss für den

Master ausreicht.

Das Feldbussystem EtherCAT definiert ausschließlich ein neues Protokoll für die

Übertragungsschicht. Es definiert kein eigenes Anwender- oder Geräteprotokoll. Vielmehr ist

EtherCAT in der Lage, verschiedene, bereits bestehende und erprobte, Anwender- und

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Seite 22 Funktionsübersicht

Geräteprotokolle über das EtherCAT Protokoll zu übertragen (Tunnelung). Folgende Anwender- und

Geräteprotokolle werden von EtherCAT unterstützt:

™ CANopen over EtherCAT (CoE)

(wird vom ARS 2000 unterstützt)

™ Servodrive-Profil nach IEC 61491 over EtherCAT (SoE) (entspricht dem SERCOS 2 Protokoll)

™ File Access over EtherCAT (FoE)

™ Ethernet over EtherCAT (EoE)

Der Servopositionierregler ARS 2000 mit dem Technologiemodul EtherCAT

unterstützt das CoE-Protokoll (CANopen over EtherCAT) unter Verwendung des FPGA

ESC20 (Funktionsübersicht siehe Tabelle 4).

Damit werden die CANopen-Kommunikationsobjekte über das EtherCAT-Telegramm getunnelt.

Als Tunneln bezeichnet man in der Elektronischen Datenverarbeitung (EDV) das

Übertragen der Daten eines Netzwerkprotokolls (hier die CANopen-Komunikationsobjekte des DS402- und DS301-Protokolls), eingebettet in ein anderes Netzwerkprotokoll (hier das

EtherCAT-Protokoll CoE).

In der Abbildung 1 sind die einzelnen Protokolle des multiprotokollfähigen Feldbussystem EtherCAT

schematisch dargestellt. Dort findet das vom Servopositionierregler ARS 2000 benutzte CANopen over EtherCAT Protokoll (CoE-Protokoll) besondere Beachtung.

Wie in Abbildung 1 zu erkennen, stellt das EtherCAT Protokoll auf der Übertragungsschicht das

Mailbox Protokoll (für azyklische Kommunikation) und das Process Data Protokoll für den Austausch von zyklischen Daten zur Verfügung.

Über diese beiden Protokolle wird das CoE Protokoll erkannt und verarbeitet. Dabei werden die im

EtherCAT-Protokoll getunnelten CANopen-Kommunikationsobjekte an die im Servopositionierregler

ARS 2000 implementierte CANopen-Applikationsebene übergeben und im Servopositionierregler intern als Standard CANopen-Kommunikationsobjekte verarbeitet.

Das Mailbox-Telegrammprotokoll dient der azyklischen Datenübertragung, z.B. für das SDO Frame-

Telegramm zum Übertragen von Standard SDO CANopen-Kommunikationsobjekten.

Das Process Data-Telegrammprotokoll dient der zyklischen Datenübertragung, z.B. für das PDO

Frame-Telegramm zum Übertragen von Standard PDO Telegrammen.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Funktionsübersicht Seite 23

Abbildung 1: Multiprotokollfähiges Feldbussystem EtherCAT

Im Kapitel 5.1 „EtherCAT-Protokoll wird das EtherCAT Protokoll näher beschrieben.

Folgende Fehlererkennungen und Diagnosefunktionen stehen dem Feldbussystem EtherCAT zur

Verfügung:

™ Kabelbruch bzw. fehlende Antwort

™ Falsche Reaktion im Durchlauf (nicht alle Slaves haben geantwortet)

™ Redundanter Normalbetrieb (zweiter Ethernet Port)

¾ Leitungsredundanz

¾ Master-Redundanz mit Hot-Stand-By

¾ Gerätetausch bei laufendem Netzwerk

¾ Hot-Connect von Leitungssegmenten

Zur einfachen Einbindung eines EtherCAT konformen Gerätes wie dem Servopositionierregler

ARS 2000 wird für jedes dieser Geräte eine XML-Datei (Extended Markup Language) erstellt. Diese

XML-Datei beschreibt detailliert das anzusprechende Gerät und seine Leistungsmerkmale und wird vom Hersteller zur Verfügung gestellt. Die für den ARS 2000 vorhandene XML-Datei wird in Kapitel

5.2 „XML Beschreibungsdatei beschrieben.

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Seite 24 Funktionsübersicht

5.1 EtherCAT-Protokoll

Das EtherCAT-Protokoll ist für Prozessdaten optimiert und wird über das Ethernet übertragen. Für das

EtherCAT Protokoll wurde ein eigener EtherType (88A4h) definiert. Dadurch können EtherCAT Daten direkt in Standard Ethernet Frames transportiert werden. Diese Übertragungsart wird immer dann gewählt, wenn sich alle Busteilnehmer im gleichen Ethernet Subnetz befinden.

Für die Kommunikation über das aktuelle Subnetz hinaus kann auch das UDP/IP Protokoll zur

Übertragung der EtherCAT Datenpakete benutzt werden. Dabei wird einfach der Ethernet Header gegen den USB/IP Header ausgetauscht. Die EtherCAT Nutzdaten bleiben dabei unbeeinflusst (siehe

Abbildung 2).

Ein EtherCAT Telegramm kann aus mehreren Subtelegrammen bestehen, die jeweils einen

Speicherbereich des bis zu 4 Gigabyte großen logischen Prozessabbildes bedienen können. Die datentechnische Reihenfolge ist dabei unabhängig von der physikalischen Reihenfolge der Ethernet-

Klemmen im Netz. Es kann wahlfrei adressiert werden. Broadcast, Multicast und Querkommunikation zwischen Slaves ist möglich.

Abbildung 2: EtherCAT-Telegrammaufbau

5.2 XML Beschreibungsdatei

Um EtherCAT Slave Geräte einfach an einen EtherCAT Master anbinden zu können, muss für jedes

EtherCAT Slave Gerät eine Beschreibungsdatei vorliegen. Diese Beschreibungsdatei ist vergleichbar mit den EDS Dateien für das CANopen Feldbussystem oder den GSD Dateien für Profibus. Im

Gegensatz zu diesen ist die EtherCAT Beschreibungsdatei im XML Format gehalten, wie es häufig bei

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Funktionsübersicht Seite 25

Internet- und Webanwendungen benutzt wird und enthält Informationen zu folgenden Merkmalen des

EtherCAT Slave Gerätes.

™ Informationen zum Hersteller des Gerätes

™ Name, Typ und Versionsnummer des Gerätes

™ Typ und Versionsnummer des zu verwendenden Protokolls für dieses Gerät (z.B. CANopen over

Ethernet, ...)

™ Parametrierung des Gerätes und Konfiguration der Prozessdaten

In Abbildung 3 ist ein Beispiel einer XML Beschreibungsdatei für den ARS 2000 gegeben.

<?xml version="1.0" ?>

< EtherCATInfo Version ="

1.0

">

< Vendor >

< Id >

#xE4

</ Id >

< Name >

Metronix

</ Name >

< ImageData16x14 >

424dE6000000000000007600000028000000100000000E0000000

10004000000000070000000130B00001300000000000000000000000000000000

008000008000000080800080000000800080008080000080808000C0C0C000000

0FF0000FF000000FFFF00FF000000FF00FF00FFFF0000FFFFFF00FFFFFFFFFFFF

FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF44FFFF44FFFFF44FFF444FF444

FFF4444FFF444FFF444444444FFF444FF4444444444F4444F4444444444F4444F

44FF444444F4444F44FFFF4444F4444F44FFFFFF44FFF44F44FFFFFFFFFFFFFFF

FFFFFFFFFFFFFFFFF

</ ImageData16x14 >

</ Vendor >

< Descriptions >

< Groups >

< Group SortOrder ="

1

">

< Type >

MetronixAntriebe

</ Type >

< Name LcId ="

1033

">

Metronix Antrieb

</ Name >

</ Group >

</ Groups >

< Devices >

< Device Physics ="

YY

">

< Type ProductCode ="

#x264860d2

" RevisionNo ="

#x20000

">

Metronix ECAT

</ Type >

< Name >

Metronix ECAT

</ Name

Abbildung 3: Beispiel einer XML Beschreibungsdatei

Bei Verwendung des EtherCAT Protokolls kann über die XML Beschreibungsdatei die komplette

Parametrierung der Kommunikationsparameter für das verwendete Gerät festgelegt werden. Das beinhaltet z.B. bei der Verwendung von CoE auch die Parametrierung der Prozessdatenobjekte für den zyklischen Datenaustausch.

Diese Daten werden während der Initialisierungsphase des EtherCAT Masters (meistens eine SPS oder CNC) gelesen und für die Initialisierung und die zyklische Kommunikation mit dem Slave Gerät verwendet.

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Seite 26 CANopen over EtherCAT (CoE)

6 CANopen over EtherCAT (CoE)

6.1 CANopen- Kommunikationsschnittstelle

Wie bereits in den vorherigen Kapiteln beschrieben, werden die Anwenderprotokolle über EtherCAT getunnelt. Für das vom ARS 2000 unterstützte CANopen over EtherCAT (CoE) Protokoll werden für die Kommunikationsschicht die meisten Objekte nach der CANopen Norm DS301 der CiA von

EtherCAT unterstützt. Hier handelt es sich weitestgehend um Objekte zur Einrichtung der

Kommunikation zwischen Master und Slave.

Für das CANopen Motion Profil nach CiA DSP402 werden die meisten Objekte unterstützt, die auch

über den normalen CANopen Feldbus bedient werden können. Grundsätzlich werden folgende

Dienste und Objektgruppen von der EtherCAT CoE Implementation im Servopositionierregler ARS

2000 unterstützt:

SDO Service Data Object

PDO

EMCY

Process Data Object

Emergency

Message

Werden zur normalen Parametrierung des Reglers verwendet.

Schneller Austausch von Prozessdaten (z.B. Istdrehzahl) möglich.

Übermittlung von Fehlermeldungen.

Dabei werden die einzelnen Objekte, die über das CoE Protokoll im Servopositionierregler

ARS 2000 angesprochen werden können, intern an die bestehende CANopen Implementierung weitergereicht und dort verarbeitet. Aus diesem Grund werden die einzelnen CANopen Objekte in diesem Handbuch nicht erneut aufgeführt. Hier sei auf das CANopen-Handbuch

„Servopositionierregler ARS 2000“ verwiesen.

Die einzelnen CANopen-Komunikationsobjekte werden im CANopen-Handbuch

„Servopositionierregler ARS 2000“ beschrieben.

Allerdings wurden unter der CoE Implementierung unter EtherCAT einige neue CANopen Objekte hinzugefügt, die für die spezielle Anbindung über CoE notwendig sind. Dieses resultiert aus der geänderten Kommunikationsschnittstelle zwischen dem EtherCAT Protokoll und dem CANopen

Protokoll. Dort wird ein sogenannter Sync Manager eingesetzt, um die Übertragung von PDOs und

SDOs über die beiden EtherCAT Transferarten (Mailbox- und Prozessdatenprotokoll) zu steuern.

Dieser Sync Manager und die notwendigen Konfigurationsschritte für den Betrieb des ARS 2000 unter

EtherCAT CoE sind in Kapitel 6.1.1 „Konfiguration der Kommunikationsschnittstelle“ beschrieben. Die

zusätzlichen Objekte sind in Kapitel 6.1.2 „Neue und geänderte CANopen Kommunikationsobjekte

unter CoE beschrieben.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 27

Außerdem werden einige CANopen Objekte des ARS 2000, die unter einer normalen CANopen

Anbindung verfügbar sind, über eine CoE Anbindung über EtherCAT nicht unterstützt. Eine Liste der

unter CoE nicht unterstützten CANopen Objekte ist in Kapitel 6.1.3 „Nicht unterstützte CANopen

Kommunikationsobjekte unter CoE“ gegeben.

6.1.1 Konfiguration der Kommunikationsschnittstelle

Wie schon in Kapitel 5 „Funktionsübersicht beschrieben, benutzt das EtherCAT Protokoll zwei

verschiedene Transferarten zur Übertragung der Geräte- und Anwenderprotokolle, wie z.B. das vom

ARS 2000 verwendete CANopen over EtherCAT (CoE) Protokoll. Diese beiden Transferarten sind das

Mailbox-Telegrammprotokoll für azyklische Daten und das Prozessdaten-Telegrammprotokoll für die

Übertragung von zyklischen Daten.

Für das CoE Protokoll werden diese beiden Transferarten für die verschiedenen CANopen

Transferarten verwendet. Dabei werden sie wie folgt benutzt:

™ Mailbox-Telegrammprotokoll:

Diese Transferart dient der Übertragung der unter CANopen definierten Service Data Objects

(SDOs). Sie werden in EtherCAT in SDO Frames übertragen. Diese sind in Kapitel 6.3 „SDO

Frame“ genauer beschrieben.

™ Prozessdaten-Telegrammprotokoll:

Diese Transferart dient der Übertragung der unter CANopen definierten Process Data Objects

(PDOs), die zum Austausch von zyklischen Daten benutzt werden. Sie werden in EtherCAT in

PDO Frames übertragen. Diese sind in Kapitel 6.4 „PDO Frame genauer beschrieben.

Grundsätzlich können über diese beiden Transferarten alle PDOs und SDOs genau so benutzt werden, wie sie für das CANopen Protokoll für den ARS 2000 definiert sind. Hierzu sei auf das

CANopen Handbuch für den Servopositionierregler ARS 2000 verwiesen.

Allerdings unterscheidet sich die Parametrierung der PDOs und SDOs zum Versenden der Objekte

über EtherCAT von den Einstellungen, die unter CANopen gemacht werden müssen. Um die

CANopen Objekte, die über PDO, oder SDO Transfers zwischen Master und Slave ausgetauscht werden sollen, in das EtherCAT Protokoll einzubinden, ist unter EtherCAT ein sogenannter Sync

Manager implementiert.

Dieser Sync Manager dient dazu, die Daten der zu sendenden PDOs und SDOs in die EtherCAT

Telegramme einzubinden. Zu diesem Zweck stellt der Sync Manager mehrere Sync-Kanäle zur

Verfügung, die jeweils einen CANopen Datenkanal (Receive SDO, Transmit SDO, Receive PDO oder

Transmit PDO) auf das EtherCAT Telegramm umsetzen können. Die Abbildung 4 soll die Einbindung

des Sync Manager in das System veranschaulichen.

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Seite 28 CANopen over EtherCAT (CoE)

ESC20

Receive SDO

Transmit SDO

Receive SDO (1/2/3/4)

Transmit SDO (1/2/3/4)

Abbildung 4: Beispielmapping der SDOs und PDOs auf die Sync-Kanäle

Alle Objekte werden über so genannte Sync-Kanäle verschickt. Die Daten dieser Kanäle werden automatisch in den EtherCAT Datenstrom eingebunden und übertragen. Die EtherCAT

Implementierung im Servopositionierregler ARS 2000 unterstützt vier solcher Sync-Kanäle.

Aus diesem Grund ist gegenüber CANopen ein zusätzlich Mapping der SDOs und PDOs auf die

Sync-Kanäle notwendig. Dieses geschieht über die so genannten Sync Manager Objekte (Objekte

0x1C00 und 0x1C10 bis 0x1C13 / siehe Kapitel 6.1.2). Diese Objekte sind nachfolgend näher beschrieben:

Der ARS 2000 verfügt über vier einzelne Sync-Kanäle. Die Zuordnung dieser Sync-Kanäle zu den einzelnen Transferarten ist fest und kann vom Anwender nicht geändert werden. Die Belegung ist wie folgt:

™ Sync-Kanal 0: Mailbox-Telegrammprotokoll für eingehende SDOs (Master

→ Slave)

™ Sync-Kanal 1: Mailbox-Telegrammprotokoll für ausgehende SDOs (Master

← Slave)

™ Sync-Kanal 2: Prozessdaten-Telegrammprotokoll für eingehende PDOs (Master

→ Slave)

Hier ist das Objekt 0x1C12 zu beachten.

™ Sync-Kanal 3: Prozessdaten-Telegrammprotokoll für ausgehende PDOs (Master

← Slave)

Hier ist das Objekt 0x1C13 zu beachten.

Die Parametrierung der einzelnen PDOs wird über die Objekte 0x1600 bis 0x1603 (Reveive PDOs) und 0x1A00 bis 0x1A03 (Transmit PDOs) eingestellt. Die Parametrierung der PDOs wird dabei wie im

CANopen Handbuch beschrieben durchgeführt.

Grundsätzlich kann die Einstellung der Sync-Kanäle und die Konfiguration der PDOs nur im Zustand

„Pre-Operational“ durchgeführt werden.

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CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 29

Unter EtherCAT ist es nicht vorgesehen, die Parametrierung des Slave selbst

durchzuführen. Zu diesem Zweck stehen die Gerätebeschreibungsdateien zur

Verfügung. In ihnen ist die gesamte Parametrierung, inklusive der PDO Parametrierung vorgegeben und wird vom Master während der Initialisierung so verwendet.

Sämtliche Änderungen der Parametrierung sollten daher nicht per Hand, sondern in den

Gerätebeschreibungsdateien erfolgen. Zu diesem Zweck sind die für den Anwender

wichtigen Sektionen der Gerätebeschreibungsdateien in Kapitel 6.7 Anpassung der

Gerätebeschreibungsdatei näher beschrieben.

Für viele Anwendungsfälle stellt Metronix fertige Gerätebeschreibungsdateien für den

ARS 2000 zur Verfügung.

Die hier beschriebenen Sync-Kanäle entsprechen nicht den von CANopen bekannten

Sync-Telegrammen. CANopen Sync-Telegramme können weiterhin als SDOs über die unter CoE implementierte SDO Schnittstelle übertragen werden, beeinflussen aber nicht direkt die oben beschriebenen Sync-Kanäle.

6.1.2 Neue und geänderte CANopen Kommunikationsobjekte unter CoE

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die verwendeten Indizes und Subindizes für die

CANopen kompatiblen Kommunikationsobjekte, die für das Feldbussystem EtherCAT im Bereich von

0x1000h bis 0x1FFFh eingefügt wurden. Diese ersetzen hauptsächlich die Kommunikationsparameter nach der CiA Norm DS301:

Tabelle 5: Neue und geänderte Objekte für CANopen over EtherCAT (CoE)

Index Name

0x1000 Device Type

0x1018

0x1100

Identity Object

EtherCAT fixed station address

0x1600

0x1601

0x1602

0x1603

0x1A00

0x1A01

0x1A02

1. RxPDO Mapping

2. RxPDO Mapping

3. RxPDO Mapping

4. RxPDO Mapping

1. TxPDO Mapping

2. TxPDO Mapping

3. TxPDO Mapping

Bedeutung

Identifier der Gerätesteuerung

Vendor-ID, Product-Code, Revision. Seriennr.

Feste Adresse, die dem Slave während der

Initialisierung durch den Master zugewiesen wird

Identifier des 1. Receive-PDO

Identifier des 2. Receive-PDO

Identifier des 3. Receive-PDO

Identifier des 4. Receive-PDO

Identifier des 1. Transmit-PDO

Identifier des 2. Transmit-PDO

Identifier des 3. Transmit-PDO

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Seite 30 CANopen over EtherCAT (CoE)

0x1A03

0x1C00

0x1C10

0x1C11

0x1C12

0x1C13

4. TxPDO Mapping

Sync Manager Communication Type

Sync Manager PDO Mapping for Sync channel 0

Sync Manager PDO Mapping for Sync channel 1

Sync Manager PDO Mapping for Sync channel 2

Sync Manager PDO Mapping for Sync channel 3

Identifier des 4. Transmit -PDO

Objekt zur Konfiguration der einzelnen Sync-

Kanäle (SDO oder PDO Transfer)

Zuordnung des Sync-Kanal 0 zu einem

PDO/SDO

(Kanal 0 ist immer reserviert für den Mailbox

Receive SDO Transfer)

Zuordnung des Sync-Kanal 1 zu einem

PDO/SDO

(Kanal 1 ist immer reserviert für den Mailbox

Send SDO Transfer)

Zuordnung des Sync-Kanal 2 zu einem PDO

(Kanal 2 ist reserviert für Receive PDOs)

Zuordnung des Sync-Kanal 3 zu einem PDO

(Kanal 3 ist reserviert für Transmit PDOs)

In den nachfolgenden Kapitel werden die Objekte 0x1C00 und 0x1C10 bis 0x1C13 genauer beschrieben, da sie nur unter dem EtherCAT CoE Protokoll definiert und implementiert sind und daher im CANopen Handbuch für den Servopositionierregler ARS 2000 nicht dokumentiert sind.

Der Servopositionierregler ARS 2000 mit dem Technologiemodul EtherCAT unterstützt vier

Receive-PDOs (RxPDO) und vier Trasmit-PDOs (TxPDO).

Die Objekte 0x1008, 0x1009 und 0x100A werden vom ARS 2000 nicht unterstützt, da keine

Klartext Strings aus dem Servopositionierregler gelesen werden können.

6.1.2.1 Objekt 1100 h

– EtherCAT fixed station address

Über dieses Objekt wird dem Slave während der Initialisierungsphase eine eindeutige Adresse zugewiesen.

Das Objekt hat die folgende Bedeutung:

Index

Name

Object Code

Data Type

1100 h

EtherCAT fixed station address

VAR

UINT16

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 31

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value ro

No

0..FFFFh

0

6.1.2.2 Objekt 1C00 h

- Sync Manager Communication Type

Über dieses Objekt kann die Transferart für die verschiedenen Kanäle des EtherCAT Sync Managers ausgelesen werden. Da der ARS 2000 unter dem EtherCAT CoE Protokoll nur die ersten vier Sync-

Kanäle unterstützt, sind die folgenden Objekte nur lesbar (vom Typ „read only“).

Dadurch ist die Konfiguration des Sync Managers für den ARS 2000 fest konfiguriert. Die Objekte haben die folgende Bedeutung:

Index

Name

Object Code

Data Type

1C00 h

Sync Manager Communication Type

ARRAY

UINT8

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

00 h

no

4

4

Number of used Sync Manager Channels

ro

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

01

Communication Type Sync Channel 0

ro

h

no

1: Mailbox Receive (Master

→ Slave)

1: Mailbox Receive (Master

→ Slave)

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

02

ro no

h

Communication Type Sync Channel 1

2: Mailbox Transmit (Master

2: Mailbox Transmit (Master

← Slave)

← Slave)

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 32 CANopen over EtherCAT (CoE)

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

03 h

Communication Type Sync Channel 2

ro no

0: unused

3: Process Data Output (TxPDO / Master

→ Slave)

3

04 h

Communication Type Sync Channel 3

ro no

0: unused

4: Process Data Input (RxPDO / Master

← Slave)

4

6.1.2.3 Objekt 1C10 h

- Sync Manager Channel 0 (Mailbox Receive)

Über dieses Objekt kann ein PDO für den Sync-Kanal 0 konfiguriert werden. Da der Sync-Kanal 0 immer durch das Mailbox-Telegrammprotokoll belegt ist, kann dieses Objekt vom Anwender nicht geändert werden. Das Objekt hat daher immer die folgenden Werte:

Index

Name

Object Code

Data Type

1C10 h

Sync Manager Channel 0 (Mailbox Receive)

ARRAY

UINT8

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

00

Number of assigned PDOs

ro no

h

0 (no PDO assigned to this channel)

0 (no PDO assigned to this channel)

Der durch die EtherCAT Spezifikation für den Subindex 0 dieser Objekte festgelegte Name

Number of assigned PDOs“ ist hier irreführend, da die Sync Manager-Kanäle 0 und 1 immer durch das Mailbox Telegramm belegt sind. In dieser Telegrammart werden unter

EtherCAT CoE immer SDOs übertragen. Der Subindex 0 dieser beiden Objekte bleibt also unbenutzt.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 33

6.1.2.4 Objekt 1C11 h

- Sync Manager Channel 1 (Mailbox Send)

Über dieses Objekt kann ein PDO für den Sync-Kanal 1 konfiguriert werden. Da der Sync-Kanal 1 immer durch das Mailbox-Telegrammprotokoll belegt ist, kann dieses Objekt vom Anwender nicht geändert werden. Das Objekt hat daher immer die folgenden Werte:

Index

Name

Object Code

Data Type

1C11 h

Sync Manager Channel 1 (Mailbox Send)

ARRAY

UINT8

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

00 h

ro no

Number of assigned PDOs

0 (no PDO assigned to this channel)

0 (no PDO assigned to this channel)

6.1.2.5 Objekt 1C12 h

- Sync Manager Channel 2 (Process Data Output)

Über dieses Objekt kann ein PDO für den Sync-Kanal 2 konfiguriert werden. Der Sync-Kanal 2 ist fest für den Empfang von Receive PDOs (Master

→ Slave) vorgesehen. In diesem Objekt muss unter dem

Subindex 0 die Anzahl der PDOs eingestellt werden, die diesem Sync-Kanal zugeordnet sind.

In den Subindizes 1 bis 4 wird anschließend die Objektnummer des PDOs eingetragen, das dem

Kanal zugeordnet werden soll. Dabei können hier nur die Objektnummern der vorher konfigurierten

Receive PDOs benutzt werden (Objekt 1600 h

bis 1603 h

).

In der gegenwärtigen Implementierung erfolgt keine weitere Auswertung der Daten der u.a. Objekte durch die Firmware des Servoreglers.

Es wird die CANopen Konfiguration der PDOs für die Auswertung unter EtherCAT herangezogen.

Index

Name

Object Code

Data Type

1C12 h

Sync Manager Channel 2 (Process Data Output)

ARRAY

UINT8

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 34

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

00 h

Number of assigned PDOs

rw no

0: no PDO assigned to this channel

1: one PDO assigned to this channel

2: two PDOs assigned to this channel

3: three PDOs assigned to this channel

4: four PDOs assigned to this channel

0: no PDOs assigned to this channel

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

Default Value

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

01 h

PDO Mapping object Number of assigned

RxPDO

rw no

0x1600: first Receive PDO

0x1600: first Receive PDO

02

rw no

h

PDO Mapping object Number of assigned

RxPDO

0x1601: second Receive PDO

0x1601: second Receive PDO

03 h

rw no

PDO Mapping object Number of assigned

RxPDO

0x1602: third Receive PDO

0x1602: third Receive PDO

04

PDO Mapping object Number of assigned

RxPDO

rw no

h

0x1603: fourth Receive PDO

0x1603: fourth Receive PDO

CANopen over EtherCAT (CoE)

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 35

6.1.2.6 Objekt 1C13 h

- Sync Manager Channel 3 (Process Data Input)

Über dieses Objekt kann ein PDO für den Sync-Kanal 3 konfiguriert werden. Der Sync-Kanal 3 ist fest für das Senden von Transmit PDOs (Master

← Slave) vorgesehen. In diesem Objekt muss unter dem

Subindex 0 die Anzahl der PDOs eingestellt werden, die diesem Sync-Kanal zugeordnet sind.

In den Subindizes 1 bis 4 wird anschließend die Objektnummer des PDOs eingetragen, das dem

Kanal zugeordnet werden soll. Dabei können hier nur die Objektnummern der vorher konfigurierten

Transmit PDOs benutzt werden (0x1A00 bis 0x1A03).

In der gegenwärtigen Implementierung erfolgt keine weitere Auswertung der Daten der u.a. Objekte durch die Firmware des Servoreglers.

Es wird die CANopen Konfiguration der PDO-s für die Auswertung unter EtherCAT herangezogen.

Index

Name

Object Code

Data Type

1C13 h

Sync Manager Channel 3 (Process Data Input)

ARRAY

UINT8

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

00

Number of assigned PDOs

rw no

h

0: no PDO assigned to this channel

1: one PDO assigned to this channel

2: two PDOs assigned to this channel

3: three PDO assigned to this channel

4: four PDOs assigned to this channel

0: no PDOs assigned to this channel

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

01

h

PDO Mapping object number of assigned

TxPDO

Rw

No

0x1A00: first Transmit PDO

0x1A00: first Transmit PDO

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

02

PDO Mapping object number of assigned

TxPDO

rw no

h

0x1A01: second Transmit PDO

0x1A01: second Transmit PDO

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 36 CANopen over EtherCAT (CoE)

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

Subindex

Description

Access

PDO Mapping

Value Range

Default Value

03

h

PDO Mapping object number of assigned

TxPDO

rw no

0x1A02: third Transmit PDO

0x1A02: third Transmit PDO

04

h

PDO Mapping object number of assigned

TxPDO

rw no

0x1A03: fourth Transmit PDO

0x1A03: fourth Transmit PDO

6.1.3 Nicht unterstützte CANopen Kommunikationsobjekte unter CoE

Bei einer Anbindung des ARS 2000 unter CANopen over EtherCAT werden einige CANopen Objekte nicht unterstützt, die unter einer direkten Anbindung des ARS 2000 über CANopen vorhanden sind.

Diese Objekte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle 6: Nicht unterstützte Objekte für CANopen over EtherCAT (CoE)

Identifier Name

0x1008 Manufacturer Device Name (String)

0x1009

0x100A

Manufacturer Hardware Version (String)

Manufacturer Software Version (String)

0x6089 position_notation_index

0x608A position_dimension_index

0x608B

0x608C velocity_notation_index velocity_dimension_index

Bedeutung

Gerätename (Objekt ist nicht vorhanden)

HW-Version (Objekt ist nicht vorhanden)

SW-Version (Objekt ist nicht vorhanden) gibt die Anzahl der Nachkommastellen zur

Anzeige von Positionswerten in der Steuerung an. Das Objekt ist nur als Datencontainer vorhanden. Es erfolgt keine weitere Auswertung durch die Firmware. gibt die Einheit zur Anzeige von Positionswerten in der Steuerung an. Das Objekt ist nur als

Datencontainer vorhanden. Es erfolgt keine weitere Auswertung durch die Firmware. gibt die Anzahl der Nachkommastellen zur

Anzeige von Geschwindigkeitswerten in der

Steuerung an. Das Objekt ist nur als

Datencontainer vorhanden. Es erfolgt keine weitere Auswertung durch die Firmware. gibt die Einheit zur Anzeige von

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 37

0x608D acceleration_notation_index

0x608E acceleration_dimension_index

Geschwindigkeitswerten in der Steuerung an.

Das Objekt ist nur als Datencontainer vorhanden.

Es erfolgt keine weitere Auswertung durch die

Firmware. gibt die Anzahl der Nachkommastellen zur

Anzeige von Beschleunigungswerten in der

Steuerung an. Das Objekt ist nur als

Datencontainer vorhanden. Es erfolgt keine weitere Auswertung durch die Firmware. gibt die Einheit zur Anzeige von

Beschleunigungswerten in der Steuerung an. Das

Objekt ist nur als Datencontainer vorhanden. Es erfolgt keine weitere Auswertung durch die

Firmware.

6.2 Kommunikations-Statemachine

Wie in fast allen Feldbusanschaltungen für Servopositionierregler muss der angeschlossene Slave

(hier der Servopositionierregler ARS 2000) vom Master erst initialisiert werden, bevor er in einer

Anwendung durch den Master verwendet werden kann. Zu diesem Zweck ist für die Kommunikation eine Zustandsmaschine (Statemachine) definiert, die einen festen Handlungsablauf für eine solche

Initialisierung festlegt.

Solch eine Statemachine ist auch für das EtherCAT Interface definiert. Dabei dürfen Wechsel zwischen den einzelnen Zuständen der Statemachine nur zwischen bestimmten Zuständen stattfinden und werden immer durch den Master initiiert. Ein Slave darf von sich aus keinen Zustandswechsel vornehmen. Die einzelnen Zustände und die erlaubten Zustandswechsel sind in den folgenden

Tabellen und Abbildungen beschrieben.

Tabelle 7: Zustände der EhterCAT Statemachine für die Kommunikation

Zustand Beschreibung

Power ON Das Gerät wurde eingeschaltet. Es initialisiert sich selbst und schaltet direkt in den

Zustand „Init“.

Init

Pre-Operational

In diesem Zustand wird der EtherCAT Feldbus durch den Master synchronisiert.

Dazu gehört auch das Einrichten der asynchronen Kommunikation zwischen Master und Slave (Mailbox-Telegrammprotokoll). Es findet noch keine direkte

Kommunikation zwischen Master und Slave statt.

Die Konfiguration startet, gespeicherte Werte werden geladen. Wenn alle Geräte, die an den Bus angeschlossen sind konfiguriert wurden, wird in den Zustand „Pre-

Operational“ gewechselt.

In diesem Zustand ist die asynchrone Kommunikation zwischen Master und Slave aktiv. Dieser Zustand wird vom Master benutzt, um mögliche zyklische

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 38 CANopen over EtherCAT (CoE)

Safe-Operational

Operational

Kommunikation über PDOs einzurichten und notwendige Parametrierungen über die azyklische Kommunikation vorzunehmen.

Wenn dieser Zustand fehlerfrei durchlaufen wurde, wechselt der Master in den

Zustand „Safe-Operational“.

Dieser Zustand wird benutzt, um alle Geräte, die an den EtherCAT Bus angeschlossen sind, in einen sicheren Zustand zu versetzen. Dabei sendet der Slave aktuelle Istwerte an den Master, ignoriert allerdings neue Sollwerte vom Master und benutzt stattdessen sichere Defaultwerte.

Wenn dieser Zustand fehlerfrei durchlaufen wurde, wechselt der Master in den

Zustand „Operational“.

In diesem Zustand ist sowohl die azyklische, als auch die zyklische Kommunikation aktiv. Master und Slave tauschen Soll- und Istwertdaten aus. In diesem Zustand kann der ARS 2000 über das CoE Protokoll freigegeben und verfahren werden.

Zwischen den einzelnen Zuständen der Kommunikations-Statemachine sind nur Übergänge gemäß

Abbildung 5 erlaubt:

Abbildung 5: Statemachine der Kommunikation

In Tabelle 8 sind die Übergänge einzeln beschrieben.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 39

Tabelle 8: Statusübergänge der Kommunikations-Statemachine

Statusübergang Status

IP Start der azyklischen Kommunikation (Mailbox-Telegrammprotokoll)

PI

PS

SP

SO

OS

OP

SI

OI

Stop der azyklischen Kommunikation (Mailbox-Telegrammprotokoll)

Start Inputs Update: Start der zyklischen Kommunikation (Process Data-

Telegrammprotokoll). Slave sendet Istwerte an Master. Der Slave ignoriert Sollwerte vom Master und benutzt interne Defaultwerte.

Stop Input Update: Stop der zyklischen Kommunikation (Process Data-

Telegrammprotokoll). Der Slave sendet keine Istwerte mehr an den Master.

Start Output Update: Der Slave wertet aktuelle Sollwertvorgaben des Master aus.

Stop Output Update: Der Slave ignoriert die Sollwerte vom Master und benutzt interne

Defaultwerte.

Stop Output Update, Stop Input Update:

Stop der zyklischen Kommunikation (Process Data-Telegrammprotokoll). Der Slave sendet keine Istwerte mehr an den Master und der Master sendet keine Sollwerte mehr an den Slave.

Stop Input Update, Stop Mailbox Communication:

Stop der zyklischen Kommunikation (Process Data-Telegrammprotokoll) und Stop der azyklischen Kommunikation (Mailbox-Telegrammprotokoll). Der Slave sendet keine

Istwerte mehr an den Master und der Master sendet keine Sollwerte mehr an den Slave.

Stop Output Update , Stop Input Update, Stop Mailbox Communication:

Stop der zyklischen Kommunikation (Process Data-Telegrammprotokoll) und Stop der azyklischen Kommunikation (Mailbox-Telegrammprotokoll). Der Slave sendet keine

Istwerte mehr an den Master und der Master sendet keine Sollwerte mehr an den Slave.

In der EtherCAT Statemachine ist zusätzlich zu den hier aufgeführten Zuständen der

Zustand „Bootstrap“ spezifiziert. Dieser Zustand ist angedacht, um bei laufendem

EtherCAT Protokoll eine neue Firmware in den Slave zu laden.

Da beim Servopositionierregler ARS 2000 ein Firmwaredownload über die RS232

Schnittstelle durchgeführt wird, ist dieser Zustand für den Servopositionierregler ARS

2000 nicht implementiert.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 40 CANopen over EtherCAT (CoE)

6.2.1 Unterschiede zwischen den Statemachines von CANopen und

EtherCAT

Beim Betrieb des ARS 2000 über das EtherCAT CoE Protokoll, wird an Stelle der CANopen NMT-

Statemachine die EtherCAT Statemachine verwendet. Diese unterscheidet sich in einigen Punkten von der CANopen Statemachine. Diese Unterschiede im Verhalten sind nachfolgend aufgeführt:

™ Kein direkter Übergang von Pre-Operational nach Power On

™ Kein Stopped-Zustand, sondern direkter Übergang in den INIT-Zustand

™ Zusätzlicher Zustand: Safe-Operational

In Tabelle 9 sind die unterschiedliche Zustände gegenübergestellt:

Tabelle 9: Unterschiede in der Statemachine zwischen CANopen und EtherCAT

EtherCAT State CANopen NMT-State

Init Stopped

Safe-Operational ---

Operational Operational

6.3 SDO Frame

Alle Daten eines SDO Transfers werden bei CoE über SDO Frames übertragen. Diese Frames haben den folgenden Aufbau:

Abbildung 6: SDO Frame: Telegrammaufbau

Mailbox Header

CoE Header

SDO Control Byte

Index

Subindex

Data

Data (optional)

Daten für die Mailbox-Kommunikation Länge, Adresse und Typ)

Kennung des CoE-Services

Kennung für einen Lese- oder Schreibbefehl

Hauptindex des CANopen-Kommunikationsobjekts

Subindex des CANopen-Kommunikationsobjekts

Dateninhalt des CANopen-Kommunikationsobjekts

Weitere optionale Daten

Diese Option wird vom Servopositionierregler ARS 2000 nicht unterstützt,

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 41 da nur Standard CANopen Objekte angesprochen werden können. Die maximale Größe dieser Objekte ist 32 Bit.

Um ein Standard CANopen Objekt über einen solchen SDO Frame zu übertragen, wird der eigentliche

CANopen SDO Frame in einen EtherCAT SDO Frame verpackt und übertragen.

™ Standard CANopen SDO Frames können verwendet werden für:

¾ Initialisierung des SDO Downloads

¾ Download des SDO Segments

¾ Initialisierung des SDO Uploads

¾ Upload des SDO Segments

¾ Abbruch des SDO Transfers

¾ SDO upload expedited request

¾ SDO upload expedited response

¾ SDO upload segmented request (max. 1 Segment mit 4 Byte Nutzdaten)

¾ SDO upload segmented response (max. 1 Segment mit 4 Byte Nutzdaten)

Alle oben angegebenen Transferarten werden vom Servopositionierregler ARS 2000

unterstützt.

Da bei Verwendung der CoE Implementierung des ARS 2000 nur die Standard CANopen

Objekte angesprochen werden können, deren Größe auf 32 Bit (4 Byte) begrenzt ist, werden die Transferarten nur bis zu einer maximalen Datenlänge von 32 Bit (4 Byte) unterstützt.

6.4 PDO Frame

Die Process Data Objects (PDO) dienen der zyklischen Übertragung von Soll- und Istwertdaten zwischen Master und Slave. Sie müssen vor dem Betrieb des Slave im Zustand „Pre-Operational“ durch den Master konfiguriert werden. Anschließend werden sie in PDO-Frames übertragen. Diese

PDO-Frames haben den folgenden Aufbau.

Abbildung 7: PDO Frame: Telegrammaufbau

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 42 CANopen over EtherCAT (CoE)

Process Data Dateninhalt des PDOs (Process Data Object)

Process Data (optional) Weitere optionale Dateninhalte weiterer PDO’s (Process Data Object)

Um ein PDO über das EtherCAT CoE Protokoll zu übertragen, müssen die Transmit- und Receive

PDOs zusätzlich zur PDO Konfiguration (PDO Mapping) einem Übertragungskanal des Sync

Managers zugeordnet werden (siehe Kapitel 6.1.1 „Konfiguration der Kommunikationsschnittstelle“).

Dabei findet der Datenaustausch von PDOs für den Servopositionierregler ARS 2000 ausschließlich

über das EtherCAT Prozessdaten-Telegrammprotokoll statt.

Die Übertragung von CANopen Prozessdaten (PDOs) über die azyklische Kommunikation

(Mailbox-Telegrammprotokoll) wird vom Servopositionierregler ARS 2000 nicht unterstützt.

Da intern im Servopositionierregler ARS 2000 alle über das EtherCAT CoE Protokoll ausgetauschten

Daten direkt an die interne CANopen Implementierung weitergereicht werden, wird auch das PDO-

Mapping wie im CANopen Handbuch „Servopositionierregler ARS 2000“ beschriebenen realisiert. Die

Abbildung 8 soll diesen Vorgang veranschaulichen.

Abbildung 8: PDO-Mapping

Durch die einfache Weitergabe der über CoE empfangenen Daten an das im ARS 2000 implementierte CANopen Protokoll, können für die zu parametrierenden PDOs neben dem Mapping der CANopen Objekte auch die für das CANopen Protokoll für den ARS 2000 verfügbaren

Transmission Types der PDOs verwendet werden.

Der Servopositionierregler ARS 2000 unterstützt auch den Transmission Type „Sync-Message“.

Wobei die Sync Message über EtherCAT nicht gesendet werden braucht.

Es wird entweder das Eintreffen des Telegramms oder der Hardware Synchronisationspuls des

„Distributed Clocks“ Mechanismus (s.u.) zur Datenübernahme verwendet.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 43

Das Technologiemodul EtherCAT für ARS 2000 unterstützt durch Einsatz des FPGA Baustein ESC20 eine Synchronisation über die unter EtherCAT spezifizierten Mechanismus der Distributed Clocks

(„verteilte Uhren“). Auf diesen Takt wird der Stromregler des Servopositionierreglers ARS 2000 synchronisiert und es erfolgt die Auswertung bzw. das Senden der entsprechend konfigurierten

PDOs.

Für weitergehende Informationen sei hier auf das CANopen Handbuch des „Servopositionierreglers

ARS 2000“ verwiesen.

Der Servopositionierregler ARS 2000 mit dem Technologiemodul EtherCAT unterstützt die

Funktionen:

™ Zyklisches PDO Frame-Telegramm durch das Prozessdaten-Telegrammprotokoll.

™ Synchrones PDO Frame-Telegramm durch das Prozessdaten-Telegrammprotokoll.

Der Servopositionierregler ARS 2000 mit dem Technologiemodul EtherCAT unterstützt vier

Receive-PDO’s (RxPDO) und vier Trasmit-PDO’s (TxPDO).

6.5 Error Control

Die EtherCAT CoE Implementierung für den Servopositionierregler ARS 2000 überwacht folgende

Fehlerzustände des EtherCAT Feldbus:

™ FPGA ist nicht bereit bei Start des Systems

™ Es ist ein Busfehler aufgetreten

™ Es ist ein Fehler auf dem Mailbox Kanal aufgetreten. Folgende Fehler werden hier überwacht

¾ Es wird ein unbekannter Service angefragt

¾ Es soll ein anderes Protokoll als CANopen over EtherCAT (CoE) verwendet werden

¾ Es wird ein unbekannter Sync Manager angesprochen

Alle diese Fehler sind als entsprechende Error Codes für den Servopositionierregler ARS 2000 definiert. Tritt einer der oben genannten Fehler auf, wird er über einen Standard Emergency Frame an

die Steuerung übertragen. Hierzu siehe auch Kapitel 6.6 „Emergency Frame“ und Kapitel

10 „Servicefunktionen und Störungsmeldungen.

Der Servopositionierregler ARS 2000 mit dem Technologiemodul EtherCAT unterstützt die

Funktion:

™ Application Controller übermittelt aufgrund eines Ereignis eine definierte

Fehlermeldungsnummer (Error Control Frame-Telegramm vom Regler)

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 44 CANopen over EtherCAT (CoE)

6.6 Emergency Frame

Über den EtherCAT CoE Emergency Frame werden Fehlermeldungen zwischen Master und Slave ausgetauscht. Die CoE Emergency Frames dienen dabei direkt der Übertragung der unter CANopen definierten Emergency Messages. Dabei werden die CANopen Telegramme, wie für die SDO und

PDO Übertragung auch, einfach durch die CoE Emergency Frames getunnelt. Abbildung 9 zeigt einen

CoE Emergency Frame.

Abbildung 9: Emergency Frame: Telegrammaufbau

Mailbox Header

CoE Header

ErrorCode

Error Register

Daten für die Mailbox-Kommunikation ( Länge, Adresse und Typ )

Kennung des CoE-Services

Error Code der CANopen EMERGENCY-Message

Error Register der CANopen EMERGENCY-Message

Data

Data (optional)

Dateninhalt der CANopen EMERGENCY-Message

Weitere optionale Daten

In der CoE Implementation für den ARS 2000 werden die Standard

CANopen Emergency Frames unterstützt. Das „Data (optional)“ Feld wird nicht unterstützt.

Da auch hier eine einfache Weitergabe der über CoE empfangenen und gesendeten Emergency

Messages an das im Servopositionierregler ARS 2000 implementierte CANopen Protokoll stattfindet, können alle Fehlermeldungen im CANopen Handbuch „Servopositionierregler ARS 2000“ nachgeschlagen werden.

6.7 Anpassung der Gerätebeschreibungsdatei

Wie schon in Kapitel 5.2 „XML Beschreibungsdatei beschrieben, wird unter EtherCAT jedes Gerät

über eine Gerätebeschreibungsdatei beschrieben. Diese Datei kann zur einfachen Anbindung der

EtherCAT Geräte an eine EtherCAT Steuerung verwendet werden. In dieser Datei ist die komplette

Parametrierung des Slave, inklusive Parametrierung des Sync Managers und der PDOs, enthalten.

Aus diesem Grund kann einer Änderung der Konfiguration des Slave über diese Datei geschehen.

Für den Servopositionierregler ARS 2000 hat Metronix solch eine Gerätebeschreibungsdatei erstellt.

Sie kann von der Metronix Hompepage heruntergeladen werden. Um es dem Anwender zu ermöglichen, diese Datei an seine Applikation anzupassen, wird ihr Inhalt hier genauer erklärt.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 45

6.7.1 Grundsätzlicher Aufbau der Gerätebeschreibungsdatei

Die EtherCAT Gerätebeschreibungsdatei ist im XML Format gehalten. Dieses Format hat den Vorteil, dass es mit einem Standard Texteditor gelesen und editiert werden kann. Eine XML Datei beschreibt dabei immer eine Baumstruktur. In ihr sind einzelne Zweige durch Knoten definiert. Diese Knoten haben eine Anfangs- und Endmarkierung. Innerhalb eines Knotens können beliebig viele Unterknoten enthalten sein.

Das nachfolgende Beispiel erläutert grob den grundsätzlichen Aufbau einer XML Datei:

<car>

<engine>

<pistons>4</pistons>

<valves>8</valves>

<power>78 kW</power>

...

</engine>

<chassis>

<interior>

...

</interior>

...

</chassis>

...

</car>

Für den Aufbau einer XML Datei müssen folgende kurze Regeln eingehalten werden:

™ Jeder Knoten hat einen eindeutigen Namen

™ Jeder Knoten wird geöffnet mit <Knotenname> und geschlossen mit </Knotenname>

Die Gerätebeschreibungsdatei für den Servopositionierregler ARS 2000 unter EtherCAT CoE gliedert sich in folgende Unterpunkte:

Tabelle 10: Hauptgliederungspunkte der Gerätebeschreibungsdatei

Knotenname Bedeutung

Vendor Dieser Knoten enthält den Namen und die ID des Herstellers des Gerätes, zu dem diese Beschreibungsdatei gehört.

Zusätzlich ist der Binärcode einer Bitmap mit dem Logo des

Herstellers enthalten.

Anpassbar

nein

Descriptions Dieser Unterpunkt enthält die eigentliche

Gerätebeschreibung samt Konfiguration und Initialisierung. teilweise

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 46 CANopen over EtherCAT (CoE)

Tabelle 11: Unterpunkte des Knotens „Descriptions“

Knotenname Bedeutung

Groups Dieser Knoten enthält die Zuordnung des Gerätes zu einer

Gerätegruppe. Diese Gruppen sind festgelegt und dürfen vom Anwender nicht verändert werden.

Devices Dieser Unterpunkt enthält die eigentliche Beschreibung des

Gerätes.

Anpassbar

nein teilweise

In der folgenden Tabelle werden ausschließlich die Unterknoten des Knotens „Descriptions“ beschrieben, die für die Parametrierung des Servopositionierreglers ARS 2000 unter CoE notwendig sind. Alle anderen Knoten sind fest und dürfen vom Anwender nicht verändert werden.

Tabelle 12: Wichtige Unterpunkte des Knotens „Descriptions“

Knotenname Bedeutung

RxPDO Fixed=... Dieser Knoten enthält das PDO Mapping und die Zuordnung des PDOs zum Sync Manager für Receive PDOs

Anpassbar

Ja

TxPDO Fixed=... Dieser Knoten enthält das PDO Mapping und die Zuordnung des PDOs zum Sync Manager für Transmit PDOs.

Ja

Mailbox Unter diesem Knoten können Kommandos definiert werden, die vom Master während des Phasenübergangs von „Pre-

Operational“ nach „Operational“ über SDO Transfers an den

Slave übertragen werden.

Ja

Da für den Anwender zur Anpassung der Gerätebeschreibungsdatei ausschließlich die Knoten aus

Tabelle 12 wichtig sind, werden diese in den nachfolgenden Kapiteln detailliert beschrieben. Der

restliche Inhalt der Gerätebeschreibungsdatei ist fest und darf vom Anwender nicht geändert werden.

Vorsicht!

Sollten in der Gerätebeschreibungsdatei Änderungen an anderen Knoten und

Inhalten, als an den Knoten RxPDO, TxPDO und Mailbox vorgenommen werden, kann ein fehlerfreier Betrieb des Gerätes nicht mehr garantiert werden.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 47

6.7.2 Receive PDO Konfiguration im Knoten RxPDO

Der Knoten RxPDO dient der Festlegung des Mappings für die Receive PDOs und deren Zuordnung zu einem Kanal des Sync Managers. Ein typischer Eintrag in der Gerätebeschreibungsdatei für den

Servopositionierregler ARS 2000 kann wie folgt aussehen:

<RxPDO Fixed="1" Sm="2">

<Index>#x1600</Index>

<Name>Outputs</Name>

<Entry>

<Index>#x6040</Index>

<SubIndex>0</SubIndex>

<BitLen>16</BitLen>

<Name>Controlword</Name>

<DataType>UINT</DataType>

</Entry>

<Entry>

<Index>#x6060</Index>

<SubIndex>0</SubIndex>

<BitLen>8</BitLen>

<Name>Mode_Of_Operation</Name>

<DataType>USINT</DataType>

</Entry>

</RxPDO>

Wie man in obigen Beispiel erkennen kann, wird das gesamte Mapping des Receive PDOs in einem solchen Eintrag detailliert beschrieben. Dabei gibt der erste große Block die Objektnummer des PDOs und dessen Typ an. Anschließend folgt eine Liste aller CANopen Objekte, die in das PDO gemappt werden sollen.

In der folgenden Tabelle sind die einzelnen Einträge genauer beschrieben:

Tabelle 13: Knoten in der Konfiguration des Receive PDOs

Knotenname Bedeutung

RxPDO Fixed="1"

Sm="2"

Dieser Knoten beschreibt direkt die Beschaffenheit des

Receive PDOs und seiner Zuordnung zum Sync Manager.

Der Eintrag Fixed=“1“ gibt an, dass das Mapping des

Objekts nicht geändert werden kann.

Der Eintrag Sm=“2“ gibt an, dass das PDO dem Sync-Kanal

2 des Sync Managers zugeordnet werden soll.

Anpassbar

Nein

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 48 CANopen over EtherCAT (CoE)

Index

Name

Entry

Dieser Eintrag enthält die Objektnummer des PDOs. Hier wird das erste Receive PDO unter der Objektnummer

0x1600 konfiguriert.

Der Name gibt an, ob es sich bei diesem PDO um ein

Receive PDO (Outputs) oder Transmit PDO (Inputs) handelt.

Für ein Receive PDO muss dieser Wert immer auf „Output“ gesetzt sein.

Ja

Nein

Der Knoten Entry enthält jeweils ein CANopen Objekt, das in das PDO gemappt werden soll. Ein Entry Knoten enthält dabei den Index und Subindex des zu mappenden

CANopen Objekts, sowie dessen Name und Datentyp.

Ja

Die Reihenfolge und das Mapping der einzelnen CANopen Objekte für das PDO entspricht der

Reihenfolge, in der sie über die „Entry“ Einträge in der Gerätebeschreibungsdatei angegeben sind.

Die einzelnen Unterpunkte eines „Entry“ Knotens sind in der folgenden Tabelle angegeben:

Tabelle 14: Unterknoten des Knotens „Entry“ für die PDO Konfiguration

Knotenname Bedeutung

Index Dieser Eintrag gibt den Index des CANopen Objekts an, dass in das PDO gemappt werden soll

SubIndex Dieser Eintrag gibt den Subindex des zu mappenden

CANopen Objekts an.

BitLen

Name

DataType

Anpassbar

Ja

Ja

Dieser Eintrag gibt die Größe des zu mappenden Objekts in

Bit an. Dieser Eintrag muss immer dem Typ des zu mappenden Objekts entsprechen.

Ja

Erlaubt: 8 Bit / 16 Bit / 32 Bit

Dieser Eintrag gibt den Namen des zu mappenden Objekts als String an.

Ja

Dieser Eintrag gibt den Datentypen des zu mappenden

Objekts an. Dieser kann für die einzelnen CANopen Objekte dem „CANopen Handbuch für den Servopositionierregler

ARS 2000“ entnommen werden.

Ja

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

CANopen over EtherCAT (CoE) Seite 49

6.7.3 Transmit PDO Konfiguration im Knoten TxPDO

Der Knoten TxPDO dient der Festlegung des Mappings für die Transmit PDOs und deren Zuordnung zu einem Kanal des Sync Managers. Die Konfiguration entspricht dabei der der Receive PDOs aus

Kapitel 6.7.2 „Receive PDO Konfiguration im Knoten RxPDO mit dem Unterschied, dass der Knoten

„Name“ des PDOs anstelle von „Outputs“ auf „Inputs“ gesetzt werden muss.

6.7.4 Initialisierungskommandos über den Knoten „Mailbox“

Der Knoten „Mailbox“ in der Gerätebeschreibungsdatei dient dem Beschreiben von CANopen

Objekten durch den Master im Slave während der Initialisierungsphase. Die Kommandos und Objekte, die dort beschrieben werden sollen, werden über spezielle Einträge festgelegt. In diesen Einträgen ist der Phasenübergang, bei dem dieser Wert beschrieben werden soll, festgelegt. Weiterhin enthält solch ein Eintrag die CANopen Objektnummer (Index und Subindex), so wie den Datenwert, der geschrieben werden soll und einen Kommentar.

Ein typischer Eintrag hat die folgende Form:

<InitCmd>

<Transition>PS</Transition>

<Index

#x6060</Index>

<SubIndex>

0</SubIndex>

< Data >

03</Data>

<Comment> velocity mode</Comment>

</InitCmd>

In obigem Beispiel wird im Zustandsübergang „PS“ von Pre-Operational nach Safe Operational die

Betriebsart im CANopen Objekt „modes_of_operation“ auf „Drehzahlregelung“ gesetzt. Die einzelnen

Unterknoten haben folgende Bedeutung:

Tabelle 15: Unterknoten des Knotens „InitCmd“

Knotenname Bedeutung

Transition

Index

SubIndex

Data

Comment

Anpassbar

Name des Zustandsübergangs, bei dessen Auftreten dieses

Kommando ausgeführt werden soll (siehe hierzu Kapitel 6.2

„Kommunikations-Statemachine“).

Ja

Index des zu schreibenden CANopen Objekts.

Subindex des zu schreibenden CANopen Objekts.

Ja

Ja

Datenwert, der geschrieben werden soll als hexadezimalem

Wert.

Ja

Kommentar zu diesem Kommando Ja

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 50 CANopen over EtherCAT (CoE)

Vorsicht!

In einer Gerätebeschreibungsdatei für den Servopositionierregler ARS 2000 sind in dieser Sektion einige Einträge bereits vorgegeben. Diese Einträge müssen erhalten

bleiben und dürfen vom Anwender nicht geändert werden.

6.8 Synchronisation (Distributed Clocks)

Die zeitliche Synchronisation wird bei EtherCAT über so genannte „verteilte Uhren“ (Distributed

Clocks) realisiert. Dabei enthält jeder EtherCAT Slave eine Echtzeituhr, die während der

Initialisierungsphase durch den Clock-Master in allen Slaves synchronisiert wird. Anschließend werden die Uhren in allen Slaves im laufenden Betrieb nachgestellt. Der Clock-Master ist der erste

Slave im Netzwerk.

Dadurch ist im gesamtem System eine einheitliche Zeitbasis vorhanden, auf die sich die einzelnen

Slaves synchronisieren können. Die unter CANopen für diesen Zweck vorgesehenen Sync

Telegramme entfallen unter CoE.

Das im Servopositionierregler ARS 2000 verwendete FPGA ESC20 unterstützt Distributed Clocks.

Eine sehr exakte zeitliche Synchronisation kann hiermit durchgeführt werden.

Entsprechend ist für die Transmit und Receive PDOs unter CoE der Transmission Type „on Sync“ verfügbar.

Der Servopositionierregler ARS 2000 mit dem Technologiemodul EtherCAT unterstützt die

„Distributed Clocks“ Synchronisationsfunktion.

In der gegenwärtigen Implementierung ist es aber auch möglich ohne Distributed Clocks eine

Synchrone Übernahme der PDO Daten und ein synchronisieren der reglerinternen PLL auf den synchronen Datenrahmen des EtherCAT Frames zu erreichen. Hierbei nutzt die Firmware das

Eintreffen des EtherCAT Frames als Zeitbasis.

Es gelten die folgenden Einschränkungen:

™ Der Master muss die EtherCAT Frames mit einem sehr geringen Jitter senden können.

™ Die Zykluszeit des EtherCAT Frames muss exakt zur Zykluszeit tp des reglerinternen

Interpolators passen.

™ Das Ethernet muss exklusiv für den EtherCAT Frame zur Verfügung stehen. Andere Telegramme müssen ggf. auf das Raster synchronisiert werden und dürfen nicht den Bus blockieren.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Parametrierung mit dem Metronix ServoCommander™ Seite 51

7 Parametrierung mit dem Metronix

ServoCommander™

Das EtherCAT-Interface wird unter dem Menü Parameter/Feldbus/EtherCAT parametriert:

Abbildung 10: Einstellung der EtherCAT-Schnittstelle

Für die Aktivierung der EtherCAT-Schnittstelle muss das oben angegebene Häkchen gesetzt sein.

Falls ein EtherCAT Modul gesteckt ist erfolgt dies automatisch nach dem Neustart des Servos.

Es ist aber teilweise sinnvoll, während der Inbetriebnahme den Bus zu deaktivieren, um die Achse manuell über Metronix ServoCommander™ zu verfahren.

™ Basisknotennummer

Die Verwendung der Knotennummer ist unter EtherCAT optional, da der Servoregler bereits über den EtherCAT Baustein seitens des Masters identifiziert wird.

Ferner ist es erforderlich, eine zur Steuerung passende PDO Konfiguration zu erstellen, welche dem

Servorelegler sagt, in welcher Reihenfolge die PDO-s in welche Objekte geschrieben bzw. gelesen werden sollen.

Hierzu bestehen mehrere Möglichkeiten:

™ Laden einer *.DCO Parameterdatei mit einem voreingestellten PDO Mapping welche zum

Mapping der Steuerung passt.

™ Manuelles Erstellen einer PDO Zuordnung mit Hilfe des Menüs

Parameter/Feldbus/EtherCAT/PDO Konfiguration/Transmit bzw. Receive

¾ Erstellen eines Transmit-PDO Abbildes, welches zum Input-Abbild der Steuerung passt

¾ Erstellen eines Receive-PDO Abbildes, welches zum Output-Abbild der Steuerung passt

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 52 Parametrierung mit dem Metronix ServoCommander™

¾ Auswertung der Daten mit der SYNC Nachricht. Dies ist erforderlich, damit der CAN Treiber die Receive Daten übernimmt und sich ggf. mittels der PLL aufsynchronisieren kann.

™ Setzen der Einstellung über den Mailbox Bereich der *.XML Datei. Üblicherweise können

Steuerungen die XML Datei einlesen und die gewünschten Parametrierungen durchführen (s.u.).

<Mailbox>

<CoE DS402Channels="1" EdsFile="METRONIX.eds" PdoAssign="1">

<InitCmd>

<Transition>PS</Transition>

<Index>#x6040</Index>

<SubIndex>0</SubIndex>

<Data>0</Data>

<Comment>control_word</Comment>

</Mailbox>

</InitCmd>

</CoE>

Beachten Sie, dass die Parametrierung der EtherCAT-Funktionalität nach einem Reset nur erhalten bleibt, wenn der Parametersatz im Servopositionierregler ARS 2000 gesichert wurde.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Mechanische Installation Seite 53

GEFAHR!

Nichtbeachten der in Kapitel 2 Sicherheitshinweise für elektrische Antriebe und

Steuerungen (Seite 11) im Produkthandbuch können zu Sachschaden,

Körperverletzung, elektrischem Schlag oder im Extremfall zum Tod führen.

GEFAHR !

Der Antriebsregler ist vor der Montage des Moduls von jeglichen stromführenden

Leitungen zu trennen.

Mit einem geeigneten Kreuzschlitz-Schraubendreher wird das Frontblech über dem Technologieschacht 2 des Servopositionierreglers ARS 2000 abgeschraubt. Das Technologiemodul EtherCAT wird jetzt in den offenen Technologieschacht 2 (TECH2) so eingesteckt, dass die Platine in den seitlichen Führungen des Technologieschachtes läuft. Das Technologiemodul wird bis zum Anschlag eingeschoben. Abschließend wird das Technologiemodul mit der Kreuzschlitzschraube am

Servopositionierreglergehäuse angeschraubt. Es ist darauf zu achten, dass die Frontplatte leitenden

Kontakt mit dem Gehäuse des ARS 2000 hat (PE).

An der Frontplatte des Technologiemoduls EtherCAT sind folgende Elemente angeordnet :

™ eine Zwei-Farb-LED für EtherCAT Kommunikation (gelb) und Verbindung aktiv an Port 1 (rot)

™ eine rote LED zur Anzeige Verbindung aktiv an Port 2

™ zwei RJ45-Buchsen

Die folgende Abbildung 11 zeigt die Lage der Buchsen und deren Nummerierung:

LED 2:

Link aktiv an Port 2 (rot)

LED1:

Link aktiv an Port 1 (rot)

Run LED (grün)

EtherCAT Running (gelb)

Port 1 [X1]

Port 2 [X2]

Pin1

Abbildung 11: Lage der Elemente an der Frontplatte

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 54 Elektrische Installation

9.1 Steckerbelegung und Kabelspezifikationen

9.1.1 Ausführung am Gerät [X1], [X2]

™ RJ45-Buchsen

X1 (RJ45-Buchse oben): Uplink zum Master oder einem vorherigen Teilnehmer einer linienförmigen

Verbindung (z.B. mehrere Servopositionierregler)

X2 (RJ45-Buchse unten): Uplink zum Master, Ende einer linienförmigen Verbindung oder Anschluss weiterer nachgeordneter Teilnehmer

9.1.2 Belegung der Steckverbinder [X1], [X2]

Tabelle 16: Belegung X1: RJ45-Buchse oben

2

3

Pin Nr.

1

Spezifikation

Empfängersignal- (RX-)

Empfängersignal+ (RX+)

Sendesignal- (TX-)

4

5

6 Sendesignal+ (TX+)

7

8

Adernpaar 3

Adernpaar 3

Adernpaar 2

Adernpaar 2

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Elektrische Installation Seite 55

Tabelle 17: Belegung X2: RJ45-Buchse unten

2

3

Pin Nr.

1

Spezifikation

Sendesignal- (TX-)

Sendesignal+ (TX+)

Empfängersignal- (RX-)

4

5

6 Empfängersignal+ (RX+)

7

8

Adernpaar 3

Adernpaar 3

Adernpaar 2

Adernpaar 2

9.1.3 Art und Ausführung des Kabels

Die Verkabelung erfolgt mit geschirmten Twisted-Pair-Kabeln STP, Cat.5. Es werden Baum-, Stern- und Linien-Topologien unterstützt. Der Netzaufbau muss entsprechend der 5-4-3-Regel erfolgen. Es dürfen maximal 10 Hubs in Linie verkabelt werden. Das Technologiemodul EtherCAT enthält einen

Hub.

Die Gesamtkabellänge ist auf 100 m begrenzt.

Die aufgeführten Kabelbezeichnungen beziehen sich auf Kabel der Firma LAPP und Lütze. Sie haben sich in der Praxis bewährt und befinden sich in vielen Applikationen erfolgreich im Einsatz. Es sind aber auch vergleichbare Kabel anderer Hersteller verwendbar.

Tabelle 18: Bestellnummer der Fa. LAPP und Lütze

Leitungslänge Bestell-Nummer

EtherCAT Kabel von der Firma LAPP

0,5 m

1 m

90PCLC50000

90PCLC500010

2 m

5 m

90PCLC500020G

90PCLC500050G

EtherCAT Kabel von der Firma Lütze

0,5 m 192000

1 m

5 m

19201

19204

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 56 Elektrische Installation

EtherCAT Verkabelung

Aufgrund der sehr hohen möglichen Baudraten empfehlen wir ausschließlich die

Verwendung der standardisierten Kabel und Steckverbinder. Diese sind teilweise mit zusätzlichen Diagnosemöglichkeiten versehen und erleichtern im Störungsfall die schnelle Analyse der Feldbus-Schnittstelle.

Folgen Sie bei dem Aufbau des EtherCAT Netzes unbedingt den Ratschlägen der gängigen Literatur bzw. den nachfolgenden Informationen und Hinweisen, um ein stabiles, störungsfreies System zu erhalten. Bei einer nicht sachgemäßen Verkabelung können während des Betriebs Störungen auf dem EtherCAT Bus auftreten, die dazu führen, dass der Servopositionierregler ARS 2000 aus Sicherheitsgründen mit einem

Fehler abschaltet.

9.1.4 Anschlusshinweise [X1], [X2]

Abbildung 12: Pin-Anordnung der Buchsen RJ45 von [X1] und [X2]

9.1.5 Bus-Terminierung

Es werden keine externen Busterminierungen benötigt. Das EtherCAT-Interface

überwacht seine beiden Ports und schließt den Bus selbständig ab (Loop-back-

Funktion).

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Servicefunktionen und Störungsmeldungen Seite 57

10 Servicefunktionen und

Störungsmeldungen

10.1 Betriebsart- und Störungsmeldungen

10.1.1 Fehlermeldungen

Wenn ein Fehler auftritt, zeigt der Servopositionierregler ARS 2000 eine Fehlermeldung in der

Parametriersoftware Metronix ServoCommander™ an.

Näheres zu anderen Fehlermeldungen finden Sie im Benutzerhandbuch.

In der Tabelle 19 sind die spezifischen EtherCAT-Fehlermeldungen zusammengefasst:

Tabelle 19: Fehlermeldungen

Fehlermeldung Bedeutung der Fehlermeldung

62-0

62-1

62-2

62-3

62-4

62-5

63-0

63-1

Maßnahmen

EtherCAT-Allgemeiner Busfehler

EtherCAT-ESC Chip nicht erkannt

EtherCAT Protokollfehler kein CoE

Den EtherCAT Master einschalten.

Bitte die Verkabelung überprüfen.

Fehler der Hardware:

Bitte nehmen Sie Kontakt zum technischen

Support auf.

Falsches Protokoll. EtherCAT Bus

Verkabelung gestört.

EtherCAT Protokollfehler RPDO SM2

Länge nicht in Ordnung

EtherCAT Protokollfehler TPDO SM3

Länge nicht in Ordnung

Prüfen Sie die RPDO Konfiguration des ARS

2000 und der Steuerung

Prüfen Sie die TPDO Konfiguration des ARS

2000 und der Steuerung

EtherCAT Synchrone Übertragung nicht in Ordnung

Prüfen Sie die Konfiguration des Masters.

Die Synchrone Übertragung ist nicht stabil.

Kein EtherCAT-ESC20 Chip vorhanden Fehler der Hardware:

Bitte nehmen Sie Kontakt zum technischen

Support auf.

Fehlerhafte Daten auf dem EtherCAT

Bus

Bitte die Verkabelung überprüfen.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

Seite 58 Servicefunktionen und Störungsmeldungen

Fehlermeldung Bedeutung der Fehlermeldung

63-2 TPDO Daten wurden nicht gelesen

Maßnahmen

Die Daten werden schneller gesendet als der

Servopositionierregler sie verarbeiten kann.

Reduzieren Sie die Zykluszeit auf dem

EtherCAT Bus.

Tabelle 20: Warnmeldungen

Warnmeldung Bedeutung der Warnmeldung

63-3

Maßnahmen

Beim Starten des EtherCAT wurde kein

Hardware SYNC (Distributed Clocks)

Ggf. Prüfen ob der Master das Merkmal

Distributed Clocks unterstützt. gefunden.

Andernfalls:

Die Firmware synchronisiert sich nun auf

Sicherstellen das die EtherCAT Frames nicht den EtherCAT Frame durch andere Frames gestört werden falls der interpolated position mode verwendet werden soll.

EtherCAT-Handbuch “Servopositionierregler ARS 2000“ Version 2.0

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