Top Banner
EtherCAT – el bus de campo Ethernet
23

EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

Feb 18, 2019

Download

Documents

nguyendang
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

EtherCAT – el bus de campo Ethernet

Page 2: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

2 3Índice

3 Unsistemadebuspuedequenoloseatodo…

4 EtherCATdeunvistazo

6 EtherCATTechnologyGroup

8 ¿PorquéutilizarEtherCAT?

10 Latecnologíaaldetalle10 EtherCAT:BasadoenlatecnologíaEthernet11 ¿CómofuncionaEtherCAT?12 ElprotocoloEtherCAT14 Topologíaflexible16 EtherCATP:comunicaciónyenergíaenuncable18 Distributed-Clocksparaunasincronizacióndealtaprecisión20 Diagnósticoylocalizacióndeerrores21 Requisitosdealtadisponibilidad

22 EtherCAT–Vistageneraldelsistema

24 SafetyoverEtherCAT26 Perfilesdecomunicación29 ComunicaciónaniveldetodalaplantaconelprotocolodeautomatizaciónEtherCAT(EAP)31 Integracióndeotrossistemasdebus32 PotenciandolatransformacióndigitalconEtherCAT,TSN,Industrie4.0eIoT

34 ImplementandointerfacesEtherCAT36 ImplementandoMaestro38 ImplementandoEsclavo40 Conformidadycertificación

43 Contacto

Unsistemadebuspuedequenoloseatodo…

...perolamáquinanoesnadasinél.Nosoloesunapartecentraldelaarquitec-turadelsistema,sinoquesurendimientotambiéndeterminasielsistemacompletoescapazdealcanzarsumáximorendi-miento.Elsistemadebusestambiénunfactorclaveparadeterminarloscostesdelsistema,eltiempodepuestaenser-vicioylasolidez.Porestarazón,unbueningenieroseleccionalatecnologíadebusadecuadacomoprimerpasoparaeldiseñodelsistema.

HemosredactadoestefolletoparapresentarleEtherCAT,el«busdecampoEthernet».NosolopodráconoceEtherCATmásdecerca,sinoquetambiénaprenderáquéesloquehacequeEtherCATseael

estándardeEthernetindustrialmásrápido.EstefolletotambiénpresentaelEtherCATTechnologyGroup(ETG),laorganizacióndebusdecampomásgrandedelmundo.Yloqueesmásimportante,queremosmostrarleporquéEtherCATeslaeleccióncorrectaparasuaplicación.

Sitienealgunapregunta,nodudeenponerseencontactoconnosotros.NosapasionaEtherCATyesperamostenernoticiassuyas.

EnnombredelequipodelEtherCATTechnologyGroup,MartinRostan,DirectoEjecutivo,EtherCATTechnologyGroup

MartinRostan,DirectoEjecutivo,EtherCATTechnologyGroup

ElequipoETGmundialenunareunióndeestrategiaglobal.

Page 3: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

4 5EtherCATdeunvistazo

EtherCATesunatecnologíadeEthernetindustrialdealtorendimiento,bajocosteyfácildeusar,quepresentaunatopologíaflexible.Seintrodujoen2003ydesde2007esunestándarinternacional.ElEtherCATTechnologyGrouppromueveEtherCATyesresponsabledesudesarrollocontinuo.EtherCATestambiénunatecnologíaabierta:cualquierapuedeimplementarlaoutilizarla.

Cómofunciona

ElprincipiofuncionalclavedeEtherCATresideencómosusnodosprocesanlastramasEthernet:cadanodoleelosdatosdireccionadosaélyescribesusdatosdenuevoenlatrama,todomientraslatramasemueveaguasabajo.Estoconduceaunamejorutilizacióndelanchodebanda(unatramaporciclosuelesersuficienteparalacomunicación),altiempoqueeliminalanecesidaddeconmutadoresohubs.

Rendimientodelared

EtherCATeslatecnologíadeEthernetin-dustrialmásrápidagraciasalaexclusivaformaenqueprocesalastramas;ningunaotratecnologíapuedesuperarlautilizacióndeanchodebandaoelcorrespondienterendimientodeEtherCAT.

Topologíaflexible

Ademásdesuvelocidad,unaredEtherCATpuedesoportarhasta65.535dispositivossinimponerrestriccionesensutopología:lineal,enbus,enárbol,enestrella–

ocualquiercombinacióndeestas.ElrápidosistemafísicodeEthernetpermitequedosdispositivosesténaunadistanciadehasta100m(330pies);mayoresdistanciassonposiblesmedianteelusodefibraóptica.EtherCATtambiéntienecaracterísticasadi-cionalesqueofrecenunamayorflexibilidadtopológica,comoHotConnectyHotSwapparadispositivosyunaredundanciaañadi-daatravésdeunatopologíaenanillo.

Esversátil

EtherCATesadecuadotantoparaarqui-tecturasdesistemacentralizadascomodescentralizadas.Soportacomunicacionesmaestro-esclavo,maestro-maestroyesclavo-esclavo,asícomoincorporabusesdecamposubordinados.Aniveldefábrica,elProtocolodeAutomatizaciónEtherCAT(EAP,delinglésEtherCATAutomationProtocol)cubrelacomunicación,todoelloconlainfraestructuraexistente.

Esfácil

Encomparaciónconunsistemadebusdecampoclásico,EtherCATeslaopciónobvia:lasdireccionesdelosnodospuedenesta-blecerseautomáticamente,nohaynecesi-daddesintonizarlared,ylosdiagnósticosintegradosconlocalizacióndefalloshacenquelalocalizacióndeerroresseaunjuegodeniños.Apesardeestascaracterísticasavanzadas,EtherCATtambiénesmásfácildeusarqueelEthernetIndustrial:nohayqueconfigurarconmutadoresynoserequierelamanipulacióncompletadedireccionesMACoIP.

Esdebajocoste

EtherCATofrecetodaslasventajasdelEthernetindustrialapreciosdebusdecampo.¿Cómo?Enprimerlugar,EtherCATnorequiereningúncomponentedeinfra-estructuraactivo.Eldispositivomaestronorequiereunatarjetadeinterfazespecialylosdispositivosesclavosutilizanchipsaltamenteintegradosyeconómicos,dispo-niblesdeunaampliavariedaddeprovee-dores.Además,noserequierencostososexpertosentecnologíadelainformaciónparaponerenservicioomantenerelsistema.

Ethernetindustrial

EtherCATtambiénsoportatecnologíasdeinternetcomunessinponerenpeligrolacapacidaddetiemporealdelared.Suprotocolo«EthernetsobreEtherCAT»transportaFTP,http,TCP/IPyCo.

Seguridadfuncional

SafetyoverEtherCATescomoelpropioEtherCAT,esbeltoyrápido.Laseguridadfuncionalseencuentraintegradadirecta-menteenelbusconopcionestantoparalógicadeseguridadcentralizadacomodescentralizada.Graciasalenfoquede«Black-Channel»,tambiénestádisponibleparaotrossistemasdebus.

Tecnologíaabierta

EtherCATesunatecnologíaabiertaestanda-rizadainternacionalmente,loquesignificaquecualquieraeslibredeusarlatecnologíaenunaformacompatible.Sinembargo,queseaunatecnologíaabiertanosignificaquecualquierapuedamodificarEtherCATarbi-trariamenteparasatisfacersusnecesidades.Estoseríaelfindelainteroperabilidad.

ElEtherCATTechnologyGroup,laorganizacióndebusdecampomásgrandedelmundo,esresponsabledeldesarrollocontinuodeEtherCATparaquesigasiendoabiertoeinteroperable.

Deeficaciaprobada

EtherCATseutilizaactualmenteentodoelmundoenunainmensagamadeaplicaciones.EtherCATseutilizaenelcontroldemáquinas,equiposdemedición,dispositivosmédicos,automóvilesymá-quinasmóviles,asícomoeninnumerablessistemasembebidos.

Page 4: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

6 7

Normalizacióninternacional

ElEtherCATTechnologyGroupesunsociooficialdelaIEC.TantoEtherCATcomoSafetyoverEtherCATsonestándaresIEC(IEC61158eIEC61784).Estosestándaresnosoloincluyenlascapasdeprotocoloinfe-riores,sinotambiénlacapadeaplicaciónyperfilesdedispositivo,porejemplo,paraaccionamientos.SEMI™(SemiconductorEquipmentandMaterialsInternational)haaceptadoEtherCATcomoestándardecomunicación(E54.20)paralaindustriadelossemiconductores.LosGruposdetrabajoenelGrupodeTrabajoTécnico(TWG)deSemiconductoresdelETGdefinenperfilesdedispositivosyguíasdeimplementación.

Lasespecificacionesestándisponiblesendiferentesidiomas.

ElETGeslaorganizacióndebusdecampoconelmayornúmerodemiembrosdetodoelmundo.Lalistademiembrossepuedeencontrarenlapáginaweb.Noobstante,elfactordecisivonoescuántosmiembroshay,sinocuánactivossonlosmiembrosdelETG.TantoelnúmerocomolavariedaddedispositivosEtherCATesenormeylatasadeadopcióndeEtherCATenEuropa,AsiayAméricasobrepasaladetodaslasdemástecnologíasdeEthernetindustrial.

Hágasemiembro

LamembresíadeETGestáabiertaatodaslasempresas,yaseanfabricantesdedispo-sitivosousuarios.LosmiembrosdeETG:

Tienenaccesoalasespecificacionestécnicasyalforodeldesarrollador

ContribuyenaldesarrollodeEtherCATmediantegruposdetrabajotécnico

RecibenapoyoparalaimplementaciónatravésdesuoficinaETGlocal

Recibenpaquetesdesoftwaregratuito,herramientasdesoftwareyaccesoaproductosdedesarrolloadicionales

TienenpermitidoutilizarloslogotiposdeEtherCATyETG

PuedenmostrarsusproductosyserviciosEtherCATenlaGuíaoficialdeproductosEtherCAT,enferiasyeventosETG

Losestatutos,elformularioderegistroeinformaciónadicionalestá[email protected]

ElEtherCATTechnologyGroupmantienelatecnologíaEtherCATabiertaparatodoslosusuariospotenciales.Reúneafabricantesdedispositivos,proveedoresdetecnolo-gíayusuariosEtherCATparaimpulsarlatecnología.ProporcionamúltiplesGruposdeTrabajoTécnico,dondelosexpertostrabajanminuciosamenteenvariosaspec-tosespecíficosdeEtherCAT.Todasestasactividadesestánenfocadasenunobjetivocomún:mantenerEtherCATestableeinte-roperable.Porestarazón,soloexisteunaúnicaversióndeEtherCATynounaversiónnuevacadaaño.

ElETGorganizamúltiplesPlugFestsenEuropa,AsiayAméricacadaaño.LasPlugFestsreúneadesarrolladoresdedis-positivosEtherCATparaprobaryasegurarlainteroperabilidaddelosdispositivos.UtilizandolaHerramientadepruebadeconformidadEtherCAT(CTT)oficial,cadafabricantepuederealizarpruebasdecon-formidaddesusdispositivosEtherCATan-tesdesulanzamiento.ElETGproporcionaalosfabricantesunCertificadodeconfor-midadtrassuperarconéxitounapruebaenunlaboratoriodepruebaacreditado.ElETGtambiénorganizaseminariosytalleresinternacionalesyrepresentaaEtherCATenferiasdetodoelmundo.Tambiénpropor-cionaguíasdeproductos,standscolectivosenferiasyexposicionesenseminariosparaayudarasusmiembrosacomercializarsusproductosEtherCAT.

EtherCATTechnologyGroup

Actividadesglobales

ElEtherCATTechnologyGroupestápresen-teentodoelmundo.LosexpertosdelasoficinasdeETGenAlemania,China,Japón,CoreayEE.UU.apoyanalosmiembrosdeETGantes,duranteydespuésdelaimple-mentación.

LatecnologíasemantieneenlosGruposdeTrabajoTécnico(TWG,delinglésTechnicalWorkingGroups),quedefinenlasampliacio-nesytambiénelcomportamientouniformedelosdispositivosmedianteperfilesdedispositivosydirectricesdeimplementación.SeanimaatodoslosmiembrosacontribuiractivamenteenlosTWG.

Enmuchospaíses,EtherCATtambiénesunestándarnacional,comoenCoreayChina.

EnelstanddeETGsepresentatodalatecnologíayvariedaddeproductosEtherCAT.

ETGorganizareunionesdemiembrosregularmente.

2011 EtherCATinterfaceinStandardµP+µC

2009 Member1000 TestCentersinGermanyandJapan

2008 EtherCATConformanceTestTool

2003 EtherCATintroduced

ETGfounded

2012 Member2000 SemiconductorProfiles

2013 Member2500 TestCenterinCina

2015 FSoETestCenter Industrie4.0andIoTInitiative

2005 Safetyover

EtherCAT

HitosdeEtherCAT

2007 EtherCATisIECStandard

2006 EtherCATASIC

2014 Member3000 TestCenterinNorthAmerica

EtherCATisChineseStandard

2016 Member4000 EtherCATP

2017 10YearsETGOfficesinCN,KR,USA

TSNProfile

Page 5: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

8 9

operaciónyvolveraconectarse,inclusoenotrositio,sielmaestrosoportaestacarac-terística.Latopologíalinealseextiendeaunatopologíaenanilloporlaredundanciadecables.Todoloqueeldispositivomaes-tronecesitaparaestaredundanciaesunsegundopuertoEthernet,ylosdispositivosesclavosyasoportanlaredundanciadecablesdetodosmodos.Estohaceposiblelaconmutacióndedispositivosdurantelaoperacióndelamáquina.

3. Essimpleyrobusto

Laconfiguración,eldiagnósticoyelmante-nimientosonfactoresquecontribuyenaloscostesdelsistema.ElbusdecampoEthernetsimplificasignificativamentetodasestastareas:EtherCATsepuedeconfigurardeformaqueasignedireccionesautomáticamente,loqueeliminalanecesi-daddeconfiguraciónmanual.Unacargadebusbajayunafísicapeertopeermejoranlainmunidadalruidoelectromagnético.Lareddetectadeformafiablelasperturbacionesdepotencialhastasuubicaciónexacta,loquereducedrásticamenteeltiemponecesa-rioparasolucionarproblemas.Duranteelarranque,laredcomparalosdiseñosplanifi-cadosconlosrealesparadetectarcualquierdiscrepancia.ElrendimientodeEtherCATtambiénayudadurantelaconfiguracióndelsistemaeliminandolanecesidadderealizarunacalibracióndelared.Graciasalamplioanchodebanda,existecapacidadparatransmitirTCP/IPadicionaljuntoconlosdatosdecontrol.Sinembargo,puestoqueEtherCATnosebasaensímismoenTCP/IP,noexistenecesidaddeadministrardireccio-nesMACodireccionesIPodequeexpertosenITconfigurenconmutadoresyrouters.

1. Rendimientoexcepcional

EtherCATesporlejoslatecnologíaEthernetindustrialmásrápida,perotambiénsincro-nizaconunaprecisióndenanosegundos.Estorepresentaunaenormeventajaparatodaslasaplicacionesenlasqueelsistemadedestinoestácontroladooesmedidoatravésdelsistemadebus.Losrápidostiem-posdereaccióntrabajanparareducirlostiemposdeesperadurantelastransicionesentrelospasosdeproceso,loquemejorasignificativamentelaeficienciadelaaplica-ción.Finalmente,laarquitecturadelsistemaEtherCATreducelacargadelaCPUenun25-30%encomparaciónconotrossistemasdebus(paraunmismotiempodeciclo).Siseaplicadeformaóptima,elrendimientodeEtherCATconduceaunaprecisiónmejo-rada,mayorproductividady,porlotanto,amenorescostes.

2.Topologíaflexible

EnaplicacionesEtherCAT,laestructuradelamáquinadeterminalatopologíadelared,noalrevés.EnsistemasEthernetindus-trialesconvencionales,existenlimitacionesencuantoalnúmerodeconmutadoresyhubsquepuedeninstalarseencascada,loquelimitalatopologíageneraldelared.PuestoqueEtherCATnonecesitaniconmu-tadoresnihubs,noexistendichaslimitacio-nes.Enresumen,EtherCATprácticamentenotienelímitesenrelaciónalatopologíadelared.Sonposibleslastopologíaslinea-les,enárboloestrellaycualquiercombi-nacióndelasmismasconunnúmerocasiilimitadodenodos.Graciasaladeteccióndeenlaceautomática,losnodosysegmen-tosderedpuedendesconectarsedurantela

¿PorquéutilizarEtherCAT?

LaformaexclusivaenlaquetrabajaEtherCATloconvierteenlaclara«eleccióndelosingenieros».Además,lassiguientescaracterísticassonparticularmenteventajosasparamuchasaplicaciones.

4.Seguridadintegrada

¿Seguridadfuncionalcomoparteintegraldelaarquitecturadered?Ningúnproble-maconFunctionalSafetyoverEtherCAT(FSoE).ElusodeFSoEestáprobadome-diantedispositivoscertificadosporelTÜVqueseencuentranenelmercadodesde2005.Elprotocolocumpleconlosrequi-sitosparasistemasSIL3yesadecuadoparasistemasdecontrolcentralizadosydescentralizados.Graciasalprincipio«BlackChannel»yal«SafetyContainer»particularmenteesbelto,FSoEtambiénpuedeutilizarseenotrossistemasdebus.Esteprincipiointegradoyelprotocoloes-beltoayudanamantenerbajosloscostesdelsistema.Además,uncontroladorcríticonosegurotambiénpuederecibiryprocesardatosrelevantesparalaseguridad.

5.Asequible

EtherCATofrecelascaracterísticasdelEthernetIndustrialaunpreciosimilaroinclusoinferiorqueeldeunsistemadebusdecampoclásico.ElúnicohardwarenecesarioporeldispositivomaestroesunpuertoEthernet.Noserequierencostosastarjetasdeinterfaznicoprocesadores.LoscontroladoresesclavosEtherCATestándis-poniblesdevariosfabricantesendiferentesformatos:comoASIC,basadoenFPGA,otambiéncomoopciónparaseriesdemicro-procesadoresestándar.Puestoqueestoscontroladoreseconómicosllevanlacargadetodaslastareasenlasqueeltiempoesunfactorcrítico,EtherCATporsímismonoexigeningúnrequisitoderendimientoalaCPUdedispositivosesclavos,loqueman-tieneloscostesdedispositivobajos.PuestoqueEtherCATnorequiereconmutadoresuotroscomponentesdeinfraestructuraacti-vos,loscosteseninstalación,configuraciónymantenimientotampocoexisten.

Porestarazón,EtherCATseencentrafrecuentementeen:

Robótica Máquinasherramienta Máquinasdeembalaje Imprentas Equiposdefabricacióndeplásticos Prensas Máquinasdefabricaciónde

semiconductores Bancosdepruebas MáquinasPick&Place Sistemasdemedición Centraleseléctricas Subestaciones Aplicacionesdemanipulación

demateriales Sistemasdemanipulacióndeequipaje Sistemasdecontroldeescenarios Sistemasdemontajeautomatizados Máquinasdepulpadecelulosaypapel Sistemasdecontroldetúneles Máquinasdesoldadura Grúasyelevadores Maquinariaagrícola Aplicacionesoffshore Serrerías Equiposdefabricacióndeventanas Sistemasdeautomatizaciónde

edificiosa Acerías Aerogeneradores Equiposdefabricacióndemuebles Fresadoras Vehículosdeguiadoautomático Automatizacióndeentretenimiento Dispositivosmédicos Máquinasparatrabajarlamadera Equiposdefabricacióndevidrioplano Sistemasdepesaje Informaciónadicional AplicacionesEtherCAT

Page 6: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

10 11

EtherCAT:BasadoenlatecnologíaEthernetEtherCATesEthernetindustrialyutilizatramasestándarylacapafísicatalcomosedefineenelestándardeEthernetIEEE802.3.Sinembargo,tambiénabordalasdemandasespecí-ficasalasqueseenfrentalaindustriadelaautomatización,enlasque:

Hayrequisitosentiemporealduroscontiemposderespuestadeterminísticos. Elsistemasueleestarformadopormuchosnodos,cadaunodeloscualessolotiene

unapequeñacantidaddedatosdeprocesocíclico. LoscostesdehardwaresonaúnmásimportantesqueenlasaplicacionesdeITyde

oficina.

LosrequisitosanterioreshacenprácticamenteimposibleelusodeunaredEthernetes-tándaraniveldecampo.SiseutilizauntelegramaEthernetindividualparacadanodo,lavelocidaddedatosefectivasereducesignificativamenteparaunospocosbytesdedatosdeprocesocíclicos:eltelegramaEthernetmáscortotieneunalongitudde84bytes(inclui-doelInterFrameGap),deloscuales46bytespuedenutilizarseparadatosdeproceso.Porejemplo,siunaccionamientoenvía4bytesdedatosdeprocesoparalainformacióndepo-siciónyestadorealesyrecibe4bytesdedatosparalaposicióndedestinoylainformacióndecontrol,lavelocidaddedatosefectivaparaambostelegramassereducea4/84=4,8%.Además,elaccionamientosueleteneruntiempodereacciónquedesencadenalatransmi-sióndelosvaloresrealesdespuésderecibirlosvaloresobjetivo.Alfinal,noquedamuchodelavelocidaddetransferenciade100Mbit/s.

Laspilasdeprotocolos,comolasqueseutilizanenelmundodelatecnologíadelainformaciónparalaconexióndeenrutamiento(IP,TCP),requierenunsobrecosteadicionalparacadanodoycreanmásretrasosatravésdelostiemposdeejecucióndelaspilas.

¿CómofuncionaEtherCAT?EtherCATsuperalasdificultadesdescritasenlasecciónanteriorconsumododefuncio-namientodealtorendimiento,enelqueunasolatramasuelesersuficienteparaenviaryrecibirdatosdecontroldesdeyhaciatodoslosnodos.

ElEtherCATmaestroenvíauntelegramaquepasaporcadanodo.CadadispositivoEtherCATesclavolee«sobrelamarcha»losdatosdireccionadosaéleinsertasusdatosenlatramamientraslatramasemueveaguasabajo.Elretardodelatramasedebeúnicamentealostiemposderetardodepropagacióndelhardware.Elúltimonododeunsegmento(obranch)detectaunpuertoabiertoyenvíaelmensajealmaestroutilizandolafunciónfullduplexdelatecnologíaEthernet.

Lavelocidaddedatosefectivamáximadeltelegramaaumentaamásdel90%y,debidoalautilizacióndelafunciónfullduplex,lavelocidaddedatosefectivateóricaesinclusosuperiora100Mbit/s(>90%dedosveces100Mbit/s).

ElmaestroEtherCATeselúniconododentrodeunsegmentoalqueselepermiteenviaractivamenteunatramaEtherCAT;todoslosdemásnodossimplementereenvíantramasaguasabajo.Esteconceptoevitaretrasosimpredeciblesygarantizacapacidadesentiemporeal.

Elmaestroutilizauncontroladordeaccesoalmedio(MAC)Ethernetestándarsinunprocesadordecomunicacionesadicional.Estopermiteimplementarunmaestroencual-quierplataformadehardwareconunpuertoEthernetdisponible,independientementedelsistemaoperativoentiemporealodelsoftwaredeaplicacionesqueseutilice.Losdispositi-vosEtherCATesclavoutilizanuncontroladordeesclavosEtherCAT(ESC,delinglésEtherCATSlaveController)paraprocesartramassobrelamarchaytotalmenteenhardware,loquehacequeelrendimientodelaredseapredecibleeindependientedelaimplementacióndeldispositivoesclavoindividual.

Latecnologíaaldetalle

Page 7: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

12 13lasI/Os;noserequiereunaestructuradedatosdeprocesofija.Estotambiénaliviaeldispositivomaestroencomparaciónconlossistemasdebusdecampoconvencionales,enlosquelosdatosdecadanododebíanleerseindividualmente,clasificarseconlaayudadelcontroladordeprocesosycopiarseenlamemoria.

ConEtherCAT,eldispositivomaestroúnicamentenecesitallenarunasolatramaEtherCATconnuevosdatosdesalidayenviarlatramaatravésdelAccesoDirectoaMemoria(DMA,delinglésDirectMemoryAccess)alcontroladorMAC.CuandoserecibeunatramaconnuevosdatosdeentradaatravésdelcontroladorMAC,eldispositivomaestropuedevolveracopiarlatramaatravésdeDMAenlamemoriadelordenador,todoellosinquelaCPUtengaquecopiaractivamenteningúndato.Ademásdelosdatoscíclicos,sepuedenutilizarotrosdata-gramasparacomunicacionesasíncronasoimpulsadasporeventos.

Ademásdeldireccionamientológico,elequipomaestrotambiénpuededireccionarundispositivoesclavoatravésdesuposiciónenlared.Estemétodoseutilizaduranteelarranquedelaredparadeterminarlatopologíadelaredycompararlaconlatopologíaplanificada.

Despuésdecomprobarlaconfiguracióndelared,eldispositivomaestropuedeasig-naracadanodounadireccióndenodoconfiguradaycomunicarseconelnodoatravésdeestadirecciónfija.Estopermiteunaccesoespecíficoalosdispositivos,inclusocuando

ElprotocoloEtherCATEtherCATincrustasucargaútilenunatramaEthernetestándar.Latramaseidentificaconelidentificador(0x88A4)enelcampoEtherType.DadoqueelprotocoloEtherCATestáoptimizadoparadatosdeprocesodecicloscortos,sepuedeeliminarelusodepilasdeprotocolos,talescomoTCP/IPoUDP/IP.

ParagarantizarlacomunicaciónITEthernetentrelosnodos,lasconexionesTCP/IPsepuedentunelizaropcionalmenteatravésdeuncanaldebuzóndecorreosinafectarlatransferenciadedatosentiemporeal.

Duranteelarranque,elequipomaestroconfigurayasignalosdatosdeprocesoenlosdispositivosesclavos.Sepuedenintercambiardiferentescantidadesdedatosconcadaesclavo,desdeunbithastaunospocosbytes,oinclusohastakilobytesdedatos.

LatramaEtherCATcontieneunoomásdatagramas.Lacabeceradeldatagramaindicaquétipodeaccesodeseaejecutareldispositivomaestro:

lectura,escritura,lectura-escritura Accesoaundispositivoesclavoespecíficomediantedireccionamientodirecto,

oaccesoamúltiplesdispositivosesclavosmediantedireccionamientológico(direccionamientoimplícito)

Eldireccionamientológicoseutilizaparaelintercambiocíclicodedatosdeproceso.CadadatagramadireccionaunaparteespecíficadelaimagendeprocesoenelsegmentoEtherCAT,paralacualestándisponibles4GBytesdeespaciodedirecciones.Duranteelarranquedelared,acadadispositivoesclavoseleasignanunaomásdireccionesenesteespacioglobaldedirecciones.Siavariosdispositivosesclavosselesasignandireccionesenlamismaárea,todospuedenserdireccionadosconunúnicodatagrama.Puestoquelosdatagramascontienencompletamentetodalainformaciónrelacionadaconelaccesoadatos,eldispositivomaestropuededecidircuándoyaquédatosacceder.Porejemplo,eldispositivomaestropuedeutilizartiemposdeciclocortosparaactualizardatosenlosaccionamientos,mientrasqueutilizauntiempodeciclomáslargoparamuestrear

EtherCATenunatramaEthernetestándar(conformeaIEEE802.3)

Insercióndedatosdeprocesosobrelamarcha

ECAT EtherCATtelegram

FrameHDR Datagram1 Datagram2 Datagramn

Ethernetheader Ethernet

DA Pad.SA FCSType

(6) (0…32)(2) (10+n+2) (10+m+2) (10+k+2)(6) (4)(2/4)

EthertypeOx88A4

ECATHDREthernetheader EthernetDatagram1

LogicalProcessImageTask1

LogicalProcessImageTask2

LogicalProcessImageTask3

Datagram2 Datagram3

Page 8: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

14 15Alcablearelsistema,lacombinacióndelíneasconbranchesolíneasdederivaciónesbe-neficiosa:lospuertosnecesariosparacrearbranchesseintegrandirectamenteenmuchosmódulosdeI/O,porloquenosenecesitanconmutadoresadicionalesnicomponentesdeinfraestructuraactivos.TambiénsepuedeutilizarnaturalmentelatopologíaclásicadeEthernetenestrella.

Lasmáquinasmodularesoloscambiadoresdeherramientasrequierenlaconexiónydesconexióndesegmentosderedonodosindividualesduranteelfuncionamiento.LoscontroladoresesclavosEtherCATyaincluyenlabaseparaestacaracterísticadeHotConnect.Siseeliminaunaestaciónvecina,elpuertosecierraautomáticamenteparaqueelrestodelaredpuedaseguirfuncionandosininterferencias.Tiemposdedetecciónmuycortos<15µsgarantizanuncambiodeformatofluido.

EtherCATofreceunagranflexibilidadencuantoalostiposdecable,porloquecadasegmentopuedeutilizareltipoexactodecablequemejorseadapteasusnecesidades.EleconómicocableEthernetindustrialpuedeutilizarseentredosnodosconunaseparacióndehasta100menelmodo100BASE-TX.Además,laadicióndeprotocoloEtherCATPpermitelatransmisióndedatosyenergíaatravésdeunsolocable.Estaopciónpermitelaconexióndedispositivostalescomosensoresconunasolalínea.Fibrasópticas(como100BASE-FX)tambiénpuedenutilizarse,porejemplo,paradistanciasentrenodossuperioresa100m.TodalagamadecableadosparaEthernettambiénestádisponibleparaEtherCAT.

Sepuedenconectarhasta65.535dispositivosaunsegmentoEtherCAT,porloquelaampliacióndelaredesprácticamenteilimitada.Dadoelnúmeroprácticamenteilimitadodenodos,losdispositivosmodularescomolasestacionesdeI/O«sliced»puedendiseñarsedetalformaquecadamóduloseapropiamenteunnodoEtherCAT.Deestamaneraseeliminaelbusdeextensiónlocal;elaltorendimientodeEtherCATllegadirectamenteacadamódulosinretrasos,yaquenohaypuertadeenlaceenelacopladordebusnienlacabecera.

secambialatopologíadelaredduranteelfuncionamiento,porejemplo,congruposHotConnect.Existendosenfoquesparalacomunicaciónesclavo-esclavo.Undispositivoescla-vopuedeenviardatosdirectamenteaotrodispositivoesclavoqueestéconectadoaguasabajoenlared.DadoquelastramasEtherCATsólopuedenprocesarsehaciaadelante,estetipodecomunicacióndirectadependedelatopologíadelaredyesespecialmenteadecuadaparalacomunicaciónesclavo-esclavoenundiseñodemáquinaconstante(porejemplo,enmáquinasdeimpresiónodeembalaje).Porelcontrario,lacomunicaciónesclavo-esclavolibrementeconfigurablepasaporelequipomaestroyrequieredosciclosdebus(nonecesariamentedosciclosdecontrol).GraciasalexcelenterendimientodeEtherCAT,estetipodecomunicaciónesclavo-esclavosiguesiendomásrápidoqueconotrastecnologíasdecomunicación.

TopologíaflexibleLineal,enárbol,enestrellaocadenamargarita:EtherCATescompatibleconprácticamentetodaslastopologías.EtherCAThaceposibleunatopologíalinealoenbuspuraconcientosdenodossinlaslimitacionesquenormalmentesurgendelosconmutadoresohubsencascada.

Topologíaflexible–lineal,enárboloenestrella

Page 9: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

16 17

EtherCATP(P=potencia)esunaadiciónalestándardeprotocoloEtherCATdescritoanteriormente.Nopermitesololatransmisióndedatosdecomunicación,sinotambiénlatensiónperiféricaatravésdeunúnicocableEthernetestándardecuatrohilos.

EtherCATyEtherCATPsonidénticosentérminosdetecnologíadeprotocolos,yaquelaadiciónafectaexclusivamentealacapafísica.NoserequierennuevoscontroladoresdeesclavosEtherCATcuandoseutilizaEtherCATP.SepodríadecirqueEtherCATPtienelasmismasventajasdecomunicaciónqueEtherCAT,perotambiénproporcionalafuentedealimentaciónatravésdelcabledecomunicación,ofreciendoatractivasventajasymejorasparanumerosasaplicaciones.

Dosfuentesdealimentaciónde24V,aisladaseléctricamenteyconmutablesindividual-mente,alimentanlosnuevosdispositivosEtherCATP,disponiblesconUSparaelsistemaylossensoresyUPparalaperiferiaylosactuadores.Ambastensiones,USyUP,seencuentrandirectamenteacopladasalalíneadecomunicaciónEtherCATde100Mbit/s.Graciasaestatransmisióndeenergía,elusuariopuedeconectarencascadavariosdispositivosEtherCATPyparaellosolonecesitauncable.Estopermitereducirelcableadoydiseñarlodeformamás

compactayrentable,ahorrarcostesdelsistemayespacioocupadoporlosdispositivos,equi-posymáquinas.

EtherCATPesespecialmenteinteresanteparaaquellaspartesdeunamáquinaquesonindependientesyamenudoseencuentranunpocoaisladas,yaquepuedensersuministra-dascondatosyenergíaatravésdeunsolocable.Todoslostiposdesensoressonperfecta-menteadecuadosparaEtherCATP:unúnicoconectorM8compactopermitelaintegracióneficientedeestosdispositivosdecampoenlareddealtavelocidadylosconectaalaten-sióndealimentación.Graciasalacodificaciónmecánicadelconector,seevitanposiblesfuentesdeerrordurantelaconexióndelosdispositivos.

EtherCATPpuedeutilizarseenlamismaredjuntoconlatecnologíaEtherCATestándar.UnidadesrectificadorasadecuadastransformanelsistemafísicocomúndeEtherCATenEtherCATPmanteniendodeformaconsistentelacodificacióndedatosEthernet.Delamis-mamanera,undispositivopuedesersuministradoconEtherCATPpero,asuvez,tambiénpuedetransmitirelprotocoloEtherCAT.

MásinformaciónsobreEtherCATPpuedeencontrarseaquí:www.ethercat.org/ethercat-p

EtherCATP:comunicaciónyenergíaenuncable

2-cableconexión:EtherCAT+Potenciaseparada

EtherCATP:datosyenergíaatravésdeuncable

Power:2x24VDC,3A(US,UP)

TX+

TX+GNDS

GNDP

TX-

RX-UP

UP

RX+

RX+GNDP

GNDS

RX-

TX-US

US

EtherCATPower

Page 10: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

18 19Dadoquelahoraenviadadesdeelrelojdereferenciallegaalosdispositivosesclavosconunligeroretardo,esteretardodepropagacióndebemedirseycompensarseparacadadispositivoesclavoconelfindeasegurarlasincronicidadysimultaneidad.Esteretardosemideduranteelarranquedelaredo,sisedesea,inclusodeformacontinuaduranteelfuncionamiento,asegurandoquelosrelojesseansimultáneosycuentencondiferenciasmuypordebajode1µsentreellos.

Sitodoslosnodostienenlamismainformaciónhoraria,puedenajustarsusseñalesdesalidasimultáneamenteyfijarsusseñalesdeentradaconunamarcadetiempodealtaprecisión.EnlasaplicacionesdeMotionControl,ademásdelasincronicidadylasimulta-neidad,tambiénesimportantelaprecisióndelciclo.Enestetipoaplicaciones,lavelocidadsederivatípicamentedelaposiciónmedida,porloqueescríticoquelasmedicionesdeposiciónsetomendeformaequidistanteyprecisa(esdecir,enciclosexactos).Inclusoin-exactitudesmuypequeñaseneltiempodemedicióndelaposiciónpuedentraducirseeninexactitudesmayoresenlavelocidadcalculada,especialmenteenrelacióncontiemposdeciclocortos.ConEtherCAT,lasmedicionesdeposiciónsondesencadenadasporelrelojlocalprecisoynoporelsistemadebus,loqueconduceaunaprecisiónmuchomayor.

Además,elusodeDistributed-Clockstambiéndescargaeldispositivomaestro.Puestoqueaccionescomolamedicióndeposiciónsondesencadenadasporelrelojlocalynocuandoserecibelatrama,eldispositivomaestronotienerequisitostanestrictosparaen-viartramas.EstopermitequeelmasterstackseimplementeensoftwareenunhardwareEthernetestándar.InclusounjitterenelrangodevariosmicrosegundosnodisminuyelaprecisióndelosDistributed-Clocks.Dadoquelaprecisióndelrelojnodependedecuándoseaestablecido,eltiempoabsolutodelatransmisióndelatramasevuelveirrelevante.ElmaestroEtherCATsólonecesitaasegurarsedequeeltelegramaEtherCATseenvíaconlasuficienteantelación,antesdequelaseñalDCenlosdispositivosesclavosdesencadenelasalida.

Distributed-ClocksparaunasincronizacióndealtaprecisiónEnaplicacionesconprocesosdistribuidosespacialmentequerequierenaccionessimultá-neas,lasincronizaciónexactaesparticularmenteimportante.Esteeselcasoporejemploenaplicacionesenlasquevariosservoejesejecutanmovimientoscoordinados.

Adiferenciadelacomunicacióncompletamentesíncrona,cuyacalidadsufreinmedia-tamentedeerroresdecomunicación,losDistributed-Clockssincronizadostienenunaltogradodetoleranciaaljitterenelsistemadecomunicación.Poreso,lasoluciónEtherCATparasincronizarnodossebasaenestosDistributed-Clocks(DC,relojesdistribuidos).

Lacalibracióndelosrelojesenlosnodosestácompletamentebasadaenhardware.LahoradelprimerdispositivoesclavoDCsedistribuyecíclicamenteatodoslosdemásdispositivosdelsistema.Conestemecanismo,losrelojesdeldispositivoesclavopuedenajustarseconprecisiónaesterelojdereferencia.Eljitterresultanteenelsistemaessignificativamentemenosde1µs.

Sincronicidadysimultaneidad-Vistaampliadadedosdispositivosdistri-buidoscon300nodosyunalongituddecablede120m

Sincronizacióncompletamentebasadaenhardwareconcompensacióndelosretardosdepropagación.

t

Page 11: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

20 21

DiagnósticoylocalizacióndeerroresLaexperienciaconsistemasdebusdecampoconvencionaleshademostradoquelascaracterísticasdediagnósticojueganunpapelimportanteenladeterminacióndeladisponibilidaddeunamáquinayeltiempodepuestaenservicio.Ademásdeladeteccióndeerrores,lalocalizacióndeerroresesimportantedurantelaresolucióndeproblemas.EtherCATofrecelaposibilidaddeanalizarycompararlatopologíarealdelaredconlatopologíaplanificadaduranteelarranque.EtherCATtambiéntienemuchascapacidadesdediagnósticoadicionalesinherentesasusistema.

ElcontroladordeesclavosEtherCATencadanodocompruebasihayerroresenlatramaenmovimientoconunasumadecomprobación.Lainformaciónseproporcionaalaaplicaciónesclavaúnicamentesilatramaseharecibidocorrectamente.Sihayunerrordebit,seincrementaelcontadordeerroresyseinformaalosnodossiguientesdequelatramacontieneunerror.Eldispositivomaestrotambiéndetectaráquelatramatieneunfalloydescartarásuinformación.Eldispositivomaestroescapazdedetectardóndeseprodujoelfallooriginalmenteenelsistemaanalizandoloscontadoresdeerroresdelosnodos.Estosuponeunaenormeventajaencomparaciónconlossistemasdebusdecampoconvencionales,enlosqueunerrorsepropagaalolargodetodalalínea,haciendoimposiblelocalizarlafuentedelerror.EtherCATpuededetectarylocalizarperturbacionesocasionalesantesdequeelproblemaafectelaoperacióndelamáquina.

GraciasalexclusivoprincipiodeutilizacióndelanchodebandadeEtherCAT,queesvariasvecesmejorquelastecnologíasEthernetindustrialesqueutilizantramasindividua-les,laprobabilidaddeperturbacionesinducidasporerroresdebitdentrodeunatramadeEtherCATessustancialmentemenor,siseutilizaelmismotiempodeciclo.Y,siseutilizantiemposdeciclomuchomáscortos,comoenelusotípicodeEtherCAT,eltiemporequeri-doparalarecuperacióndeerroressereducesignificativamente.Porconsiguiente,tambiénesmuchomássencillocontrolarestosproblemasdentrodelaaplicación.

Dentrodelastramas,elWorkingCounterpermitesupervisarlacoherenciadelainfor-maciónencadadatagrama.CadanodoqueestádireccionadoporeldatagramaycuyamemoriaesaccesibleincrementaautomáticamenteelWorkingCounter.Elmaestropuedeentoncesconfirmarcíclicamentesitodoslosnodosestántrabajandocondatoscoheren-tes.SielWorkingCountertieneunvalordiferentealquedebería,elmaestronoenvíalosdatosdeestedatagramaalaaplicacióndecontrol.Eldispositivomaestropuedeentoncesdetectarautomáticamentelarazóndelcomportamientoinesperadoconayudadelainfor-macióndeestadoydeerrordelosnodos,asícomoelestadodelenlace.

DadoqueEtherCATutilizatramasEthernetestándar,eltráficoderedEthernetsepuederegistrarconlaayudadeherramientasdesoftwareEthernetgratuitas.Porejemplo,elconocidosoftwareWiresharkvieneconunintérpretedeprotocoloparaEtherCAT,demodoquelainformaciónespecíficadelprotocolo,comoelWorkingCounter,loscoman-dos,etc.,semuestranentextosinformato.

RequisitosdealtadisponibilidadEnelcasodemáquinasoequiposconrequisitosdedisponibilidadmuyelevados,unaro-turadecableounmalfuncionamientodeunnodonodebesignificarqueyanosepuedaaccederaunsegmentoderedoquefalletodalared.

EtherCATpermitelaredundanciadecablesconmedidassencillas.ConectandouncabledesdeelúltimonodoaunpuertoEthernetadicionaleneldispositivomaestro,unatopologíalinealseextiendeaunatopologíaenanillo.Uncasoderedundancia,comounaroturadecableounfallodenodo,sedetectamedianteuncomplementodesoftwareenelmasterstack.¡Esoestodo!

Lospropiosnodosnonecesitansermodificadosynisiquiera«saben»queestánsiendooperadosenunaredredundante.

Ladeteccióndeenlacesenlosdispositivosesclavosdetectayresuelveautomáticamenteloscasosderedundanciaconuntiempoderecuperacióninferiora15µs,porloque,comomáximo,seinterrumpeunúnicociclodecomunicación.Estosignificaqueinclusolasapli-cacionesMotioncontiemposdeciclomuycortospuedenseguirfuncionandosinproble-mascuandoserompeuncable.

ConEtherCAT,tambiénesposiblerealizarlaredundanciadeldispositivomaestroconHotStandby.Loscomponentesvulnerablesdelared,comolosconectadosaunacadenaportacables,sepuedencablearconuncabledederivación,demodoqueinclusocuandoserompeuncable,elrestodelamáquinasiguefuncionando.

RedundanciadecableseconómicacondispositivosesclavosEtherCATestándar

Page 12: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

EtherCAT–VistageneraldelsistemaRedEtherCATdelaplanta RedEtherCATdecontroldemáquinas

EtherCATDeviceProtocolEtherCATAutomationProtocol(EAP)

MES

ERP

HMI

Tableta

Conmutador

WiFi

Highavailability:Cableredundancy

Derivación Derivación

ID:01 ID:02 ID:03

MaestroaMaestro

100BASE-TX –hasta100mentredosdispositivos

MaestroSafetyoverEtherCATdescentralizado

-HotConnect-ExplicitDevice Identification

EBUS–LVDSBackplane

Fibraóptica–hasta20kmentredosdispositivos

InterfazEthernetEstándar

Relojesdistribuidospropor-cionanunasincronizaciónextremadamenteprecisa.Jitter&simultaneidad:<<1μs

Hasta65535esclavos

p.ej.-IEEE1588-GPS-DCF77

Integracióndeaccionamiento:- CANapplicationprotocolover

EtherCAT(CoE) withDS402DriveProfile- ServoDriveProfileover

EtherCAT(SoE)-SafetyDriveProfile-ModularDeviceProfile(MDP)

Relojesdistribuidos:Relojdereferencia

MaestroaEsclavo

Topologíaflexible:-Lineal-Enárbol-Enestrella-Branch

Sincro-nización externa

MaestroClaseAoClaseBsegúnDirectivadeClasesdeMaestros

CentralizedSafetyoverEtherCATMaster

EtherCATP:Datosyenergíaenlamismalínea

Intercambioysincronizacióndedatosentreseg-mentosEtherCAT

EsclavoaEsclavo

EsclavoaMaestro

IntegracióndeEthernetestándar:-Ethernetover

EtherCAT(EoE) es.TCP/IP

Switchport

Sensor

Sensor

Actor

24VDC

Integracióndebusdecampo:-ModularDevice

Profile(MDP)-ADSover

EtherCAT(AoE)

OtherFieldbuses

Gateway

23

Page 13: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

24 25

SafetyoverEtherCATLossistemasdecomunicaciónmodernosnosolorealizanlatransferenciadeterminísticadedatosdecontrol,sinoquetambiénpermitenlatransferenciadedatosdecontrolcríticosparalaseguridadatravésdelmismomedio.EtherCATutilizaelprotocoloSafetyoverEtherCAT(FSoE=FailSafeoverEtherCAT)paraestepropósito,permitiendo:

Unúnicosistemadecomunicaciónparalosdatosdecontrolydeseguridad Lacapacidaddemodificaryampliardeformaflexiblelaarquitecturadelsistema

deseguridad Solucionesprecertificadasparasimplificarlasaplicacionesdeseguridad Potentesfuncionesdediagnósticoparafuncionesdeseguridad Integraciónperfectadeldiseñodeseguridadeneldiseñodelamáquina Capacidaddemodificaryampliarlaarquitecturadeseguridad

LatecnologíadeseguridadEtherCAThasidodesarrolladasegúnelestándarIEC61508,cuentaconlacertificaciónTÜVyestáestandarizadaenIEC61784-3.ElprotocoloesadecuadoparaaplicacionesdeseguridadconunniveldeintegridaddeseguridaddehastaSIL3.

ConSafetyoverEtherCAT,elsistemadecomunicaciónformapartedeunllamadoBlackChannel(canalnegro),quenoseconsiderarelevanteparalaseguridad.Elsistemadecomuni-caciónestándarEtherCATutilizaunúnicocanalparatransferirdatosestándarydatoscríticos

paralaseguridad.Lastramasdeseguridad,conocidascomoSafetyContainers(contenedoresdeseguridad),contienendatosdeprocesocríticosparalaseguridadeinformaciónadicionaluti-lizadaparaprotegerestosdatos.Loscontenedoresdeseguridadsetransportancomopartedelosdatosdeprocesodelacomunicación.LaseguridaddelatransferenciadedatosnodependedelatecnologíadecomunicaciónsubyacenteynoestárestringidaaEtherCAT;loscontenedo-resdeseguridadpuedenviajaratravésdesistemasdebusdecampo,Ethernetotecnologíassimilaresypuedenhacerusodecablesdecobre,fibraópticaeinclusoconexionesinalámbricas.

Graciasaestaflexibilidad,laconexiónseguradediferentespartesdelamáquinaresultamássencilla.Elcontenedordeseguridadesenrutadoatravésdelosdiferentescontroladoresyseprocesaenlasdiferentespartesdelamáquina.Deestemodo,lasfuncionesdeparadadeemer-genciadetodaunamáquinaodepartesdeunamáquinasonfácilesderealizar,inclusosiestánacopladasaotrossistemasdecomunicación(p.ej.,Ethernet).

LaimplementacióndelprotocoloFSoEenundispositivorequierepocosrecursosypuedeconduciraunaltonivelderendimientoy,enconsecuencia,atiemposdereaccióncortos.Enlaindustriarobótica,existenaplicacionesqueutilizanSoEparaaplicacionessegurasdeMotionControlenunlazocerradode8kHz.

Elcontenedordeseguridadseencuentraincrustadoenlosdatosdeprocesodelacomunicacióncíclica

ECATHDR

CMD Safedata Safedata ConnIDCRC_0 CRC_1

Ethernetheader

Ethernettelegram

SafetyoverEtherCATframe

FSCDatagram1 Datagram2

PrincipiodelBlackChannel:sepuedeutilizarlainterfazdecomunicaciónestándar

MásinformaciónsobreSafetyoverEtherCATenlapáginawebdeETG:www.ethercat.org/safety

Device1 Device2

ControllerAsafety

protocol

ControllerBsafety

protocol

ControllerBsafety

protocol

ControllerAsafety

protocol

EtherCATSlaveController EtherCATSlaveController

IN INOUT OUT

EtherCAT

SafetyoverEtherCATpermitearquitecturasmássimplesyflexiblesqueconlalógicaderelés

Relais Logic

Page 14: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

26 27ProtocolodeaplicaciónCANoverEtherCAT(CoE)

ConelprotocoloCoE,EtherCATproporcionalosmismosmecanismosdecomunicaciónqueenelestándarCANopen®EN50325-4:diccionariodeobjetos,asignaciónPDO(ProcessDa-taObjects,objetosdedatosdeproceso)ySDO(ServiceDataObjects,objetosdedatosdeservicio).Inclusolagestiónderedessimilar.EstohaceposibleimplementarEtherCATconunmínimoesfuerzoendispositivosqueanteriormenteestabanequipadosconCANopen®.Incluso,grandespartesdelfirmwaredeCANopen®sonreutilizables.Opcionalmente,sepuedeprescindirdelalimitaciónPDOheredadade8bytes,ytambiénesposibleutilizarelanchodebandamejoradodeEtherCATparasoportarlacargadetodoelDiccionariodeobjetos.Losperfilesdedispositivo,comoelperfildeaccionamientoCiA402,tambiénsepuedenreutilizarparaEtherCAT.

Perfildeservoaccionamiento,conformeaIEC61800-7-204(SoE)

SERCOS™esunainterfazdecomunicaciónentiemporeal,especialmenteparaaplicacio-nesdeMotionControl.ElperfilSERCOS™paraservoaccionamientosestáincluidoelestán-darinternacionalIEC61800-7.ElestándartambiéncontienelaasignacióndeesteperfilaEtherCAT.Elcanaldeservicio,incluidoelaccesoatodoslosparámetrosyfuncionesinter-nasdelaccionamiento,seasignaalbuzóndecorreodeEtherCAT.

EthernetoverEtherCAT(EoE)

EtherCATutilizalascapasfísicasdeEthernetylatramaEthernet.EltérminoEthernettam-biénseasociafrecuentementeconlatransferenciadedatosenaplicacionesdeIT,quesebasanenunaconexiónTCP/IP.

PerfilesdecomunicaciónParaconfigurarydiagnosticarlosdispositivosesclavos,esposibleaccederalasvariablesproporcionadasparalaredconlaayudadelacomunicaciónacíclica.Estosebasaenunprotocolodebuzóndecorreofiableconunafunciónderecuperaciónautomáticademen-sajeserróneos.

Parasoportarunaampliavariedaddedispositivosycapasdeaplicación,sehanesta-blecidolossiguientesperfilesdecomunicaciónEtherCAT:

ProtocolodeaplicaciónCANoverEtherCAT(CoE) Perfildeservoaccionamiento,conformeaIEC61800-7-204(SoE) EthernetoverEtherCAT(EoE) FileAccessoverEtherCAT(FoE) AutomationDeviceProtocoloverEtherCAT(ADSoverEtherCAT,AoE)

Noserequierequeundispositivoesclavosoportetodoslosperfilesdecomunicación,envezdeello,puededecidirquéperfileselmásadecuadoparasusnecesidades.Senotificaaldispositivomaestroquéperfilesdecomunicaciónsehanimplementadomedianteelarchivodedescripcióndeldispositivoesclavo.

Diferentesperfilesdecomunicaciónpuedencoexistirenelmismosistema

TransmisióntransparentedeprotocolosdeITestándar

Filesystem,bootloader

Subordinatedobjectdiction-ariesordevices

HTTP,FTP,… IEC61800-7-204application

(SERCOS)

CANopenapplication

Processdata

ProcessdataMailbox

Physicallayer

EtherCATSlaveController

ObjectDictionaryIDNUDPTCP

PDOmap-ping

ATMDT

SDOServicechannel

Gatewayfunction IPFileaccess

Ethernet

FoE EoEAoE SoE CoE CoE/SoE

SwitchportWeb-server

Page 15: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

28 29ComunicaciónaniveldetodalaplantaconelprotocolodeautomatizaciónEtherCAT(EAP)ElniveldegestióndeprocesostienerequisitosdecomunicaciónespecialesquedifierenligeramentedelosrequisitostratadosporelprotocolodedispositivosEtherCAT,descritosenlasseccionesanteriores.Lasmáquinasoseccionesdeunamáquinaamenudonecesi-tanintercambiarinformacióndeestadoeinformaciónsobrelossiguientespasosdefabri-caciónentresí.Además,suelehaberuncontroladorcentralquesupervisatodoelprocesodefabricación,queproporcionaalusuarioinformaciónsobreelestadodelaproductividadyasignalospedidosalasdistintasestacionesdelamáquina.Elprotocolodeautomatiza-ciónEtherCAT(EAP)cumpletodoslosrequisitosanteriores.

MedianteelprotocoloEthernetoverEtherCAT(EoE)sepuedetransportarcualquiertráficodedatosEthernetdentrodeunsegmentoEtherCAT.LosdispositivosEthernetseconectanaunsegmentoEtherCATatravésdelosdenominadosSwitchports.LastramasEthernetsetunelizanatravésdelprotocoloEtherCAT,deformasimilaralosprotocolosdeInternet(p.ej.TCP/IP,VPN,PPPoE(DSL),etc.),loquehacequelaredEtherCATseacompletamentetrans-parenteparadispositivosEthernet.EldispositivoconlapropiedadSwitchportseencargadeinsertarfragmentosTCP/IPeneltráficoEtherCATyporlotantoevitaquelaspropiedadesentiemporealdelaredseveanafectadas.

Adicionalmente,losdispositivosEtherCATtambiénpuedensoportarprotocolosEthernet(comoHTTP)y,porlotanto,comportarsecomounnodoEthernetestándarfueradelsegmentoEtherCAT.Eldispositivomaestroactúacomounconmutadordecapa2queenvíalastramasatravésdeEoEalosnodoscorrespondientessegúnsusdireccionesMAC.Deestamanera,todaslastecnologíasdeinternettambiénsepuedenimplementarenunentornoEtherCAT,comounservidorwebintegrado,correoelectrónico,transferenciaFTP,etc.

FileaccessoverEtherCAT(FoE)

Estesencilloprotocolo,similaralTFTP(TrivialFileTransferProtocol),permiteelaccesoaarchivosenundispositivoylacargauniformedefirmwarealosdispositivosentodalared.Elprotocolosehaespecificadodeliberadamentedeformasimple,paraquepuedasersoportadoporprogramasdelgestordearranque–noserequiereunapilaTCP/IP.

ADSoverEtherCAT(AoE)

Comoprotocolocliente-servidorbasadoenbuzóndecorreo,ADSoverEtherCAT(AoE)estádefinidoporlaespecificaciónEtherCAT.MientrasqueprotocoloscomoelprotocolodeaplicaciónCANoverEtherCAT(CoE)proporcionanunconceptosemánticodetallado,AoEloscomplementaperfectamenteatravésdeserviciosenrutablesyparalelosdondequieraqueloscasosdeusolorequieran.Porejemplo,estopodríaincluirelaccesoasubredesatravésdeEtherCATutilizandodispositivosdepuertadeenlacedeunprogramadePLCcomoCANopen®,IO-Link™yotros.

AoEtieneunasobrecargamuchomenorencomparaciónconserviciossimilarespro-porcionadosporelprotocolodeinternet(IP).EltelegramaAoEcontienesiempretantolosparámetrosdedireccionamientodelemisorcomodelreceptor,porloqueesposibleunaimplementaciónmuysencillaenambosextremos(clienteyservidor).AoEestambiénelprotocolodeelecciónparalacomunicaciónacíclicamedianteelprotocolodeautomatiza-ciónEtherCAT(EAP,delinglésEtherCATAutomationProtocol)y,porlotanto,proporcionaunacomunicaciónfluidaentreunsistemaMES,elmaestroEtherCATylosdispositivosdebusdecamposubordinadosconectadosatravésdepuertasdeenlace.AoEsirvecomoelmedioestándarparaobtenerinformacióndediagnósticoderedEtherCATdeunaherra-mientadediagnósticoremoto.

HMI(es.OPC,

ThinClient)

ERP

Switch

Hand-held

EtherCATAutomationProtocol

ProcessControl

EtherCATDeviceProtocol(processedonthefly)

Configu-razione

Switch-port

ComunicaciónentodalafábricaconEtherCAT

Page 16: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

30 31

Elprotocolodefineinterfacesyserviciospara: IntercambiodedatosentredispositivosmaestrosEtherCAT

(comunicaciónmaestro-maestro), ComunicaciónaInterfacesHombre-Máquina

(HMI,delinglésHumanMachineInterfaces), Uncontroladordesupervisiónparaaccederalosdispositivosquepertenecen

alossegmentosEtherCATsubyacentes(enrutamiento), Integracióndeherramientasparalaconfiguracióndelamáquinaoplanta,

asícomoparalaconfiguracióndeldispositivo.

LosprotocolosdecomunicacionesutilizadosenEAPformanpartedelestándarinternacio-nalIEC61158.EAPpuedetransmitirseatravésdecualquierconexiónEthernet,incluyendounenlaceinalámbrico,porejemplo,haciendoposibleincluirvehículosdeguiadoautomá-tico(AGV,delinglésautomatedguidedvehicles),quesoncomunesenlaindustriadelossemiconductoresylaautomoción.

ElintercambiocíclicodedatosdeprocesoconEAPsigueelprincipio«Push»o«Poll».Enelmodo«Push»,cadanodoenvíasusdatosconsupropiotiempodecicloocomomúlti-plodelpropiotiempodeciclo.Cadareceptorpuedeconfigurarsepararecibirdatosdeemi-soresespecíficos.LaconfiguracióndelosdatosdeemisoryreceptorserealizaatravésdelconocidoDiccionariodeobjetos.Enelmodo«Poll»,unnodo(amenudoelcontroladorcen-tral)envíauntelegramaalosotrosnodos,ycadanodorespondeconsupropiotelegrama.

LacomunicaciónEAPcíclicasepuedeincrustardirectamenteenlatramaEthernet,sinnecesidaddeprotocolosadicionalesdetransporteoenrutamiento.Nuevamente,elEtherTypeOx88A4identificaelusoespecíficoEtherCATdelatrama.Estopermiteelinter-cambiodedatosdealtorendimientoconEAPenunciclodemilisegundos.Siserequiereunenrutamientodedatosentremáquinasdistribuidas,losdatosdeprocesotambiénsepuedentransmitiratravésdeUPD/IPoTCP/IP.

Adicionalmente,conlaayudadelprotocoloSafetyoverEtherCAT,tambiénesposibletransmitirdatoscríticosparalaseguridadatravésdeEAP.Estoescomúnenmáquinasquenecesitanintercambiardatosdeseguridadpararealizarunaparadadeemergenciaglobal,oparainformaralasmáquinasvecinasdeunaparadadeemergencia.

ElamplioanchodebandadeEtherCATpermiteintegrarredesdebusdecampoconvencio-nalescomosistemasubyacenteatravésdeunapuertadeenlaceEtherCAT,loqueresultaespecialmenteútilalahorademigrardeunbusdecampoconvencionalaEtherCAT.ElcambioaEtherCATesgradual,loquepermiteseguirutilizandocomponentesdeautoma-tizaciónqueaúnnoadmitenunainterfazEtherCAT.

LacapacidaddeintegrarpuertasdeenlacedescentralizadastambiénreduceeltamañofísicodelPCindustrial,avecesinclusoaunPCindustrialembebido,yaquelasranurasdeextensiónyanosonnecesarias.Enelpasado,tambiénsenecesitabanranurasdeexten-siónparaconectardispositivoscomplejos,talescomopuertasdeenlacemaestrasyes-clavasdebusdecampo,interfacesdeserierápidasyotrossubsistemasdecomunicación.EnEtherCAT,todoloquesenecesitaparaconectarestosdispositivosesunúnicopuertoEthernet.LosdatosdeprocesodelsubsistemasubyacenteestándisponiblesdirectamenteenlaimagendeprocesodelsistemaEtherCAT.

Interfacesdebusdecampodescentralizadas

Gateway Gateway

Integracióndeotrossistemasdebus

PROCESSCONTROL

ArquitecturadecomunicacionesentodalafábricaconelProtocolodeAutomatizaciónEtherCATySafetyoverEtherCAT

MachinemoduleA

EtherCATAutomatonProtocol(EAP)

SafetyoverEtherCAT

MachinemoduleB MachinemoduleC

Page 17: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

3332

Optimizacióndeprocesos,PredictiveMaintenance,fabricacióncomoservicio,sistemasadaptativos,ahorroderecursos,fábricasinteligentes,reduccióndecostes–hayinnume-rablesrazonesparautilizardatosderedesdecontrolensistemasdealtonivel.InternetofThings(IoT),Industrie4.0,MadeinChina2025,IndustrialValueChainInitiative:existelanecesidadcomúndeunacomunicaciónfluida,continuayestandarizadaentodoslosni-veles.DatosdesensorescargadosalanubejuntoconfórmulasyparámetrosdescargadosdesistemasERPendispositivosdistribuidos;tómesecomoejemplounsistemadealimen-tacióncompartidopordosmáquinas:hayrequisitosdeflujodedatostantoendirecciónverticalcomoendirecciónhorizontal.EtherCATcumpleintrínsecamentelosrequisitosdelatransformacióndigitalatravésdesualtorendimiento,flexibilidadeinterfacesabiertas:UnrendimientosuperiordelsistemaeselrequisitoprevioparaagregarfuncionesdeBigDataalasredesdecontrol.

EtherCATproporcionalaflexibilidadparaañadirconectividadenlanubeasistemasexistentessinsiquiera«tocar»elcontroladoroactualizarlosdispositivosesclavos:LosEdgeGatewayspuedenaccederacualquierdatodentrodecualquierdispositivoesclavoEtherCATatravésdelafunciónMailboxGatewaydelmaestroEtherCAT.ElEdgeGatewaypuedeserundispositivoremoto,hablandoconelmaestroatravésdeTCPoUDP/IP,ounaentidaddesoftwareubicadadirectamenteenelmismohardwarequeelpropiomaestroEtherCAT.

Adicionalmente,lasinterfacesabiertaspermitenintegrarcualquierprotocolobasadoenIT–incluyendoOPCUA,MQTT,AMQPocualquierotro–yaseadentrodelmaestroodirectamenteenlosdispositivosesclavos,proporcionandoasíunenlacedirectoparaIoTsindiscontinuidadesdeprotocolodesdeelsensorhastalanube.

TodasestascaracterísticassiemprehanformadopartedelprotocoloEtherCAT,loquedemuestraloavanzadaqueessuarquitectura.Noobstante,funcionesderedadicionalesseañadenamedidaqueevolucionanyadquierenrelevancia.Porsupuesto,tambiénesimportantetenerencuentaelpasadoalahorademirarhaciaelfuturo:estaintroduccióndenuevasyvaliosascaracterísticassegestionacontotalcontinuidaddelared,yaqueelpropioprotocoloEtherCAThapermanecidoestableenla«Versión1»desdesuintroducciónen2003.

Otrosnuevosdesarrolloseneláreadelasfuncionesderedessensiblesaltiempo(TSN,delinglésTimeSensitiveNetworking)mejoranaúnmáslascapacidadesentiemporealdelacomunicacióncontroladoracontrolador.HabilitadosporTSN,lossistemasdecontrol,inclusolosbasadosenlanube,puedenaccederaunareddeesclavosEtherCAT,tambiénenredesdeplanta.PuestoqueEtherCATsolonecesitaunatramaparatodaunared,estetipodeaccesoesmuchomássencilloy,portanto,másrápidoquecualquierotrobusdecampootecnologíaEthernetindustrial.Dehecho,losexpertosdelEtherCATTechnologyGrouphancontribuidoactivamentedesdeelprimerdíaenelgrupodetrabajodeTSNdelIEEE802.1,enunmomentoenqueTSNtodavíaeraconocidocomoAVB.

PotenciandolatransformacióndigitalconEtherCAT,TSN,Industrie4.0eIoT

EElEtherCATTechnologyGroup(ETG)tambiénfueunadelasprimerasorganizacionesdebusdecampoenasociarseconlaFundaciónOPC.ElprotocoloOPCUAcomplementalagamaEtherCATporqueesunatecnologíadecomunicacióncliente/servidorescalableba-sadaenTCP/IPconseguridadintegrada,loquepermitelatransferenciadedatoscifradoshastasistemasMES/ERP.ConOPCUAPub/Sub,sehamejoradolausabilidaddeOPCUAenaplicacionesmáquinaamáquina(M2M)yparalacomunicaciónverticalconserviciosbasadosenlanube.ElETGestácontribuyendoactivamenteatodosestosdesarrollosparagarantizarqueseadaptenperfectamenteenelentornoEtherCAT.

Porlotanto,sepuededecirqueEtherCATnosoloestápreparadoparaelIoT,sinoqueEtherCATesIoT.

EdgeGateway

ERPMES

OPCUA,AMQP,MQTT,TSN,EAP

IoTProtocols:OPCUA,AMQP,MQTT

EdgeGateway

Page 18: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

34 35

LatecnologíaEtherCAThasidoespecialmenteoptimizadaparapermitirundiseñoeconó-mico,deformaqueañadirunainterfazEtherCATaunsensor,dispositivoI/Oocontroladorintegradonodeberíaaumentarsignificativamenteloscostesdeldispositivo.Además,lainterfazEtherCATtampocorequiereunaCPUmáspotente.Porelcontrario,losrequisitosdelaCPUsebasanúnicamenteenlasnecesidadesdelaaplicaciónobjetivo.

Ademásdelosrequisitosdehardwareysoftware,paraeldesarrollodeunainterfaztambiénsonimportanteselsoportededesarrolloyladisponibilidaddepilasdecomuni-cación.ElEtherCATTechnologyGroupofrecesoportededesarrolloentodoelmundo,res-pondiendorápidamentealasconsultasyabordandolosproblemastécnicos.Finalmente,existenkitsdeevaluacióndemúltiplesfabricantes,talleresparadesarrolladoresycódigosdemuestragratuitosparafacilitarelinicio.

Paraelusuariofinal,elfactormásimportanteeslainteroperabilidaddelosdisposi-tivosEtherCATdevariosfabricantes.Paraasegurarlainteroperabilidad,sesolicitaalosfabricantesdedispositivosquerealicenunapruebadeconformidadantesdelanzarlosdispositivosalmercado.Lapruebacompruebasilaimplementaciónesacordealaes-pecificaciónEtherCATysepuederealizarconlaHerramientadepruebadeconformidadEtherCAT.Lapruebatambiénsepuedeutilizarduranteeldesarrollodeldispositivoparadescubrirycorregirtempranamentecualquierproblemadeimplementación.

Ademásdelosrequisitosdehardwareysoftware,paraeldesarrollodeunainterfaztambiénsonimportanteselsoportededesarrolloyladisponibilidaddepilasdecomuni-cación.Existenkitsdeevaluacióndemúltiplesfabricantes,talleresparadesarrolladoresycódigosdemuestragratuitosparafacilitarelinicio.

ImplementandointerfacesEtherCAT

Page 19: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

36 37

LainterfazparaundispositivomaestroEtherCATtieneunúnicorequisitodehardware,in-creíblementesimple:unpuertoEthernet.LaimplementaciónutilizaobienuncontroladorEthernetintegradoounatarjetaderedestándaryeconómica,porloquenorequiereunatarjetadeinterfazespecial.Estosignificaque,contansolounpuertoEthernetestándar,undispositivomaestropuedeimplementarunasoluciónderedentiemporealcompleja.

Enlamayoríadeloscasos,elcontroladorEthernetestáintegradomedianteAccesodirectoamemoria(DMA;delinglésDirectMemoryAccess),porloquenoserequiereca-pacitaddelaCPUparalatransferenciadedatosentreeldispositivomaestroylared.EnunaredEtherCAT,laasignacióntienelugarenlosdispositivosesclavos.Cadadispositivoesclavoescribesusdatosenlaubicacióncorrectadelaimagendeprocesoyleelosdatosdireccionadosaélmientraslatramaloatraviesa.Porlotanto,laimagendeprocesoquellegaaldispositivomaestroyaestácorrectamenteclasificada.

PuestoquelaCPUdeldispositivomaestroyanoesresponsabledelaclasificación,susrequisitosderendimientodependenúnicamentedelaaplicacióndeseadaynodelainter-fazEtherCAT.Especialmenteparaaplicacionespequeñas,medianasyclaramentedefini-das,laimplementacióndeunmaestroEtherCATesmuysencilla.LosdispositivosmaestrosEtherCAThansidoimplementadosparaunaampliavariedaddesistemasoperativos:Win-dowsyLinuxenvariasiteraciones,QNX,RTX,VxWorks,IntimeyeCossontansoloalgunosejemplos.

LosmiembrosdelETGofrecenunavariedaddeopcionesparasoportarlaimplementa-cióndeunmaestroEtherCAT,desdedescargasgratuitasdebibliotecasmaestroEtherCATycódigosmaestrosdemuestrahastapaquetescompletos(incluyendoservicios)paravariossistemasoperativosentiemporealyCPU.

Paraoperarunared,elmaestroEtherCATrequierelaestructuradedatosdeprocesocíclica,asícomocomandosdearranqueparacadadispositivoesclavo.EstoscomandossepuedenexportaraunarchivodeInformaciónderedEtherCAT(ENI,delinglésEtherCATNetworkInformation)conlaayudadeunaherramientadeconfiguraciónEtherCATqueutilizaarchivosdeInformacióndeesclavoEtherCAT(ESI,delinglésEtherCATSlaveInfor-mation)delosdispositivosconectados.

Laamplituddeimplementacionesmaestrodisponiblesysusfuncionessoportadasvarían.Dependiendodelaaplicaciónobjetivo,lasfuncionesopcionalesestánsoportadasoseomitenintencionadamenteparaoptimizarelusodelosrecursosdehardwareysoftware.Porestarazón,losdispositivosmaestroEtherCATseclasificanendosclases:unmaestroClaseAesundispositivomaestroEtherCATestándar,mientrasunmaestroClaseBesundispositivomaestroconmenosfunciones.Enprincipio,todaslasimplementacionesmaes-trasdebentenercomoobjetivounaclasificaciónClaseA.LaClaseBsoloserecomiendaparacasosenlosquelosrecursosdisponiblessoninsuficientesparasoportartodaslasfuncionalidades,talcomoensistemasintegrados.

ImplementandoMaestro

ArquitecturatípicademaestroEtherCAT

Processimagedescription(XML)

HWconfigurationInitCommands

Controltask

ProcessdataHDR

Systemconfiguration

tool

onlinefunctions

EtherCATmasterdriver

XMLparser

EtherCATmaster

StandardEthernetMAC

EtherCATnetworkinformation(ENI)

XML

EtherCATslaveinformation(ESI)

XML

Page 20: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

38 39

Laconfiguracióndehardwareestáguardadaenunamemorianovolátil(porejemplo,EEPROM),laInterfazdeinformacióndeesclavo(SII,delinglésSlaveInformationInterface),quecontieneinformaciónsobrelascaracterísticasbásicasdeldispositivo,deformaqueelmaestropuedeleerladuranteelarranqueyoperareldispositivo,inclusosinoestádisponibleelarchivodedescripcióndeldispositivo.ElarchivodeInformacióndeesclavoEtherCAT(ESI)quevieneconeldispositivoestábasadoenXMLycontieneladescripcióncompletadelaspropiedadesaccesiblesporlared,talescomodatosdeprocesoysusop-cionesdeasignación,losprotocolosdebuzóndecorreosoportados,incluyendocaracterís-ticasopcionales,asícomolosmodosdesincronizaciónsoportados.LaHerramientadecon-figuraciónderedutilizaestainformaciónparalaconfiguraciónonlineyofflinedelared.

Variosfabricantesofrecenkitsdeevaluaciónparaimplementardispositivosesclavos.Estoskitsincluyensoftwaredeaplicacionesdeesclavoencódigofuenteyavecestambiénunmaestrodeprueba.UtilizandounkitdeevaluaciónesposibleponerenmarchaunaredEtherCATmaestro-esclavocompletamentefuncionalenunospocospasos.LapáginawebdelETGcontieneunaGuíadeImplementacióndeEsclavosconconsejosysugerenciasútilessobredocumentaciónadicionalparalaimplementacióndedispositivosesclavos:www.ethercat.org/ETG2200

LosdispositivosesclavosEtherCATutilizanControladoresdeesclavosEtherCAT(ESC,delinglésEtherCATSlaveControllers)económicosenformadeunASIC,unaFPGAointegra-dosenunmicrocontroladorestándar.Losdispositivosesclavossimplesnisiquieranece-sitanunmicrocontroladoradicionalporquelasentradasylassalidassepuedenconectardirectamentealESC.Paradispositivosesclavosmáscomplejos,elrendimientodecomuni-cacióndependesolomínimamentedelrendimientodelmicrocontroladory,enlamayoríadeloscasos,unmicrocontroladorde8bitsessuficiente.

LosControladoresdeesclavosEtherCATestándisponiblesdemúltiplesfabricantes,contamañosdeDPRAMinternaynúmerosdeUnidadesdegestióndememoriadebusdecampo(FMMUs,delinglésFieldbusMemoryManagementUnits)enfuncióndelmodelo.TambiénhaydisponiblesdiferentesInterfacesdedatosdeproceso(PDI,delinglésProcessDataInterfaces)paraelaccesoexternodesdeelcontroladordelaaplicaciónalamemoriadelaaplicación:

LainterfazI/Oparalelade32bitsesadecuadaparaconectarhasta32entradasysalidasdigitales,perotambiénparasensoresoactuadoressimplesparaloscualesessuficientecon32bitsdedatosynoserequiereuncontroladordeaplicación.

LaInterfazperiféricaserial(SPI,delinglésSerialPeripheralInterface)estáprevistaparaaplicacionesconpequeñascantidadesdedatosdeproceso,comodispositivosI/Oanalógicos,codificadoresoaccionamientossimples

Lainterfazdemicrocontroladorparalelade8/16bitsequivalealasinterfacescomunesdecontroladoresdebusdecampoconDPRAMintegrada.Esparticularmenteadecuadaparanodoscomplejoscongrandescantidadesdedatos.

SehanimplementadobusessincrónicosadecuadosparavariosmicrocontroladoresparavariacionesFPGAyon-Chip.

ImplementandoEsclavo

Hardwareesclavo:ControladordeesclavosEthercatconCPUhost

Hardwareesclavo:ControladoresdeesclavosEthercatconI/Odirecto

ESC(EtherCATslave

controller)

PDI(Processdatainterface)

RJ45 Magnetics Magnetics RJ45

SII(e.g.EEPROM)

EtherCATPort0MII

PHY

EtherCATPortnMII

PHY

EtherCATprocessingunitandauto-forwarderwithloopback

SYNC-manager,FMMU Registers

Processdata

8I/O 8I/O 8I/O 8I/O

Dualportmemory

ESC(EtherCATslave

controller)

PDI(Processdatainterface)

HostCPU

RJ45 Magnetics Magnetics RJ45

SII(e.g.EEPROM)

EtherCATPort0MII

PHY

EtherCATPortnMII

PHY

EtherCATprocessingunitandauto-forwarderwithloopback

SYNC-manager,FMMU Registers

Processdata

Processdata

Servicedata

HTTP,FTP,… RAMforTCP/IP

andcomplexapplicationsTCP/IP

(optional)

MailboxDualportmemory

Page 21: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

40 41

GrupodeTrabajoTécnicodeConformidad

LaPolíticadepruebadeconformidadEtherCATexigealosfabricantesdedispositivospro-barcadadispositivoconunaversiónválidadelaHerramientadepruebadeconformidadEtherCATantesdelanzareldispositivoalmercado.Elfabricantedeberealizarestapruebainternamente.ElComitéTécnico(TC,delinglésTechnicalCommittee)delETGestablecióunGrupodeTrabajoTécnico(TWG,delinglésTechnicalWorkingGroup)deConformidadquedeterminalosprocedimientosdeprueba,loscontenidosdelapruebaylaimplemen-tacióndelaHerramientadepruebadeconformidad.ElTWGdeconformidadexpandecontinuamentelapruebaysualcance.ElTWGdeconformidadtambiénestableceelpro-cesodepruebadeinteroperabilidad,conelcuallosdispositivospuedenserprobadosenelcontextodeunaredcompleta.

CentrodepruebaEtherCAT(ETC)

LosCentrosdepruebaEtherCAT(ETC,delinglésEtherCATTestCenter)oficialesenEuropa,AsiayNorteaméricaestánacreditadosporelETGyrealizanlaPruebadeconformidadEtherCAToficial.LaPruebadeconformidadEtherCATincluyelaspruebasautomatizadasrealizadasconlaCTT,pruebasdeinteroperabilidaddentrodeunared,asícomounexa-mendelosindicadoresdeldispositivo,marcadoypruebasdelasinterfacesEtherCAT.

Serecomiendaalosfabricantesdedispositivos,aunquenoesobligatorio,quesusdis-positivosseanprobadosenunETC.TrassuperarlaPruebadeconformidad,elfabricanterecibeuncertificadodeConformidadEtherCATprobadaparasudispositivo.Estecertifica-dosoloestádisponibleparadispositivosquehansuperadolaPruebadeconformidadenunETC,noparaaquellosquehansidoprobadosinternamente.

LapruebaadicionalenunCentrodepruebaEtherCATacreditadoaumentaademáslacompatibilidadylaoperaciónyeldiagnósticouniformesdelasimplementacionesEtherCAT.LosusuariosfinalesdeberíansolicitarlosCertificadosdeconformidadEtherCATprobadacuandoeligendispositivosparasusaplicaciones.

SepuedeencontrarmásinformaciónsobreConformidadylosCentrodepruebaEtherCAT(ETC)enlapáginawebdeETG:www.ethercat.org/conformance

Dosfactoresimportantesparaunestándardecomunicaciónexitososonlaconformidadylainteroperabilidad.Ademásderequerirunapruebadeconformidadparacadaimplemen-tacióndedispositivo(conlaayudadelaHerramientadepruebadeconformidadEtherCATautomatizada),elEtherCATTechnologyGroupofreceunavariedaddeactividadesparagarantizarlainteroperabilidadentrelosdispositivosmaestrosEtherCAT,losdispositivosesclavosytambiénlaHerramientadeconfiguraciónEtherCAT.

PlugFest

Cuandoseintentaprobarsimúltiplesdispositivossoninteroperables,laconexióndelosdispositivosentresíresultaunenfoquepragmático.Teniendoestoencuenta,elETGorga-nizavariasdelasdenominadasPlugFestscadaaño,quehabitualmentetienenunadura-cióndedosdías.DurantelasPlugFests,losfabricantesdedispositivosmaestrosyesclavossereúnenparaprobarsisusdispositivospuedenfuncionarjuntos,loquepermitemejorarlausabilidaddelosdispositivosenelcampo.ElETGrealizaPlugFestsregularmenteenEuropa,NorteaméricayAsia.

Herramientadepruebadeconformidad(CTT)

LaHerramientadepruebadeconformidadEtherCAT(CTT,delinglésConformanceTestTool)permiteprobarautomáticamenteelcomportamientodeundispositivoesclavoEtherCAT.LaCTTesunprogramadeWindowsqueúnicamenterequiereunpuertoEthernetestándar.LaherramientaenvíatramasEtherCATalDispositivoenprueba(DuT,delinglésDeviceunderTest)yrecibesusrespuestas.UncasodepruebasemarcacomosuperadosilarespuestadelDuTcorrespondealarespuestadefinida.LoscasosdepruebaestándefinidoscomoarchivosXML.Estopermitemodificaroexpandirloscasosdeprue-basintenerquemodificarlapropiaherramientadeprueba.ElTWGdeConformidadesresponsabledeespecificarypublicarloscasosdepruebaválidosmásactuales.Ademásdelaspruebasdeprotocolo,laCTTtambiénexaminesilosvaloresdelarchivodeInformacióndeesclavoEtherCAT(ESI,delinglésEtherCATSlaveInformation)sonválidos.Finalmente,laCTTtambiénrealizapruebasdeprotocoloespecíficasdeldispositivo,comoparaelperfildeaccionamientoCiA402.Todoslospasosylosresultadosdelapruebasonguardadosenunregistrodelaprueba(TestLogger)ypuedenseranalizadosoguardadoscomoverifica-cióndocumentadadelaaprobacióndeldispositivo.

ETGconstantementemantieneyañadenuevoscasosalaCTT.Esimportantequeelfabricantesiempredispongadelaversiónmásrecienteparatestearlosproductosantesdecomecializarlos.LaCTTseofrececomounasubscripciónyestambiénútilduranteeldiseñoparadescubrirerroresantesdelaimplementación.

Conformidadycertificación

Page 22: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

42 43

Contacto

SedecentraldelETGOstendstraße19690482NúrembergAlemaniaTeléfono: +49(911)5405620Fax: +49(911)[email protected]

OficinadelETGenNorteaméricaCarlsbad(CA),EE.UU.Teléfono: +1(877)384-3722Fax: +1(512)[email protected]ín,ChinaTeléfono: +86(10)82200090Fax: +86(10)[email protected]

OficinadelETGenJapónYokohama,JapónTeléfono: +81(45)6501610Fax: +81(45)[email protected]

OficinadelETGenCoreaSeúl,CoreaTeléfono: +827048490300Fax: +82(2)[email protected]

www.ethercat.orgElsitiowebdeEtherCATproporcionainformacióndetalladasobrelatecnología,asícomosobrelospróximoseventos,losúltimosproductosEtherCATylalistaactualdemiembros.Además,haytemascentralescomolaseguridadfuncio-nalylaconformidaddelosdispositivosEtherCAT.Además,elsitiowebponeadisposiciónpresentaciones,artículosdeprensaypublicacionesenlaseccióndedescargas.

Guíadeproductos

LaGuíadeProductosEtherCATesundirectorioquecontienelosproductosyserviciosEtherCATenbasealainformaciónproporcionadaporlosmiembrosdeETG.Seencuentradisponibleenwww.ethercat.org/products.Sitienealgunaconsultasobrelosproductos,póngaseencontactodirectamenteconelfabrican-te,yaqueETGnovendeningúnproducto.

Laseccióndeeventos

LaseccióndeeventosmuestraloseventosorganizadosporelETGanivelmun-dialylosqueseorganizanconjuntamenteconlaasociación.Enelcalendario,queseencuentraenwww.ethercat.org/events,sepuedenconsultarlasfechasimportantes,incluyendolasdelasreunionesdelosgruposdetrabajotécnico,participacionesenferias,talleresEtherCATyseminariosdeEthernetIndustrial.

Áreademiembros

Losmiembrostienenaccesoprivilegiadoaláreaprotegidadelsitioweb(www.ethercat.org/memberarea),quecontienevaliosomaterialadicional,comotodaslasespecificacionesdeEtherCAT,elforodedesarrolladoresenlíneayunabasedeconocimientoscontodalainformaciónnecesariaparalaimplementa-ción,configuraciónydiagnósticodedispositivosyredesEtherCAT.

EtherCATenelmundo

Page 23: EtherCAT – el bus de campo Ethernet EtherCAT de un vistazo 5 EtherCAT es una tecnología de Ethernet industrial de alto rendimiento, bajo coste y fácil de usar, que presenta una

EtherCAT®, EtherCAT P®, Safety over EtherCAT®, son marcas o marcas registradas, licenciadas por Beckhoff Automation GmbH, Alemania. CANopen® es una marca registrada de CAN in Automation e.V. IO-Link™ es una marca registrada de PROFIBUS International. SERCOS interface™ es una marca registrada de SERCOS International e.V. SEMI® es una marca registrada de Semiconductor Equipment and Materials International (SEMI). Otras denominaciones utilizadas en esta página web pueden ser marcas, cuyo uso por parte de terceros para sus propios fines podría violar los derechos de los propietarios.

05/2018