Il kit XMC4300 Relax EtherCAT

Il kit EtherCAT XMC4300 è dotato di un microcontrollore basato su ARM Cortex-M4 della serie XMC della Infineon Technologies. Può essere utilizzato con un'ampia gamma di strumenti di sviluppo, compreso l'IDE DAVE basato su Eclipse. Il kit è stato progettato per valutare le funzionalità del microcontrollore XMC4300, in particolare nelle applicazioni slave EtherCAT.

Introduzione

La serie di microcontrollori XMC4300 riduce ulteriormente la complessità dell'implementazione di EtherCAT e il costo dell'automazione di fabbrica, dal controllo del motore industriale, dei moduli I / O e della robotica. La serie XMC4300 è stata sviluppata appositamente per applicazioni industriali EtherCAT con forti pressioni di design sui costi, offrendo oltretutto un ottimo livello di flessibilità, connettività e prestazioni senza compromettere le funzionalità di comunicazione del protocollo.

EtherCAT è un protocollo aperto e altamente flessibile basato su una variante Ethernet in tempo reale che consente la comunicazione dati nei sistemi di automazione. È stato sviluppato dall'ETG (EtherCAT Technology Group) con un notevole contributo della società Beckhoff. Il kit XMC4300 consente di eseguire un server web memorizzando le proprie pagine HTML su una scheda microSD. E' concepito per i dispositivi slave EtherCAT e trova spazio nelle soluzioni a servo e I/O intelligenti. Il protocollo di comunicazione denominato EtherCAT combina una serie di caratteristiche quali immunità alle interferenze e alta larghezza di banda per proporsi come protocollo di comunicazione real time per il mondo industriale. La flessibilità dello sviluppo lo rende compatibili con altre versioni precedenti.

EtherCAT

Un principio unico chiamato "elaborazione al volo" offre a EtherCAT una serie di vantaggi unici. Poiché i messaggi vengono inviati prima di essere elaborati in ciascun nodo, EtherCAT funziona ad alta velocità ed efficienza. Il processo crea inoltre flessibilità nella topologia e nella sincronizzazione. Al di fuori dei vantaggi ottenuti dalla "lavorazione al volo", EtherCAT include un protocollo di sicurezza e più profili di periferiche.

I livelli di applicazione Ethernet utilizzati nei sistemi di automazione industriale sono tipicamente "low payload" e half-duplex. Ad esempio, un messaggio Ethernet per un livello di applicazione come Modbus TCP può contenere solo un singolo registro per un dispositivo server con pochi dati come un regolatore di valvole. In piccoli dispositivi di payload come questo, perdono enormi fasce di larghezza di banda in quanto non solo i piccoli pacchetti di dati vengono spostati, ma questi messaggi vengono emessi solo quando il client o il master richiedono tali dati.

Modbus TCP è un esempio estremamente inefficiente, ma gli stessi tipi di problemi di larghezza di banda e di payload possono essere trovati nei livelli di applicazione come EtherNet / IP e Profinet IO.   Nelle applicazioni EtherCAT, la struttura della macchina determina la topologia di rete, e non il contrario. Nei sistemi Industrial Ethernet tradizionali, ci sono limitazioni su quanti switch e hub possono essere posti in cascata, limitando così la topologia globale della rete. Poiché EtherCAT non necessita di hub o switch, non esistono tali limitazioni.

Linee, alberi, topologie stellari e tutte le loro combinazioni sono possibili con un numero quasi illimitato di nodi. Grazie al rilevamento automatico dei collegamenti, i nodi e i segmenti di rete possono essere disconnessi durante l'operazione e poi essere ricollegati. La topologia di linea viene estesa ad una di tipo ad anello per la ridondanza dei cavi.  Per la sincronizzazione viene applicato un meccanismo di clock distribuito, che porta il jitter a valori molto bassi, significativamente inferiore a 1 μs.

EtherCAT non richiede hardware speciale nel dispositivo master e può essere implementato in software su qualsiasi MAC standard Ethernet, anche senza un coprocessore di comunicazione dedicato.  Il processo tipico di stabilire un clock distribuito viene avviato dal master inviando una trasmissione a tutti gli slave ad un determinato indirizzo. Alla ricezione di questo messaggio, tutti gli slave bloccano il valore del loro clock interno per due volte, una volta quando il messaggio viene ricevuto e un'altra quando è restituito. Il master può quindi leggere tutti i valori bloccati e calcolare il ritardo per ogni slave. Questo processo può essere ripetuto tutte le volte necessarie per ridurre i valori di jitter. I ritardi totali vengono calcolati per ciascun slave a seconda della loro posizione nell'anello e caricati in un registro offset. Infine, il master emette un readwrite di trasmissione sul clock di sistema, che renderà il primo slave come clock di riferimento, forzando tutti gli altri slave a impostare correttamente il clock interno (figura 1).

Figura 1: schema a generale a blocchi del funzionamento del protocollo EtherCAT

Caratteristiche della scheda

Lo schema a blocchi del kit EtherCAT della Infineon XMC4300 è visualizzato in figura 2 dove sono visualizzati i principali componenti: [...]

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2 Commenti

  1. Giovanni Di Maria Giovanni Di Maria 11 luglio 2017

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