Introduzione alla tecnologia EtherCAT

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Introduzione alla tecnologia EtherCAT: come funziona?
Limiti di Ethernet :
 Utilizzo di banda
 Ritardi software
 Ritardi hardware
EtherCAT è:
 Velocità
 Sincronizzazione
 Industrial
Ethernet
 Flessibilità
 Configurabilità
 Risparmio
 Implementazione
 Stabilità
 Apertura
 Conformità
 Sicurezza
 Opzioni avanzate
 Versatilità
 Applicazioni
EtherCAT – The Ethernet Fieldbus.
Limiti di Ethernet : Ethernet è un’ottima tecnologia –
 Utilizzo di banda ma è difficile utilizzarla a livello di bus di campo:
 Ritardi software
 Configurazione Switch + Router (+ relativi costi)
 Ritardi hardware
 Gestione indirizzi MAC e IP
EtherCAT è:
Router
 Topologia a Stella
 Velocità
 Sincronizzazione  Protocolli Complessi
 Industrial  Diagnostica
Ethernet
 Prestazioni
 Flessibilità
 Configurabilità  Necessarie
 Risparmio competenze
 Implementazione IT
 Stabilità
 Apertura
 Conformità
 Sicurezza
 Opzioni avanzate
 Versatilità
 Applicazioni
Introduzione alla tecnologia EtherCAT
Ethernet per la comunicazione real-time
Limiti di Ethernet :
3
 Utilizzo di banda
Principali limiti di prestazioni:
 Ritardi software
 Ritardi hardware
EtherCAT è:
 Velocità
1. Utilizzazione di banda
 Sincronizzazione
 Industrial
Ethernet
 Flessibilità
2C.onfigRuriatbailirtàdi dello stack
 Risparmio
 Implementazione
 Stabilità
 Apertura
3. Ritardi negli switch
 Conformità
 Sicurezza
 Opzioni avanzate
 Versatilità
 Applicazioni
Introduzione alla tecnologia EtherCAT
1. Industrial Ethernet Utilizzazione di Banda
LiLmiuti dni gEthheernezt z: a minima Frame Ethernet: 84 Byte
 Utilizzo di banda
Esempio: con 4 Byte Process Data (32 I/O): 4/84 =
 Ritardi software
4.75 % Application Data Ratio
 Ritardi hardware
EtherCAT è:
 Velocità
≥ 84 Byte, indipendentemente dal protocollo
 Sincronizzazione
 Ind1u4s tBriaylte Process Data, es. 1..4 Byte 4 Byte 14 Byte
Ethernet
 Flessibilità
FCS
Ethernet HDR Process Ethernet Frame Payload: min. 46 Byte Interpacket Gap
 Configurabilità Data CRC
 Risparmio
 Implementazione
 Stabilità ≥ 84 Byte, es. con
 Apertura
Payload,
 Con1f4o rBmyitteà 20 Byte 8 Byte 20 Byte es. 4 Byte 4 Byte 14 Byte
 Sicurezza
 Opzioni avanzate UDP Ethernet/IP FCS
Ethernet HDR IP HDR Process Interpacket Gap
 Versatilità HDR CIP HDR Data CRC
 Applicazioni
Introduzione alla tecnologia EtherCAT
2. Industrial Ethernet Ritardi dello Stack
Limiti di Ethernet : Gli Stack software Industrial Ethernet sono
I/O Ports
 Utilizzo di banda
COMPLESSI
 Ritardi software
Device Profile
Application
 Ritardi hardware
Objects (e.g. I/O)
EtherCAT è:
CIP Network &
 Velocità
Transport
 Sincronizzazione
Implicit Explicit
 MInsdgustrial Msg
Ethernet
CIP Message
 EFlnecsaspibsiulitlàation Processarli richiede
 Configurabilità
TEMPO
Encapsulation
 Risparmio
TCP UDP
 Implementazione
 ISPtabilità
 Apertura
 Conformità
Ethernet
 SicuMreAzCza
 Opzioni avanzate
 Versatilità
 Applicazioni
Introduzione alla tecnologia EtherCAT
2. Industrial Ethernet Ritardi dello Stack
Limiti di Ethernet : EtherCAT è
 Utilizzo di banda
SNELLO
 Ritardi software
 Ritardi hardware
EtherCAT è:
 Velocità
 Sincronizzazione
 Industrial
Ethernet
 Flessibilità
 Configurabilità
 Risparmio
 Implementazione
 Stabilità
 Apertura
 Conformità
 Sicurezza
 Opzioni avanzate
 Versatilità
 Applicazioni
Introduzione alla tecnologia EtherCAT
Confronto performance degli Stack (I)
LimLitiedi Epthreernsetta : zioni degli Stack nelle tecnologie Ethernet differiscono
 Untioliztzeo dvi obalmndaente a causa della diversa complessità degli Stack
 Ritardi software
 Softing, uno specialista tedesco nella tecnologia fieldbus, ha pubblicato*
 Ritardi hardware
il seguente confronto tra i ritardi degli Stack:
EtherCAT è:
 Velocità
 Sincronizzazione
 Industrial
Stack Time Profinet IO Ethernet/IP EtherCAT
Ethernet
AFvleessribailgitàe 0.58 ms 1.89 ms 0.11 ms
 Configurabilità
Max. 0.74 ms 2.96 ms 0.18 ms
 Risparmio
Min. 0.54 ms 1.23 ms 0.05 ms
 Implementazione
 Stabilità
 Tutti e 3 i protocolli sono stati implementati sullo stesso hardware
 Apertura
(scheda interfaccia con FPGA + Softcore CPU) e dallo stesso team,
 Conformità
quindi sono comparabili
 Sicurezza
 Opzioni avanzate
 Versatilità
* Source: „Einer füralle; Flexible Real-Time-Ethernet Anschaltung mitFPGA“, messtecdrives Automation Real-Time Ethernet
 ASpopnldicearhzeioftn2i010, by Frank Iwanitz, Business Development Manager Real-Time Ethernet at Softing GmbH, Munich, Germany
Introduzione alla tecnologia EtherCAT
Confronto performance degli Stack (II)
LimCiti odi nEtfhreornnett :o tra le prestazioni degli Stack Softing,
 U+til izBzoedci bkahndoaff EtherCAT Slave Stack Code (SSC*)
 Ritardi software
 Ritardi hardware
EtherCAT è:
EtherCAT (SSC)
 Velocità
 Sincronizzazione
 Industrial
Ethernet
EtherCAT
 Flessibilità
Min
 Configurabilità Max
 Risparmio Average
Ethernet/IP
 Implementazione
 Stabilità
 Apertura
Profinet IO
 Conformità
 Sicurezza
 Opzioni avanza0te 0,5 1 1,5 2 2,5 3
 Versatilità
* SSC Stack Delay time measuredon EL9800 EtherCAT Evaluation Kit
 Applicazioni usingthe10 MHz Serial ProcessData Interface anda 40 MHz
16 Bit PIC CPU; 2 Byte Output Data, min 15µs, max20µs
Introduzione alla tecnologia EtherCAT
3. Industrial Ethernet Ritardi degli Switch
LiRmiititdai rEdthoer nnete : l buffer dello switch:
 Utilizzo di banda
Non predicibile „per natura“
 Ritardi software
 Ritardi hardware
EtherCAT è:
 Velocità Il ritardo del buffer
 Sincronizzazione
dipende dal carico del
 Industrial
buffer @ arrivo del
Ethernet
frame. QoS (Quality of
 Flessibilità
 Configurabilità Service) allevia
 Risparmio l‘impatto introducendo
 Implementazione livelli di priorità (e
 Stabilità
buffer) multipli, ma non
 Apertura
risolve il problema
 Conformità
 Sicurezza
 Opzioni avanzate
 Versatilità
 Applicazioni
Introduzione alla tecnologia EtherCAT
3. Industrial Ethernet Ritardi degli Switch
LiQmitui dai Estih etrunettt :i gli switch usano “Store & Forward”
 Utilizzo di banda
Topologia in linea significa switch in cascata
 Ritardi software
 Ritardi hardware
EtherCAT è:
Consistente ritardo e jitter accumulati anche senza ritardo dei buffer (se gli
 Velocità
switch sono idle).
 Sincronizzazione
 Industrial
Ethernet
Tipico ritardo Store & Forward per switch: Lunghezza frame (7…122µs) + 3µs.
 Flessibilità
Esempio: Frame completo, 20 nodi connessi in topologia lineare: 2,5 ms
 Configurabilità
 Risparmio
 Implementazione
 Stabilità
 Apertura
 Conformità
 Sicurezza
 Opzioni avanzate
 Versatilità
 Applicazioni
Introduzione alla tecnologia EtherCAT