Industrieapplikationen Kosteneffiziente und einfache EtherCAT-Implementierung

Autor / Redakteur: Hairuo Qiu * / Sebastian Gerstl

Der speziell für EtherCAT-Industrieanwendungen konzipierte XMC4300-Mikrocontroller mit ARM Cortex M-CPU integriert umfangreiche Peripherie-Funktionen in einem Baustein für ökonomischere Entwicklung.

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Bild 1: Der speziell für EtherCAT-Industrieanwendungen konzipierte XMC4300 bietet einen ARM Cortex M4 mit 144 MHz, einen EtherCAT- und zwei CAN-Knoten sowie umfangreiche Peripherie in einem kleinen LQFP-100-Gehäuse.
Bild 1: Der speziell für EtherCAT-Industrieanwendungen konzipierte XMC4300 bietet einen ARM Cortex M4 mit 144 MHz, einen EtherCAT- und zwei CAN-Knoten sowie umfangreiche Peripherie in einem kleinen LQFP-100-Gehäuse.
(Bild: Infineon)

Die globale Digitalisierung hält Einzug in die Fertigung – Stichwort Industrie 4.0 – und fordert ihren Tribut in Form gewaltiger Datenmengen wie Mess- und Steuerdaten von Sensoren und Aktoren, Daten für die Eigen- und Ferndiagnose sowie Daten von der Maschine zur Maschine. Spricht man mit Automatisierungstechnikern über Kommunikation auf der Maschinen- und Feldebene, führt an EtherCAT kein Weg vorbei.

Denn klassische Feldbussysteme wie Profibus und CAN stoßen zunehmend an ihre technischen Grenzen -ihnen fehlt einfach die Bandbreite. Trotzdem wartet man bisher auf die flächenbreite Durchdringung von Echtzeit-Ethernet-Systemen. Die Gründe dafür sind vielfältig – dazu zählen unter anderem ein fehlender Zeitdeterminismus wie bei Ethernet/IP oder Standard Profinet RT beziehungsweise mangelnde Ausgereiftheit wie im Falle von Profinet IRT.

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EtherCAT hingegen ist seit 2004 unverändert, hat aber bei weitem nichts von seiner Relevanz eingebüßt; im Gegenteil. Geräte der ersten Stunde kommunizieren im gleichen Netzwerk mit den neuesten Produkten, trotz aller Funktionserweiterungen, die seitdem hinzugekommen sind. Darüber hinaus erreicht EtherCAT Bestwerte im Zeitdeterminismus mit Isochronität im niedrigen dreistelligen bis hinunter zum zweistelligen Nanosekunden-Bereich.

Eines hatte jedoch EtherCAT bisher mit Profinet oder Ethernet/IP gemeinsam: die relativ hohen Kosten in der Beschaffung und Pflege über den kompletten Produktlebenszyklus. Bisher fehlten hier die entsprechenden hochintegrierten Schaltkreise. Dies ändert sich nun mit den 32-bit-Mikrocontrollern XMC4800 und XMC4300 (Bild 1) – die ersten Mikrocontroller mit integriertem EtherCAT Slave-Controller sowie Flash-Speicher und Analog/Mixed Signal IP, die den Cortex-M4-Prozessor von ARM verwenden.

EtherCAT – wenn's schnell gehen muss

Der XMC4800 verfügt über umfangreiche Systemressourcen, die neben der EtherCAT-Kommunikation auch die Implementierung der Ansteuerung für leistungsfähige Aktorik beziehungsweise Sensorik ermöglichen. So kann neben EtherCAT auch die Ansteuerung von zwei Motoren inklusive Positionserfassung implementiert werden. Der XMC4300 macht keine Abstriche bezüglich EtherCAT, bedient jedoch einfachere Aktuatoren/Sensoren wie I/O-Module. Während der XMC4800 bis zu sechs CAN-Knoten unterstützt, ermöglicht der neue XMC4300 besonders ökonomische Lösungen mit zwei CAN-Knoten.

EtherCAT ist ein Ethernet-basiertes Feldbussystem, das von Beckhoff und der EtherCAT Technology Group (ETG) entwickelt wurde. Es handelt sich um eine offene Technologie, die in den internationalen Standards IEC 61158 und IEC 61784 sowie in ISO 15745-4 genormt ist. Zudem ist es ein sehr schnelles Industrial-Ethernet-System, das sich auch für den Einsatz in zeitkritischen Motion-Control-Anwendungen eignet. Typische Anwendungen sind Verpackungsmaschinen, Spritzgussmaschinen, schnelle Pressen, CNC-Bearbeitungszentren, Robotik und Hydraulikregelungen.

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