EtherCAT Technology Introduction

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1 The Ethernet Fieldbus for the Semiconductor Industry

2 アジェンダ FA へのイーサネットの適用 : 利点 + 制限事項 EtherCAT の動作原理 EtherCAT の特長 超高速 超高性能 トポロジの柔軟性 低コスト EtherCAT Technology Group EtherCAT 製品の状況 + 市場の動向 半導体製造装置向けデバイス技術作業部会 (Semiconductor Technical Working Group) EtherCAT と東京エレクトロン

3 FA へのイーサネットの適用 : 利点 + 制限事項 利点 : 経済性の向上 : 低コスト HW + SW による恩恵 インターネット技術への対応 制限事項 : 性能低下その原因は 1. イーサネットフレーム長 84 Bytes: I/O データやドライブへのコマンドなどの小さなデータペイロードに対して通信帯域の使用効率が大きく低下 2. スイッチによる遅延 ( バッファ フォワード遅延 ) 3. SW スタック (TCP/IP など ) による遅延 IT に関する深い知識や経験を要する 解決方法 : EtherCAT! 独特の動作原理によるイーサネットフィールドバス

4 動作原理 : イーサネット on the fly Car 27 新幹線に例えると 停止しない 列車 ( イーサネットフレーム ) 列車 を小窓から見たとしても 通過で全車両を見ることになる 車両 ( サブテレグラム ) の長さは可変 人 (Bit) グループ (Byte) だけでなく車両内の複数のグループをの乗車 下車させられる

5 動作原理 : イーサネット on the fly 高効率 : 通常 1 サイクルに 1 つのイーサネットフレーム 最大性能を引き出す理想的な帯域使用方法

6 HDR 1 HDR 2 HDR 2 動作原理 : イーサネット on the fly Master Ethernet Header ECAT HDR PLC Data 1 NC Data PLC Data 2 CRC 論理アドレスによるプロトコルオーバーヘッドの最小化 分散 I/O に最適なテレグラム構造 通信機能の完全なハードウェア化 : 最高 (+ 推定可能な ) 性能を発揮 ネットワークスイッチ不要 卓越した診断機能 イーサネットとの互換性の維持

7 結論 :EtherCAT は超高速 伝送レート : 2 x 100 Mbit/s ( ファーストイーサネット 全二重 ) I/O 更新時間 : 256 点デジタルI/O : 11 µs 100 分散ノードの1000 点デジタル I/O :30 µs = 0.03 ms 200 点アナログ I/O (16 bit) :50 µs, 20 khz サンプルレート 100 サーボ軸 ( 各 8 Byte In + Out) :100 µs = 0.1 ms 点デジタル I/O :350 µs

8 結論 : EtherCAT ネットワーク構成は非常に柔軟 柔軟なトポロジ : 拡張性の自由度 = 高 トポロジの種類 : ライン スター ツリー デイジーチェイン + 支線を自由に組み合わせてケーブリング 1 つの EtherCAT セグメントで最大 65,535 ノード 標準イーサネットケーブル マスタ ライン スター ツリー 支線

9 超大規模 EtherCAT システムのテスト 10,056 EtherCAT ノード

10 EtherCAT ワイヤリングは非常に柔軟 EtherCAT はイーサネットに準拠 : 100BASE-TX (2ノード間で最大 100 m) 100BASE-FX (2ノード間で最大 20 km (single mode fibre) ) LVDS ( モジュラデバイス用 ) 100 m LVDS マスタ イーサネット (100BASE-TX) トランス結合最大 100 m イーサネット (LVDS 物理層 ) モジュラデバイス用 20 km イーサネット (100BASE-FX) (f 光ファイバ ) 最大 20 km ネットワーク内で物理層の選択は自由自在

11 結論 :EtherCAT は低コスト エンジニアリング : ネットワーク設計工数を最小化 : 設定作業の簡単化 デフォルト設定でOK チューニング不要 診断機能向上 : 迅速なエラー対応によるダウンタイムの最小化 設定作業工数の短縮 : アドレス設定が不要

12 結論 :EtherCAT は低コスト ハードウェア : マスタ : 専用カードの増設不要 ( コプロセッサ ) オンボードイーサネットポートでOK スレーブ : 低コストスレーブコントローラ FPGA または ASIC シンプルデバイス : µcが不要 高速な µcが不要 ネットワークインフラ : スイッチ ハブ不要 標準イーサネットケーブル + コネクタ 32 Bit µc

13 EtherCAT スレーブコントローララインアップ Hilscher - Easier netx to implement 100/500 ESC10/20: Altera Cyclone -I Beckhoff ET1200 IP-Core for Altera Cyclone -II Beckhoff ET1100 IP-Core Xilinx Spartan -3 Hilscher netx 50 IP-Core for Altera Cyclone -III IP-Core for Altera Stratix -IV IP-Core for Xilinx Spartan -6 IP-Core for Altera Cyclone -IV TI's Sitara µp family Hilscher netx 51/52/6 IP-Core for FPGA of Intel Atom E6x5C IP-Core for Altera Cyclone -V IP-Core for Xilinx Kintex -7 IP-Core for Xilinx Artix -7 + Zynq IP-Core for Altera Stratix -V Renesas R-IN32M3-EC Anybus NP40

14 EtherCAT はオープン技術 設立 : 2003 年 11 月 タスク : EtherCAT 技術のサポート 拡張 広報 世界最大のフィールドバス団体 56カ国 6 大陸からの2200* 以上のメンバ企業 : デバイスメーカ エンドユーザ 開発サポートメーカ 誰でもメンバ加入が可能 *as of Dec 2012

15 EtherCAT はオープン技術 プロトコルを完全に開示 : EtherCAT は IEC, ISO および SEMI 規格 (IEC 61158, IEC 61784, ISO 15745, SEMI E54.20) 複数の供給元からスレーブコントローラを販売 スレーブコントローラで相互運用性を提供 ETG が相互運用性テスト (Plug Fest) ワークショップやセミナを開催 コンフォーマンステスト + 合格認定証

16 Nov-03 Feb-04 May-04 Aug-04 Nov-04 Feb-05 May-05 Aug-05 Nov-05 Feb-06 May-06 Aug-06 Nov-06 Feb-07 May-07 Aug-07 Nov-07 Feb-08 May-08 Aug-08 Nov-08 Feb-09 May-09 Aug-09 Nov-09 Feb-10 May-10 Aug-10 Nov-10 Feb-10 May-11 Aug-11 Nov-11 Feb-12 May-12 Aug-12 Nov-12 ETG メンバーシップ数の伸び 年 11 月 27 日現在 : 2216 メンバ Nov 2011 Nov 2012:

17 ETG スタッフ Joseph P. Stubbs, USA Fengjiao (Jojo) Fu CHN Key Yoo, KOR Dr. Guido Beckmann, GER Andrea Bock, GER Geng Cheng, CHN Bin (Beryl) Fan, CHN Thomas Rettig, GER Martin Rostan, GER ETG Office North America Seattle, WA ETG Headquarters Germany Nuremberg ETG Office China Beijing ETG Office Japan Yokohama ETG Office Korea Seoul Oliver Fels, GER Florian Hammel, GER Masanori Obata, JPN Florian Häfele, GER Dr. YanQiang Liu, CHN Prof Dr. Yong-Seon Moon, KOR Liliane Hügel, GER Makiko Hori, JPN Rainer Hoffmann, GER Christiane Heubusch, GER

18 EtherCAT Technology Group の組織

19 ETG メンバシップの地域別構成 ROW Asia 35 members EtherCAT Technology Group is a truly Global Organization Germany Europe w/o Germany America > 2200 members EtherCAT Technology Group

20 ETG メンバ ( アジア ) Asia (others) Japan China+Taiwan Korea November 2012: 680 Asian Members Nov 2011 Nov 2012: + 36 %! EtherCAT Technology Group

21 ETG メンバ ( 日本 ) Japan 2012 年 11 月 30 日現在 : 258 日本メンバ Nov 2011 Nov 2012: + 36% (!)

22 EtherCAT ドライブベンダ (Vendors that ship or have announced EtherCAT drives as of 11/2012. Not all products shipping yet)

23 EtherCAT マスタ (コントローラ) (Vendors that ship or have announced EtherCAT master devices as of 11/2012. Not all products shipping yet)

24 EtherCAT I/O ベンダ ABB kk-electronic Ackermann Knestel ACS Motion Control Kolektor Synatec Addi-Data Kollmorgen Adlink Kuhnke AFT Fahrzeugtechnik Lenze Algo System M-System Amoy Dynamics MaVi Anca Messung AutomationX MicroControl B&R Microinnovations/Eaton Balluff Mikrap Baumüller MKS Instruments BBH MKT Systemtechnik Beckhoff MSC Belden MTT Berghof Murrelektronik Brunner Elektronik M-System Bosch Rexroth National Instruments CEC Omron CREVIS Panasonic SUNX CSM Power Instruments Deif Prima Electro Dina Elektronik Schweitzer Engineering dspace Laboratories / SEL Eckelmann SEW Eurodrive esd SIPRO Festo Shanghai Xinhua Gantner SHF Gefran SMC Grossenbacher Sontheim HBM Industrie Elektronik Helmholz TETRA IDS TexComputer Imc/Additive TR Elektronik IXXAT Turck Jäger Messtechnik Unidor Jumo Unitro KEB VIPA KEBA Wachendorff Keyence Wago (Vendors that ship or have announced EtherCAT I/O devices as of 11/2012. Not all products shipping yet)

25 EtherCAT を選択する理由 高性能 EtherCAT は最高速の産業用イーサネット技術 柔軟なトポロジ 大規模な分散アプリケーションにも最適 使い方が簡単 設定やメンテナンスが容易 低コスト 実装やインフラ費用が低コスト 機能安全 セーフティ通信の統合 製品の多様性 豊富な EtherCAT 製品のラインアップ

26 EtherCAT - The Ethernet Fieldbus. Why go for something slower, just because it is more expensive?

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