カバーページ 使 用 時 に 削 除 してください EtherCAT イントロダクション:このスライドセットはEtherCAT 技 術 のうち 最 重 要 な 機 能 の 概 要 を 紹 介 することを 目 的 としています このファイルを 他 者 に 配 布 する 場 合 はPPTフォーマットではなく かならずPDF 化 してください これらのスライドセットを 必 要 に 応 じて 変 更 することを 許 可 します 例 えば スライドを 削 除 したり 自 社 のEtherCAT 製 品 情 報 を 追 加 で きます ただし EtherCAT 技 術 の 紹 介 やプロモーション 以 外 の 目 的 でこれら のスライドやスライド 内 の 一 部 ( 例 図 や 写 真 ) を 使 用 することを 禁 止 します アニメーションはマイクロソフトPowerPoint 2003で 作 成 していま す これ 以 前 のバージョンでは 正 しく 動 作 しない 場 合 があります 日 本 語 版 スライドに 関 するコメントは info.jp@ethercat.org にご 送 付 ください March 2016, EtherCAT Technology Group EtherCAT Technology Group, 2009 1
イーサネットフィールドバス
EtherCAT イーサネットフィールドバス イーサネット コントローラレベルで 最 先 端 の 技 術 オフィスでよく 使 用 される 標 準 備 品 で 構 成 フィールドバス より 低 コスト 性 能 重 視 時 間 確 定 的 (リアルタイム)な 分 散 制 御 組 み 合 わせることによる 相 乗 効 果 : 標 準 部 品 の 仕 様 により 低 コスト 化 インターネット 技 術 ( 例 Webサーバ) へアクセス インタフェースの 削 減 サイクルタイム <100 µs 以 下 のリアルタイム 通 信 柔 軟 なトポロジ 自 由 に 拡 張 可 能 EtherCAT is registered trademark and patented technology, licensed by Beckhoff Automation GmbH, Germany.
EtherCAT イーサネットフィールドバス EtherCATはI/Oレベルまでリアルタイム センサ アクチュエータなど 下 層 のサブシステムが 不 要 ゲートウェイによる 遅 延 なし 入 出 力 センサ アクチュエータ ドライブ 表 示 器 : 全 てを1つのネットワークで 実 現!
EtherCATは 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ノードに 分 散 した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 ( 入 出 力 各 8 Byte):100 µs = 0.1 ms 12000 点 デジタルI/O:350 µs
EtherCATは 高 速 I/Oやドライブによるイーサネットの 帯 域 使 用 : イーサネットフレーム 84 Bytes プリアンブル + IPG (パケット 間 ギャップ) を 含 む Data pay load: e.g. 2 Bit..6 Byte 22 Bytes 4 Bytes 12 Bytes イーサネットヘッダ データ 46 Bytes CRC IPG マスタ Request with output data Response with input data I/O ノード 反 応 時 間 イーサネットヘッダ データ 46 Bytes CRC IPG ノードあたり 4 Byte 入 力 + 4 Byte 出 力 の 場 合 ノードの 反 応 時 間 0 µs 時 アプリケーションデータ 率 4.75% ノードの 反 応 時 間 10 µs 時 アプリケーションデータ 率 1.9%
EtherCATは 高 速 帯 域 使 用 率 の 比 較 : ノードあたりプロセスデータ 4 Byte ポーリング / タイムスライス: ~ 2..5 % ノードあたりプロセスデータ 2 Bit 以 上 EtherCAT: ~ 80..97 % ( 全 二 重, 2 x 100 MBit/s) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Polling / Timeslicing EtherCAT
動 作 原 理 : イーサネット オン ザ フライ Car 27 高 速 列 車 に 例 えると: 列 車 (イーサネットフレーム) は 停 車 しない 列 車 を 狭 幅 の 窓 からみても 全 列 車 がみえる 車 両 (データテレグラム) は 可 変 長 人 (ビット) や グループ (Bytes) の 乗 車 や 下 車 が 可 能 列 車 内 の 複 数 グループも 可
動 作 原 理 : イーサネット オン ザ フライ スレーブ EtherCAT スレーブ コントローラ スレーブ EtherCAT スレーブ コントローラ プロセスデータをオン ザ フライでリード&ライト: スレーブあたりのプロセスデータサイズはほぼ 無 制 限 (1 Bit 60 Kbyte, 必 要 に 応 じ 複 数 フレームを 使 用 ) 通 信 サイクルごとにプロセスデータを 構 成 例 :モーション 軸 は 短 周 期 I/Oは 長 めの 周 期 でデータ 更 新 非 周 期 イベントトリガ 通 信 にも 対 応
動 作 原 理 : イーサネット オン ザ フライ マスタ HDR 1 イーサネットヘッダ ECAT HDR PLC データ NC データ データ n Ethernet 論 理 アドレス 指 定 でプロトコルオーバヘッドを 最 小 化 分 散 I/Oに 最 適 化 したテレグラム 構 成 HDR 2 完 全 にハードウェアで 通 信 を 実 行 : 性 能 を 最 大 化 (+ 予 測 可 能 ) EtherCATデバイスのみでネットワークを 構 成 する 場 合 スイッチングハブが 不 要 充 実 した 診 断 機 能 イーサネット 仕 様 との 互 換 性 を 維 持 HDR 2
パフォーマンス:アプリケーション 例 40 軸 ( 各 20 Byte の 入 力 および 出 力 データ) 全 560 台 のEtherCATターミナルからなる 50 個 の I/O ブ ロック 2000 点 デジタル + 200 点 アナログ I/O, ケーブル 長 500 m EtherCATのパフォーマンス: サイクルタイム = 276 µs ネットワーク 負 荷 44 % 通 信 フレーム 長 = 122 µs EtherCAT SERCOS III 276 µs 479 µs in spite of this cycle time still 56% bandwidth remaining, e.g. for TCP/IP Profinet IRT 763 µs Pow erlink 2347 µs Profinet I/O 6355 µs 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
遅 い 制 御 システムに 対 するメリット 過 去 のフィールドバス I/O の 反 応 時 間 : I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク T mpd 通 信 サイクル 通 信 サイクル 通 信 サイクル 通 信 サイクル 通 信 サイクル 通 信 サイクル 通 信 サイクル T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O 反 応 時 間 の 最 良 ケース 反 応 時 間 の 最 悪 ケース 入 力 ( 最 悪 ケース) 入 力 ( 最 良 ケース) 出 力 T mpd : マスタの 処 理 遅 延 T I/O : ローカルのI/O 更 新 時 間 (ローカルの 拡 張 バス + ファームウェア)
遅 い 制 御 システムに 対 するメリット EtherCATのシステムアーキテクチャ: I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク T mpd 専 用 マスタデバイスが 不 要 バスサイクル バスサイクル バスサイクル バスサイクル バスサイクル バスサイクル バスサイクル T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O T I/O 下 層 の 拡 張 バスが 不 要
遅 い 制 御 システムに 対 するメリット EtherCATのシステムアーキテクチャ: I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク O T DMA (NIC) T EtherCAT Cycle I PLC タスク T DMA = イーサネットコントローラ 間 の ダイレクトメモリアクセス 経 由 の データ 転 送 時 間 : 無 視 できるほど 微 小
遅 い 制 御 システムに 対 するメリット EtherCATの 反 応 時 間 : I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク O I PLC タスク O EtherCAT 通 信 サイクル 入 力 ( 最 悪 ケース) 最 悪 ケース 入 力 ( 最 良 ケース) 最 良 ケース PLC タスク コントローラの 性 能 はそのままで 反 応 時 間 を 大 幅 に 削 減 下 層 のローカル I/O サイクルがなく 拡 張 バスの 遅 延 なし プロトコルの 大 幅 な 単 純 化 で 専 用 マスタシステム ( 例 プラ グインカード) が 不 要 出 力 I
フィールドバス: 制 御 システムへマッピングが 必 要 従 来 のフィールドバスシステムでは 物 理 プロセスイメー ジを 生 成 これを 論 理 プロセスイメージにマッピング プロセスデータの 並 び 替 えが 必 要 たとえ1つのプロセスイ メージ ( 例 NCデータだけ) でも 必 要 論 理 プロセスイメージ 制 御 システム 例 IPC データ n PLCデータ NCデータ DPRAM フィールドバス スキャナ/マスタ ノード 1 ノード 2 ノード 3 ノード 4 ノード 1 ノード 2 ノード 3 マッピング ノード 4
EtherCAT: マッピングはスレーブ 側 に 移 動 マスタ 論 理 プロセスイメージ 最 大 4 GByte データ n PLCデータ NCデータ HDR 1 イーサネットヘッダ ECAT HDR PLC データ NC データ データ n Ethernet HDR 2 データグラム 1 データグラム 2 データグラム n HDR 2 制 御 システム 側 に 負 荷 がなく マスタのシンプル 化 が 可 能 データをアプリケーションの 要 件 に 応 じて 送 信 : 超 高 速 化 フレキシブル 高 効 率 化
ダイレクトメモリアクセスによる 時 間 削 減 フィールドバス カード: データコピーに 最 大 30%のCPU タイムを 消 費 EtherCAT: MACはPCIバス マスタ データはDMAにより PC RAMと 直 接 交 換 CPU 負 荷 を 低 減 し 処 理 性 能 を 向 上 フィールドバスカードによるPC 制 御 PC RAM Scanner card, DP RAM PCI bus EtherCATによるPC 制 御 MAC PCI バス CPU CPU DMA 制 御 タスク メモリコピー PC RAM 制 御 タスク
EtherCAT 伝 搬 遅 延 測 定 (1) EtherCAT ノードはフレームの 送 出 から 帰 還 までの 時 間 差 を 計 測 EtherCATフレーム プロセシング 方 向 EtherCATフレーム フォワード 方 向
EtherCAT 伝 搬 遅 延 測 定 (2) EtherCAT ノードはフレームの 送 出 から 帰 還 までの 時 間 差 を 計 測 IPC Master
ディストリビュートクロック ディストリビュートクロックの 高 機 能 な 補 正 による 高 精 度 時 刻 同 期 (<< 1 µs!) IPC Master M t S S S S S S S
外 部 時 刻 同 期 : IEEE 1588 内 蔵 IEEE 1588 バウンダリクロック 付 きスイッチポート マスタ M S S S S S バウンダリ クロック IEEE 1588 グランドマスタ S S
ディストリビュートクロック 2 台 のデバイスで 長 時 間 波 形 計 測 デバイス 間 に 別 の300ノード ケーブル 長 120m ずれ : ~15 ns ジッタ: ~ +/- 20ns
EtherCATは 産 業 用 イーサネット! EtherCATは 標 準 イーサネットフレームを 使 用 : IEEE 802.3 (IPルーティングが 必 要 な 場 合 ) UDP/IP 経 由 の 通 信 を 定 義 フレームの 短 縮 化 なし MTU: 最 大 1514 Byte 48 Bit 48 Bit 16 Bit 16 Bit 48-1498 Byte 32 Bit 宛 先 MAC 送 信 元 MAC EtherType ヘッダ EtherCAT データグラム CRC 標 準 イーサネットフレーム 内 の EtherType 0x88A4 1 n EtherCAT データグラム イーサネット H. 160 Bit 64 Bit IP ヘッダ UDP H. 16 Bit 48-1470 Byte ヘッダ EtherCAT データグラム CRC UDP/IP 経 由 の 場 合 UDPポート 0x88A4 11 Bit 1 Bit 4 Bit 長 さ 予 約. タイプ
EtherCATは 産 業 用 イーサネット! TCP/IPに 対 する 完 全 な 透 過 性 全 てのインターネット 技 術 (HTTP, FTP, Webサーバ, ) をリアルタイム 性 の 制 限 なく 使 用 可 能 リアルタイム 動 作 時 にデバイスにTCP/IP 等 を 使 用 して ツールからアクセス 可 能 標 準 TCP/IP スタック EtherCAT スレーブデバイス イーサネット アプリケーション TCP UDP リアルタイム アプリケーション IP メールボックス 非 周 期 データ プロセスデータ EtherCAT MAC / DLL イーサネット PHY イーサネット PHY
EtherCATは 産 業 用 イーサネット! あらゆるイーサネットデバイスをスイッチポートに 接 続 可 能 標 準 ブラウザからWebサーバにアクセス Webサーバ マスタ 仮 想 イーサネット スイッチ 機 能 スイッチ ポート
EtherCATは 産 業 用 イーサネット! 仮 想 イーサネットスイッチがイーサネットフレームを ルーティング セグメントの 内 側 と 外 側 のいずれからも 可 能 Master 仮 想 イーサネット スイッチ 機 能 スイッチ ポート イーサネット スイッチ
スイッチポート:イーサネットプロトコル TX2 TX3 TX1 イーサネットデバイスやネットワークとのインタフェース イーサネットフレームを 分 割 し EtherCATプロトコルに 挿 入 Ethernet over EtherCAT PHY EtherCAT スイッチポート イーサネット MAC RX1 RX2TX RX RX3 µc フラグメンテーション メールボックス TX2 TX3 TX1 RX4 PHY EtherCAT MAC / DLL プロセスデータ PHY
垂 直 統 合 (1) スイッチポート 経 由 マスタ スイッチポート + あらゆるイーサネットプロトコルに 対 応 + (IPC/コントローラに)たった1 個 のイーサネットポート だけ 必 要 + EtherCATの 性 能 には 影 響 なし
垂 直 統 合 (2) イーサネットポート 経 由... Master 2nd Ethernet Port + あらゆるイーサネットプロトコルに 対 応 + (IPC/コントローラに)たった1 個 のイーサネットポート だけ 必 要 しかし: (IPC/コントローラに) 第 2のイーサネットポー トが 必 要
垂 直 統 合 (3) スイッチ 経 由 Master イーサネット スイッチ + あらゆるイーサネットプロトコルに 対 応 + (IPC/コントローラに)たった1 個 のイーサネットポート だけ 必 要 しかし:スイッチの 遅 延 (とイーサネット 通 信 量 )により 性 能 に 制 限 あり
EtherCAT 配 位 線 はとてもフレキシブル 標 準 イーサネットトポロジ:スター 型
EtherCAT 配 位 線 はとてもフレキシブル フレキシブルなツリー 構 造 拡 張 は 自 由 自 在 トポロジの 選 択 肢 :ライン スター ツリー デイジー チェイン + 支 線 の 自 由 な 組 み 合 わせ 1つのEtherCATセグメント 内 に 最 大 65,535ノードを 接 続 可 標 準 イーサネットケーブル (シールド 付 きを 推 奨 ) Master Line Star/Tree Drop Line
EtherCAT 配 位 線 はとてもフレキシブル EtherCATで 使 用 しているイーサネット 物 理 層 : 100BASE-TX (ノード 間 最 大 100 m) 100BASE-FX (ノード 間 最 大 20 km;シングルモード) LVDS (モジュール 型 デバイス) マスタ 100 m 100BASE-TX 最 大 100 m LVDS* LVDS* 物 理 層 : モジュール 型 デバイス 20 km 100BASE-FX ( 光 ファイバ) マルチモード 2 km シングルモード 20km 物 理 層 の 種 類 は 場 所 ごとに 自 由 に 選 択 可 能 *LVDS: Low Voltage Differential Signaling (ANSI/TIA/EIA-644 準 拠 ) IEEE 802.3ae (10Gigabit Ethernet) でも 使 用
EtherCAT 超 大 規 模 システムのテスト 10,056 EtherCAT ノード
EtherCAT:PCI 拡 張 バスが 不 要 システムリソースの 最 小 化 過 去 のフィールドバスからEtherCATにスムーズに 移 行 既 存 フィールドバスデバイスをシームレスに 統 合 : AS-Interface CANopen CC-Link ControlNet DeviceNet Ethernet/IP FIPIO Interbus IO-Link Lightbus LonWorks Modbus Plus, RTU, TCP PROFIBUS PROFINET IO 低 コストフィールドバスでシステム 拡 張 性 を 最 大 化
EtherCAT:PCI 拡 張 バスが 不 要 更 新 時 間 : プロセスイメージ 更 新 時 間 PCIバス 経 由 ( 入 力 出 力 データ 各 500 Bytes): 400 µs プロセスイメージ 更 新 時 間 EtherCAT 経 由 ( 入 力 出 力 データ 各 1,500 Bytes): 150 µs
EtherCAT:PCI 拡 張 バスが 不 要 制 御 システム (IPC or PLC) に 拡 張 スロットはもはや 不 要 拡 張 スロットを 使 用 せずに 拡 張 性 を 最 大 化 EtherCAT
EtherCATは 設 定 が 簡 単 トポロジ: 設 定 と 実 際 のトポロジを 自 動 的 に 比 較 診 断 : 障 害 箇 所 を 正 確 に 特 定 して 診 断 ネットワーク 設 計 : 性 能 は 以 下 のパラメータに 非 依 存 : スレーブ 実 装 トポロジ (スイッチングハブ 不 使 用 ) アドレス 指 定 スイッチなどによるアドレス 設 定 が 不 要 アドレスはマスタが 自 動 割 付 け アドレスの 固 定 化 が 可 能 ノードの 追 加 がなければアドレス 変 更 なし
EtherCATは 低 コスト (1): エンジニアリング 実 装 / ツール: 標 準 のネットワークモニタ 例 MS Network Monitor や Wireshark: 無 償 パーサソフトウェア: 無 償 ネットワーク 設 計 の 省 力 化 : 設 定 が 簡 単 デフォルト 設 定 で 動 作 ネットワークチューニング 不 要 診 断 機 能 の 改 善 : 早 期 の 障 害 回 復 でダウンタイムを 短 縮 早 期 立 ち 上 げ: アドレス 設 定 が 不 要
EtherCATは 低 コスト (2): ハードウェア マスタ: 専 用 インタフェースカードが 不 要 オンボードイーサネットポートを 使 用 スレーブ: 低 コストのスレーブコントローラ FPGA or ASIC シンプルデバイス:マイコン 不 要 高 性 能 マイコンが 不 要 ネットワークインフラ: スイッチングハブが 不 要 標 準 イーサネットケーブル+コネクタ 32 Bit µc
EtherCATは 実 装 が 簡 単 :スレーブ スレーブ 実 装 : 処 理 速 度 が 重 要 な 機 能 は 全 てASICやFPGAに 実 装 ESCがハードウェアでリアルタイムプロトコルを 処 理 通 信 ステートマシンを 内 蔵 ネットワーク 性 能 は 影 響 を 受 けない スレーブのマイコンの 性 能 プロトコルスタック マイコンの 有 無 にかかわらず 使 用 可 能 内 蔵 DPRAM (1 8kByte) ディストリビュートクロック 機 能 時 刻 に 対 する 超 高 精 度 の 割 り 込 み 信 号
EtherCATは 実 装 が 簡 単 :マスタ マスタ 実 装 : 例 マスタサンプルコード (ソース) EtherCAT 設 定 ツール XMLデータフォーマットのESIとENI.xml EtherCATスレーブ 情 報 (ESI) ファイル EtherCAT 設 定 ツール.xml EtherCATネットワーク 情 報 (ENI) ファイル オプション; オンライン 機 能 ( 例 デバイスのスキャン) プロセスデータ (PD) イメージ 記 述 EtherCAT マスタ パーサ 初 期 化 リアルタイム アプリケーション リアルタイム プロセスデータ イメージ 周 期 コマンド EtherCAT マスタドライバ メールボックス サービス リクエスト イーサネットフレーム 非 周 期 コマンド レスポンス ネットワークドライバ 標 準 イーサネット MAC
EtherCATは 実 装 が 簡 単 :マスタ 例 :1つのプロセスイメージだけのマスタ 典 型 的 な 例 1 コントロールタスクの 小 型 コントローラ 最 大 1488 Byte プロセスデータサイズ プロセスデータ 通 信 のヘッダは 不 変 イーサネットヘッダ ECAT DA SA Type フレーム ヘッダ 不 変 のヘッダ EtherCAT ヘッダ EtherCAT テレグラム データ 6 Bit 6 Bit 2 Bit 2 Bit 10 Bit 0.1486 Byte 効 率 よく 並 び 替 えた ( 割 り 付 けた) プロセスデータ ワーキング カウンタ: 不 変 イーサネットコン トローラ(MAC)が 生 成 するパッドバ イトとCRC 最 低 限 の 工 数 でマスタを 実 装 可 能 通 信 専 用 の 別 プロセッサが 不 要 ( 例 プラグインカード) 過 去 のフィールドバスシステムより 仕 組 みが 簡 単 競 合 する 産 業 用 イーサネット 方 式 よりかなり 単 純 WKC 2 イーサネット Pad. FCS 0 32 4 Byte
EtherCAT は 実 績 豊 富 2003 年 以 来 の 実 績 多 数 のアプリケーション 事 例 豊 富 なEtherCAT 製 品 による 幅 広 い 製 品 レンジ
EtherCAT アーキテクチャ + デバイスプロファイル ファイルシステム ブートローダ ファイルアクセス HTTP, FTP, TCP IP UDP イーサネット EtherCAT デバイス メールボックス SERCOS* 規 格 IDN サービスチャネル IEC 61800-7-204 IEC 61800-7-304 EtherCAT スレーブコントローラ デバイスアプリケーション CANopen 規 格 オブジェクト ディクショナリ EN 50325-4 IEC 61800-7-201 IEC 61800-7-301 プロセスデータ PDO マッピ ング AT MDT FoE EoE SoE CoE CoE/SoE SDO プロセスデータ イーサネット 物 理 層 *SERCOS interface is a trademark by SI e.v.
一 般 的 な EtherCAT デバイスのアーキテクチャ オプション HTTP, FTP, TCP IP UDP イーサネット EtherCAT デバイス デバイスアプリケーション パラメータ 非 周 期 通 信 ( 明 示 的 デバイス アドレス 指 定 ) 周 期 同 期 通 信 ( 非 明 示 的 アドレス 指 定 / 論 理 アドレス 指 定 ) Device デバイス Profile プロファイル Definitions定 義 EoE メールボックス CoE/SoE EtherCAT スレーブコントローラ CoE/SoE プロセスデータ Ethernet 物 理 層
IEC 61491 EtherCAT サーボドライブの アーキテクチャ オプション HTTP, FTP, TCP IP UDP イーサネット EoE EtherCAT デバイス メールボックス サーボドライブアプリケーション IDN サービスチャネル サーボドライブプロファイル IEC 61800-7-204 EtherCATへのマッピング: IEC 61800-7-304 SoE EtherCAT スレーブコントローラ プロセスデータ: AT / MDT SoE プロセスデータ IEC 61800-7- 204 SERCOS* ドライブ プロファイル Ethernet 物 理 層 *SERCOS interface is a trademark by SI e.v.
IEC 61800-7 におけるEtherCATの 位 置 づけ IEC 61800-7: 動 力 ドライブシステムに 対 する 共 通 インタフェースとプロファイルの 使 用 Annex A: DS402への マッピング IEC 61800-7-201: プロファイル CiA 402 CANopenへの マッピング IEC 61800-7-301 EPLへの マッピング IEC 61800-7-1: インタフェースの 定 義 Annex B: CIPへの マッピング IEC 61800-7-202: プロファイル CIP Motion EtherCATへの マッピング Annex C: PROFIdriveへの マッピング IEC 61800-7-200: プロファイル 仕 様 IEC 61800-7-203: プロファイル PROFIdrive IEC 61800-7-300: ネットワーク 技 術 へのプロファイルのマッピング B... C... IEC 61800-7-304 Annex D: SERCOS*への マッピング IEC 61800-7-204: プロファイル SERCOS* SERCOS I/II SERCOS III EtherCAT へのマッピング へのマッピング へのマッピング *SERCOS interface is a trademark by SI e.v.
EtherCAT:オープンテクノロジ 設 立 :2003 年 11 月 タスク:EtherCATのサポート 普 及 活 動 産 業 用 イーサネットの 世 界 最 大 の 団 体 6 大 陸 60カ 国 から 3565* 社 以 上 のメンバ: デバイスメーカ エンドユーザ 開 発 サポートメーカ メンバシップは 法 人 単 位 で 誰 にもオープン *as of March 2016
EtherCAT:オープンテクノロジ プロトコル 仕 様 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 社 からスレーブコントローラを 供 給 スレーブコントローラが 相 互 運 用 性 を 提 供 ETG は 相 互 運 用 性 テスト ( Plug Fests ) ワークショッ プおよびセミナを 開 催 コンフォーマンステスト + 合 格 認 定 証
EtherCAT:オープンテクノロジ 各 種 RTOSに 対 してマスタスタックが 対 応 *, オープン シェアードソース ecos FreeRTOS INTEGRITY INtime Linux (with RT-Preempt) Microware OS-9 MQX TM On Time RTOS-32 Oracle Solaris (SunOS) PikeOS Proconos OS QNX RMOS ROS (Robot Operating System) RTKernel RTLinux RTX RTXC RTAI-Linux SCALE-RT TKernel VxWin + CeWin + RTOS32Win +LxWin VxWorks Windows CE Windows Embedded with IntervalZero RTX Windows XP/XPE with CoDeSys SP RTE Windows XPE/WES7/WES8 with TwinCAT RT-Extension Windows NT/2000/XP/Vista/7/8 with TwinCAT RT-Extension XOberon XENOMAI Linux µc/os-ii TM µitron *as of March 2014
ETG チーム Worldwide Thomas Rettig, GER Prof Dr. Yong-Seon Moon, KOR Martin Rostan, GER Joseph P. Stubbs, USA Dr. Karl Weber, GER Key Yoo, KOR Dr. Guido Beckmann, GER Andrea Bock, GER Geng Cheng, CHN Bin (Beryl) Fan, CHN Alessandro Figini, GER Dr. YanQiang Liu, CHN Burkart Lingner, GER Florian Häfele, GER Florian Hammel, GER Fengjiao (Jojo) Fu CHN Oliver Fels, GER Masanori Obata, JPN Michele Beers, USA Christiane Heubusch, GER Rainer Hoffmann, GER Makiko Hori, JPN Liliane Hügel, GER
ETG メンバーの 推 移 3500 3000 2500 2000 1500 1000 2016 年 2 月 3 日 現 在 : 3565 メンバー 2014 年 11 月 2015 年 11 月 + 460 500 0 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 Feb-13 May-13 Aug-13 Nov-13 Feb-14 May-14 Aug-14 Nov-14 Feb-15 May-15 Aug-15 Nov-15 54
6 大 陸 60 * カ 国 をカバー Argentina Canada France Australia China Germany Greece Austria Columbia Hungary Belarus Croatia India Belgium Czech Rep Iran Bosnia and Herzegovina Denmark Ireland Brazil Finland Israel Bulgaria Estonia Italy Japan Korea Lebanon Latvia Liechtenstein Lithuania Luxemburg Macedonia Malaysia Malta Mexico Netherlands New Zealand Norway Poland Portugal Qatar Romania Russia San Marino Serbia Singapore Slovakia Slovenia South Africa Spain Sweden Switzerland Taiwan Thailand Turkey Ukraine United Kingdom USA Vietnam *as of March 2016
どれだけのメンバがEtherCATの 開 発 に 関 心 を もっているのか? 指 標 : 実 装 キットの 販 売 数 現 在 までにベッコフ 単 体 が 販 売 したキット 数 :1500 (78% スレーブキット 22%(!) マスタキット) + これ 以 外 にも 以 下 の 様 な 多 数 のメーカが スレーブ 実 装 キットやマスタスタックを 販 売 vendors* Slave Beck IPC Deutschmann EBV Elektronik Hilscher HMS anybus IXXAT Automation koenig-pa port Nagano OKI Red one technologies Soft Servo Systems STMicroelectronics Terasic Technologies TESSERA Xilinx Master acontis esd igh IXXAT Automation Kithara Koenig-pa MicroSys Electronics Profimatics Sybera * EtherCAT 製 品 ガイドに 製 品 を 掲 載 している メーカだけをリスト 化 www.ethercat.org/products
EtherCAT: 豊 富 な 製 品 ラインアップ I/O, コントローラ, HMI, サーボドライブ, インバータ, センサ, スレーブ + マスタ 開 発 キット, コントロールパネル, 油 圧 バルブ, 空 気 圧 バルブ, ロボット, セーフティ
コンフォーマンスと 相 互 運 用 性 通 信 技 術 の 普 及 にはコンフォーマンスと 相 互 運 用 性 が 重 要 仕 様 の 適 合 性 はEtherCAT 技 術 を 実 装 するあらゆるメーカの 義 務 この 目 的 のためにEtherCATコンフォーマンステストツール (CTT) を 使 用 CTTのテストケースをETGコミュニティ 内 のコンフォーマ ンスTWGが 策 定 EtherCATコンフォーマンステストは 公 式 EtherCATテスト センタ (ETC) が 実 施 し 合 格 によりETGが 公 式 にコン フォーマンス 合 格 証 明 書 を 発 行
Safety over EtherCAT: 特 徴 (1) Safety over EtherCAT (FSoE) は Safety over EtherCAT デバイス 間 の 安 全 プロセスデータを 通 信 するための 安 全 通 信 層 を 規 定 FSoEはEtherCAT Technology Group (ETG) が 定 めた オープン 技 術 通 信 プロトコルは IEC 61508 に 準 拠 安 全 度 水 準 SIL 3 に 適 合 残 存 故 障 率 R(p) < 10-9 プロトコルは 第 三 者 の 認 証 機 関 TÜV で 認 証 済 み
Safety over EtherCAT: 特 徴 (2) FSoE フレームは 周 期 PDOにマッピング 最 小 FSoE フレーム 長 :6 Byte 最 大 FSoE フレーム 長 :スレーブデバイスの 安 全 プロセス データ 数 による プロコトルは 安 全 I/Oだけでなく 機 能 安 全 モーション 制 御 に も 対 応 FSoEマスタとFSoEスレーブ 間 で 相 互 に 確 認 ありの 通 信 を 実 行 安 全 デバイスパラメータはFSoEコネクションのブート 時 にマスタからスレーブにダウンロード FSoEの 認 証 済 み 製 品 は2005 年 に 販 売 開 始
Safety over EtherCAT: 特 徴 (3) FSoE 仕 様 には 以 下 の 項 目 に 対 する 制 限 無 し: 通 信 層 とインタフェース 通 信 層 は 安 全 基 準 内 に 含 まれない:ブラックチャネル ( 未 解 決 のビットエラー 率 の 仮 定 :p = 10-2 ) 通 信 速 度 安 全 プロセスデータ 長 ( 安 全 プロセスデータの 長 さは 任 意 ) 非 安 全 ゲートウェイ フィールドバスシステム バック ボーンによるルーティングが 可 能
Safety over EtherCAT: ルーティング 非 安 全 ゲートウェイ 経 由 のルーティングが 可 能 フィールドバスシステム 経 由 のルーティングが 可 能 1つの 安 全 技 術 で (ほとんど) 全 てのバスシステムに 対 応
Safety over EtherCAT: ソフトウェアアーキテクチャ ブラックチャネルアプローチ 安 全 データと 標 準 I/Oデータを 同 一 バスに 共 存 安 全 アプリ ケーション Safety over EtherCAT プロトコル デバイス 1 標 準 アプリ ケーション EtherCAT 通 信 インタフェース 標 準 アプリ ケーション デバイス 2 安 全 アプリ ケーション 標 準 アプリ ケーション EtherCAT 通 信 インタフェース Safety over EtherCAT EtherCAT DLL and AL EtherCAT テレグラム 安 全 データコンテナ (FSoEフレーム)
Safety over EtherCAT: ハードウェアアーキテクチャ 1チャネル 通 信 システム IEC 61784-3 Annex A 準 拠 モデル A コントローラ A 安 全 プロトコル Controller A Safety Protocol デバイス 1 コントローラ B 安 全 プロトコル Controller B Safety Protocol EtherCAT スレーブ コントローラ PHY Trafo PHY Trafo コントローラ B 安 全 プロトコル Controller A Safety Protocol EtherCAT スレーブ コントローラ PHY Trafo デバイス 2 PHY Trafo コントローラ A 安 全 プロトコル Controller B Safety Protocol RJ45 RJ45 RJ45 RJ45
Safety over EtherCAT: フレーム 構 成 イーサネットフレーム イーサネット ヘッダ EtherCAT ヘッダ 1. データグラム 2. データグラム FSC Safety over EtherCAT フレーム CMD SafeData CRC_0 SafeData CRC_1 Conn ID Safety over EtherCAT フレーム FSoEフレームをデバイスのプロセスデータ 内 にマッピング 最 後 のフレームから 少 なくとも1ビットの 変 更 があると 新 しい FSoEフレームを 受 信 したと 認 識 2 ByteのSafeDataごとに2 ByteのCRCを 計 算 して 付 加 任 意 の 長 さのSafeDataを 送 信 可 能
Safety over EtherCAT: 安 全 の 基 準 エラー 基 準 シーケンス 番 号 予 測 時 間 (Watchdog) コネクショ ン 認 証 CRC 計 算 予 期 しない 繰 り 返 し フレームのロスト フレームの 挿 入 不 正 なシーケンス 番 号 フレームの 破 損 許 容 できない 遅 延 なりすまし スイッチ 内 の 継 続 的 な メモリエラー セグメント 間 の 不 正 な フォワード
Safety over EtherCAT: 敷 設 の 例 分 散 安 全 ロジック 標 準 PLC が 安 全 メッセージをルーティグ 標 準 PLC 安 全 入 力 安 全 出 力 S S 安 全 ドライブ 安 全 ロジック S S
Safety over EtherCAT: メリット 制 御 ネットワークとの 統 合 : 安 全 おおよび 標 準 通 信 を1チャネルで 実 現 フィールドバスの 種 類 とインタフェースを 削 減 安 全 と 非 安 全 I/Oの 設 定 診 断 メンテナンスを1つの ツールで 集 中 管 理 安 全 アプリケーションのEtherCAT 化 でメリット 増 大 : 反 応 時 間 の 短 縮 ノード 数 はほぼ 無 制 限 大 規 模 ネットワークへの 拡 張 が 可 能 ケーブル 冗 長 化 を 適 用 可 能 ホットコネクトによる 高 い 柔 軟 性
EtherCAT: 高 可 用 性 ケーブル 冗 長 性 マスタ 側 に 第 2のイーサネットポートだけが 必 要 デバイスのホットスワップ ネットワークセグメントのホットコネクト ホットスワップによるマスタ 冗 長 化 Master ホットコネク トグループ
冗 長 化 なし: 正 常 動 作 EtherCAT マスタ RX Unit TX Unit RX TX MAC 1 RX TX スレーブ 1 スレーブ 2 スレーブ N RX TX RX TX...... RX TX TX RX TX RX TX RX
冗 長 化 なし:ノードまたはケーブル 障 害 EtherCAT マスタ RX Unit TX Unit RX TX MAC 1 RX TX スレーブ 1 スレーブ 2 スレーブ N-2 スレーブ N-1 スレーブ N RX TX... RX TX RX TX RX TX... RX TX TX RX TX RX TX RX TX RX TX RX
冗 長 化 あり: 正 常 動 作 EtherCAT マスタ RX Unit TX Unit RX TX MAC 1 MAC 2 RX TX RX TX 第 2のイーサネット ポートだけ 必 要 特 殊 なインタフェー スカード 不 要 スレーブ 1 スレーブ 2 スレーブ N RX TX TX RX... RX TX TX RX... RX TX TX RX
冗 長 化 あり:ノードまたはケーブル 障 害 EtherCAT マスタ RX Unit TX Unit RX TX MAC 1 MAC 2 RX TX RX TX スレーブ 1 スレーブ 2 スレーブ N-2 スレーブ N-1 スレーブ N RX TX... RX TX RX TX RX TX... RX TX TX RX TX RX TX RX TX RX TX RX
EtherCAT: 各 種 システムアーキテクチャ マスタ - スレーブ スレーブ - スレーブ マスタ - マスタ M2S マスタ M2M スイッチ M2S ゲートウェイ スイッチポート マスタ S2S
EtherCAT とワイヤレス 通 信 ワイヤレスデバイスをスイッチポート 経 由 で 接 続 可 能 ワイヤレスセグメントはEtherCAT 通 信 の 速 度 に 影 響 しない プロトコル:EtherCAT プッシュ and/or ポーリング 型 プロセスデータ 交 換 ワイヤレスのセグメントはマスタデバイスから 透 過 的 マスタ スイッチポート 例 ) RFID リーダ
EtherCATの 採 用 理 由 高 性 能 EtherCATは 最 速 の 産 業 用 イーサネット 柔 軟 なトポロジ 小 規 模 ネットワークから 大 規 模 な 分 散 ネットワークまで 対 応 簡 単 設 定 とメンテナンスが 容 易 低 コスト 実 装 & 敷 設 が 低 コスト 機 能 安 全 安 全 通 信 の 統 合 豊 富 な 製 品 EtherCAT 製 品 ラインアップの 豊 富 さ
EtherCAT アプリケーション 事 例 高 速 性 を 要 求 するアプリケーション 例 : 包 装 機 高 速 プレス 射 出 成 形 機 木 材 加 工 機 マシニングセンタ (CNC) 試 験 装 置 ロボット 大 規 模 かつ 分 散 したアプリケーション 例 : マテリアルハンドリング 倉 庫 データロギング
EtherCAT イーサネットフィールドバス EtherCAT Technology Group ETG 本 部 Ostendstr. 196 90482 Nuremberg, Germany Phone: +49 911 54056 20 info@ethercat.org Please visit www.ethercat.org for more information EtherCAT Technology Group 日 本 オフィス 231-0062 神 奈 川 県 横 浜 市 中 区 桜 木 町 1-1-8 日 石 横 浜 ビル18F Phone: 045 650 1610 Info.jp@ethercat.org