Hinweise zum Betrieb EL1262-0000, EL1262-0050, EL1264

Auslieferungszustand

Bei der Erstinbetriebnahme der EL126x sind keine besonderen Einstellungen erforderlich. Die EL126x arbeitet als normale 2/4 kanalige digitale Eingangsklemme.

XML Device Description Sollte in Ihrem System die XML-Beschreibung der EL126x nicht vorliegen, können Sie die entsprechende aktuellste XML-Datei im Download-Bereich auf der Beckhoff Website herunterladen und entsprechend der Installationsanweisungen installieren.

Funktionsweise

Die EL126x ist eine digitale Eingangklemme mit 2/4 Kanälen. Dabei kann sie den anstehenden Spannungspegel nicht nur zyklisch mit dem EtherCAT-Zyklus einlesen, sondern auch mehrmals dazwischen. Dazu wird die Distributed Clocks Unterstützung der EL126x genutzt. In der EL126x sorgt der ESC (EtherCAT Slave Controller) für die Datenübertragung auf den EtherCAT Feldbus und unterstützt die Distributed Clocks. Damit kann der ESC zyklisch in hochgenau äquidistanten Abständen die Eingänge der EL126x einlesen und im Speicher ablegen. Holt der EtherCAT Frame die Daten der EL126x ab, steht ein ganzer Satz Prozessdaten zur Übermittlung bereit. Dieses Einlesen (sampeln) der Eingänge kann deutlich schneller erfolgen als der Feldbuszyklus und wird deshalb Oversampling genannt.

Distributed Clock

Distributed Clock Für das Oversampling ist ein Taktgeber in der Klemme nötig, der die einzelnen Messwerterfassungen auslöst. Dazu wird die lokale Uhr in der Klemme genutzt, genannt Distributed Clock.

Die Distributed Clock stellt eine lokale Uhr im ESC dar mit den Eigenschaften:

• Einheit 1 ns
• Nullpunkt 1.1.2000 00:00
• Umfang 64 Bit (ausreichend für die nächsten 584 Jahre); manche EtherCAT-Slaves unterstützen jedoch nur einen Umfang von 32 Bit, d.h. nach ca. 4,2 Sekunden läuft die Variable über
• Diese lokale Uhr wird vom EtherCAT Master automatisch mit der Master Clock im EtherCAT Bus mit einer Genauigkeit < 100 ns synchronisiert.

In der EL126x ist nur ein Umfang von 32 Bit realisiert.

EtherCAT und Distributed Clocks Auf der Beckhoff Website können Sie eine grundlegende Einführung in das Thema EtherCAT und Distributed Clocks herunterladen.

Beispiel:

Der Feldbus/EtherCAT Master wird mit 1 ms Zykluszeit betrieben weil z.B. die übergeordnete SPS mit 1 ms Zykluszeit betrieben wird. Damit wird alle 1 ms ein EtherCAT-Frame zur Abholung der Prozessdaten der EL126x geschickt. Im ESC wird deshalb durch die lokale Uhr in der Klemme alle 1 ms (1 kHz) ein Interrupt ausgelöst, der die Prozessdaten rechtzeitig für den abholenden EtherCAT-Frame bereitstellt. Dieser erste Interrupt wird SYNC1 genannt.

Als Beispiel sei die EL126x im TwinCAT Systemmanager auf ein Oversampling n = 1000 eingestellt, siehe Auswahldialog Oversamplingfaktoren der EL1262 im TwinCAT SystemManager. Dadurch generiert der ESC in der Klemme einen zweiten Interrupt mit einer n-fach höheren Frequenz, hier also 1 MHz oder 1 µs Periode. Dieser Interrupt wird SYNC0 genannt. Bei jedem SYNC0-Signal wird die anliegende Spannung als digitaler Wert 0/1 erfasst und die ermittelten Werte nacheinander in einem Puffer abgelegt.

Durch die Generierung des SYNC0-Pulses aus der lokalen synchronisierten Uhr im Distributed Clocks Verbund ist gewährleistet, dass die Erfassung der Eingangswerte in zeitlich hochkonstant gleichen Abständen mit der Periode des SYNC1-Pulses erfolgt.

Der maximale Oversamplingfaktor ist abhängig vom Speicherumfang des eingesetzten ESC und beträgt bei der EL126x in der Version KKYY0200 n = 1000.

Die im Puffer gesammelten Werte werden als Paket an die übergeordnete Steuerung übergeben. Bei z.B. 2 Kanälen (EL1262) und n = 1000 werden so je EtherCAT-Zyklus 2 x 1000 Bit = 2000 Bit = 250 Byte Prozessdaten übermittelt.

Der Oversamplingfaktor der EL126x ist von 1 bis 1000 in vorgegebenen Werten einstellbar.

Abb.172: Auswahldialog Oversamplingfaktoren der EL1262 im TwinCAT SystemManager

Es ist zu beachten, dass sich die Ausprägung des Prozessabbildes der EL126x je nach Oversamplingfaktor ändert, siehe Beschreibung der Prozessdaten.

Oversamplingfaktor Bei der Berechnung des SYNC0 aus dem SYNC1-Puls durch die manuelle Vorgabe eines Oversamplingfaktors ist darauf zu achten, dass für SYNC0 nur ganzzahlige Werte im Nanosekundenabstand berechnet werden. Beispiel: 187,500 µs ist zulässig, 333,333 333…  µs nicht!  Andere Werte als die im Dialog angebotenen sind nicht möglich.Wird mit unplausiblen Werten gearbeitet, erreicht die Klemme zwar den OP-State, verhält sich aber  wie mit eingestelltem Oversampling-Faktor 1 und es stehen nur im 1. Bit gültige Daten. Beispiel: Bei SYNC1/EtherCAT Zyklus = 1 ms sind Oversamplingfaktoren wie 1, 2, 5 oder 100 zulässig, nicht aber 3!

Eingangscharakteristik

Die Eingangscharakteristik der EL126x entspricht EN61131-2:2003 Typ1.

Abb.173: Typische Eingangscharakteristik der EL1262, Beckhoff behält sich unangekündigte Änderungen vor!

Die Eingangsschaltung der EL12xx ist auf schnelle Signaländerungen und kürzest möglich Signalerfassung optimiert. Die Dauer, die eine Signaländerung als steigende/fallende Flanke vom Klemmpunkt an der Klemmenvorderseite bis zur Logik der zentralen Auswerteinheit (ESC) benötigt, liegt bei der EL12xx-Baureihe spezifiziert bei T_on/T_off < 1 µs, sowohl für steigende (T_on) wie für fallende Flanke (T_off). Durch diese geringe absolute Durchlaufzeit ist auch die Temperaturdrift der Durchlaufzeit sehr gering.

Es ist zu bedenken, dass die Eingangsbeschaltung keinerlei Filterung aufweist. Sie ist auf schnellste Signalübertragung vom Eingang zur Auswerteeinheit optimiert. Schnelle Pegeländerungen/Pulse im µs-Bereich treffen also ungefiltert/ungedämpft an der Auswerteeinheit ein. Gegebenenfalls sind geschirmte Leitungen zu verwenden um Umgebungseinflüsse auszuschließen.

Der Sensor/Signalgeber muss eine ausreichend steile Signalflanke erzeugen können. Das verwendete Netzteil sollte über ausreichend Reserven/Puffer verfügen, damit trotz kapazitiven/induktiven Zuleitungsverlusten das Signal die Klemme mit ausreichender Flankensteilheit erreicht.

Startverhalten

Ab dem Start des EtherCAT Feldbus benötigt die EL126x rund 60 Buszyklen, bis sie im OP-Zustand erstmals und fortlaufend Prozessdaten liefert.

Prozessdaten

Die EL126x bietet eine Reihe an Prozessdaten zur Übermittlung an,

Beispiel EL1262: im Default-Zustand stellt sich die Klemme im Systemmanager dar wie in Default-Zustand EL1262.

Abb.174: Default-Zustand EL1262

• Chx Cycle Count
  Der Zykluszähler der EL1262 - in jedem Zyklus zählt die EL1262 diesen 16 Bit Zähler um 1 hoch. Das kann zur Kontrolle der EL1262 auf verlorene Frames oder Datenwiederholungen verwendet werden. Die Zykluszähler beider Kanäle zeigen dabei denselben Wert an.
• Chx Input 0
  Je nach gewähltem Oversamplingfaktor werden hier die digitalen Eingangswerte aufgeführt, von 1 Bit bis 125 Byte je Kanal. Die Bytefolge entspricht zeitlich dem aufsteigenden Array-Index und die Bits eines Bytes werden zeitlich von rechts nach links, also vom niederwertigen (.0) zum höherwertigen (.7) Bit eingelesen
• Gap
  diese Variable dient nur als Platzhalter und ist kein verwendbares Prozessdatum
• NextSync1Time
  Wie oben aufgeführt löst der SYNC1-Interupt in der EL1262 im Gleichtakt mit dem Feldbus das Bereitstellen der gesammelten Prozessdaten aus. Außerdem ist der Zeitpunkt des SYNC1-Interupts gleich dem Zeitpunkt des ersten SYNC0-Interupts, der das Einlesen der Eingänge bestimmt. Der in einem EtherCAT-Zyklus von der EL1262 übermittelte Wert NextSync1Time ist dabei der Startwert des nächsten SYNC1-Interupts, aufgelöst mit 32 Bit (s. Distributed Clocks). Das Prozessdatum NextSync1Time  kann im Reiter ProcessData abgeschaltet werden. Mit NextSync1Time  kann der Einlesezeitpunkt jedes einzelnen Samples im Rahmen der Distributed Clocks Genauigkeit bestimmt werden.

Präsentation Chx Input Das Prozesdatum Chx Input muss einen sehr großen Wertebereich abdecken, von 1 Bit bis 1000 Bit. Um die Darstellung im Konfigurationsbaum und die Verknüpfung mit Task-Variablen dennoch übersichtlich zu halten, stellen sich die Chx Input-Variablen je nach Umfang als Bit oder Byte dar. Oversamplingfaktor <= 100: Darstellung als einzelne Bits Oversamplingfaktor > 100: Zusammenfassung der Bits in ganzen Bytes. Die Task, die die Prozessdaten der EL126x empfängt, muss also im einen Fall mit einem Array an Bits, im anderen Fall mit einem Array an Bytes aufwarten.

Tipps zum Betrieb

Distributed Clocks Einstellungen

In den erweiterten Einstellungen der EL126x zu den Distributed Clocks kann der Zeitpunkt des SYNC1-Interupts etwas vorverlegt werden, siehe Beispiel erweiterte Einstellungen EL1262, Distributed Clocks. Durch die Checkbox "Based on Input Reference" wird der SYNC1-Interrupt um einige µs vorverlegt. Weitere Informationen dazu siehe Systembeschreibung Distributed Clocks.

Abb.175: Erweiterte Einstellungen EL1262, Distributed Clocks

Verknüpfung umfangreicher Variablen

Wenn Sie größere Speicherbereiche mit fortlaufenden Variabeln verknüpfen wollen, können Sie die Option "Change Multi Link" benutzen, siehe dazu folgenden Ablauf:

Abb.176: Markieren der Variablen in der Klemme mit der Maus

Abb.177: Rechtsklick, Change Multi Link

Abb.178: Entsprechende Variablenmenge aus der Task wählen