EtherCAT Distributed Clocks - Kopplung von EtherCAT Systemen

Ein EtherCAT System mit Distributed-Clocks-Nutzung weist folgende Eigenschaften auf:

• es wird an der Steuerung/IPC ein Ethernet Port benutzt
  Hinweis: bei Kabelredundanz werden zwei Ethernet Ports benutzt; die Kombination von Distributed Clocks (DC) und Kabelredundanz ist jedoch nur mithilfe des Gerätes CU2508 möglich, s. entsprechende Gerätedokumentation.
• bis zu 65535 Slaves werden an diesem Port von einem Realtime-EtherCAT Master zyklisch/azyklisch mit Prozessdaten versorgt.
• der erste DC-fähige EtherCAT Slave im System stellt die ReferenceClock (Abb. Topologie Distributed Clocks System: "M") dar, nach der alle nachfolgenden Slaves synchronisiert werden (Abb. Topologie Distributed Clocks System: "S")
• um die Echtzeit synchron zu dem DC-Umfeld zu halten, wird die interne TwinCAT Echtzeit Uhr ebenfalls dieser Feld-ReferenceClock nachgeführt.

Es kann also nur eine Referenzuhr an einer TwinCAT Steuerung geben, die die TwinCAT Echtzeit synchronisiert. Alle anderen EtherCAT Systeme müssen sich bzw. ihre lokale ReferenceClock nachregeln. Trotzdem behalten alle EtherCAT Systeme ihre lokale ReferenceClock im jeweils ersten DC-EtherCAT-Slave. Darauf ist in den folgenden Einstellungen Rücksicht zu nehmen.

In den erweiterten Einstellungen des EtherCAT Masters kann die Synchronisierungsrichtung eingestellt werden.

Wird mehr als ein EtherCAT System auf einer TwinCAT Steuerung verwendet, ist also mehr als ein "EtherCAT Device" in der I/O-Konfiguration enthalten und benutzen einige oder alle davon Distributed-Clocks-Funktionen, ist wie folgt vorzugehen:

• ein System wird in den DC-Einstellungen auf "Independent mode" gesetzt.
  In diesem System sitzt eine ReferenceClock in einem Slave und regelt alle anderen Slaves in diesem System nach. Ebenso wird die TwinCAT Echtzeit dieser Uhr frequenzsynchron nachgeführt.
• alle anderen DC-Systeme sind auf "Slave-Mode" zu stellen.
  In diesen Systemen sitzen ebenfalls die lokalen ReferenceClocks zur Synchronisierung der nachfolgenden Teilnehmer. Allerdings wird diese ReferenceClock während des EtherCAT Starts und später auch fortlaufend der TwinCAT Zeit nachgeführt und im Folgenden als "nachgeführte ReferenceClock" bezeichnet.

Hinweise - Diese DC-Kopplung ist erst ab TwinCAT 2.11 möglich - Als "nachgeführte ReferenceClock" sind ausschließlich EtherCAT Slaves ohne Eigenintelligenz/Firmware zu verwenden. Solche Slaves sind dadurch erkennbar, dass sie keine CoE/SoE oder keine Prozessdaten besitzen. Einfache digitale Ein/Ausgangsklemmen (EL1202-0100, EL2202-0100) oder Koppler (EK1100) kommen hier in Frage. ACHTUNG! Es dürfen nur Geräte als ReferenceClock ausgewählt werden, die dies auch unterstützen. Es sind die Hinweise im Kapitel "Standardeinstellung DC" zu beachten. Wird dies nicht beachtet, kann es zu folgenden Effekten kommen: DC-Teilnehmer in den unterlagerten Systemen gehen nicht in OP-State bzw. bleiben in PREOP; Teilnehmer fallen wegen „SyncLost“ aus der Synchronisierung und dem OP-State.

Nachführungsgenauigkeit

Wie in Abb. DC-Kopplung EtherCAT-Systemen ersichtlich muss eine Kette von Synchronisierungen bis zur "nachgeführten ReferenceClock" über die TwinCAT Steuerung durchgeführt werden. Dadurch wird nur eine reduzierte Regelungsgenauigkeit der EtherCAT-Systeme untereinander erreicht. Es ist in der Anwendung zu prüfen, ob dieser Ansatz langfristig den applikativen Ansprüchen an Regelungsgenauigkeit und Stabilität genügt.

Für höchste Synchronisierungsgenauigkeit entwickelt ist der Port-Multiplier CU2508. Er unterstützt bis zu 8 angeschlossene EtherCAT-Systeme bzw. 4 mit gleichzeitiger Kabelredundanz. Er ermöglicht auch die Kombination von Distributed-Clocks-Funktion und Kabelredundanz. In der Konfiguration ist der CU2508 transparent, es sind also weiterhin eigenständige EtherCAT Devices in der Konfiguration sichtbar.

Weitere Information siehe die Dokumentation CU2508.