EtherCAT - Einrichten der Busklemmen

Benötigte Hardware für die Beispielkonfiguration:

• Embedded PC CX1020
  - CPU Grundmodul C1020-0123: 512 MB Flash-Speicher, WindowsXP embedded
  - Systemschnittstelle CX1020-N010: eine DVI-I und zwei USB Schnittstellen.
  - Netzteil CX1100-0004 mit EtherCAT-Interface
• oder einen konventionellen IPC mit Windows 2000, XP oder Vista und mindestens einem freien Ethernet Port.
  - ein EK1100 EtherCAT Buskoppler
• EtherCAT I/O-Klemmen:
  - EL2004: 4-fach Digital-OUT, 24V DC, 0,5A, typische Schaltzeit 90 µs
  - evtl. sind weitere I/O-Klemmen vorhanden

Dieses Beispiel beschreibt den Vorgang an einem Embedded PC CX1020. Es ist aber auf jeden anderen PC (dann in Verbindung mit einem EtherCAT Koppler EK1100) übertragbar.

Aufbau der Klemmen:

Bauen Sie den CX1020 auf, wie in der unteren Zeichnung dargestellt. Die Abbildung zeigt eine Beispielkonfiguration.

Versorgen Sie den CX1020 mit 24 V.

Hardware Dokumentation

Nähere Informationen zum Hardware Anschluss entnehmen Sie bitte der gesonderten Hardware Dokumentation.

TwinCAT Realtime Server starten

Starten Sie nun, falls noch nicht geschehen, den TwinCAT Realtime Kernel im 'Konfig-Modus', damit der TwinCAT Message Router aktiv ist.

TwinCAT System Manager starten

Nachdem das System gestartet wurde, ändert sich die Farbe des Icons von rot auf blau. Starten Sie jetzt den TwinCAT System Manager.

Die Elemente des TwinCAT System Manager

In der obersten Zeile steht der Name des Projektes, hier noch unbenannt, darunter befindet sich die Menüleiste und die Toolbar. Der untersten Zeile ist der Status des Systems zu entnehmen, in diesem Bild läuft das System (zu erkennen an der Einstellung 'Echtzeit'). Die beiden großen Fenster in der Mitte enthalten die Konfiguration des Systems. Nachfolgend wird mit dem Beispielprogramm diese Konfiguration durchgeführt.

Im linken Fenster ist die Systemkonfiguration als Baumstruktur dargestellt. Sie besteht aus den drei Hauptpunkten:

Ggf. sind noch weitere Systemkomponenten aufgelistet (z.B. Nocken - oder NC-Konfiguration).

SPS Konfiguration

Damit TwinCAT auf die Variablen des Beispielprogramms 'Maschine' zugreifen kann, muss das SPS-Projekt dem System Manager bekannt gegeben werden. Betätigen Sie dazu die rechte Maustaste, wenn sich der Mauszeiger über 'SPS - Konfiguration' befindet.

Wählen Sie dort 'IEC Projekt Anfügen'. Daraufhin öffnet sich folgendes Fenster, mit dem das SPS Projekt ausgewählt wird:

Wechseln Sie in das Verzeichnis '\TwinCAT\Samples\FirstSteps\' und wählen Sie das Beispielprogramm 'Maschine.tpy' aus.

Unterhalb von 'SPS - Konfiguration' wurde nun ein weiterer Punkt ergänzt, der den Namen des SPS-Projektes trägt.

Ob ein Eintrag einen weiteren Unterpunkt enthält, erkennen Sie an den -Zeichen und an den +Zeichen. Durch Anklicken dieser Symbole öffnen bzw. schließen sich die darunter liegenden Einträge. Wenn Sie den Baum so weit wie möglich öffnen, erhalten Sie folgende Struktur:

Im oberen Bild sehen Sie, dass Ihr Beispielprogramm eine Task namens 'Standard' enthält.

Gerät hinzufügen

Die E/A Geräte werden auf die gleiche Art wie die SPS Konfiguration angefügt. TwinCAT bietet Ihnen die Möglichkeit, die E/A-Komponenten automatisch zu einzulesen.
Wenn sich der Mauszeiger über E/A-Geräte befindet, können Sie mit der rechten Maustaste ein Kontextmenü öffnen, aus dem Sie den Eintrag 'Gerät Suchen' auswählen müssen. Sie können dies auch über die Menüleiste mit dem 'Zauberstab'-Symbol erledigen (roter Pfeil).

Es erscheint ein Hinweis, dass nicht alle Geräte automatisch erkannt werden können -> 'OK'.

TwinCAT durchsucht nun die angeschlossene Peripherie und listet die gefundenen Geräte auf -> 'OK'.

Der System-Manager will nun an den Kanälen des CX1020 nach Boxen (Buskopplern, Busklemmen Controllern oder Feldbus Box Modulen) suchen. -> 'OK'.

Der System Manager möchte nun den Free Run Modus aktivieren. Klicken Sie auf 'Ja'.

(Das Konfig-Modus Feature erlaubt das direkte Testen der I/O-Hardware, indem Ausgänge geschrieben werden können, ohne erst ein lauffähiges SPS Programm erstellen zu müssen.)

Der System Manager zeigt nun die gefundene I/O-Konfiguration an:

Sie können die Standardbezeichnungen (Gerät 1, Box 1, Klemme 2, usw.) umbenennen. Führen Sie dazu einen langsamen Doppelklick auf den entsprechenden Namen aus, und geben Sie die neue Bezeichnung ein.

Variablen den Aus-/Eingangskanälen zuweisen

Bis zu dieser Stelle wurde die komplette Hardware, die für das obige Beispielprogramm benötigt wird, konfiguriert. Als nächstes müssen die einzelnen Variablen aus dem SPS-Projekt den einzelnen Ein-/Ausgangskanälen zugewiesen werden. Doppelklicken Sie dazu auf die Variablen des Programms, die Sie zuordnen möchten. Es öffnet sich ein Dialogfenster, in dem die passenden Ein-/Ausgangskanälen der angeschlossenen Peripherie aufgelistet sind. Sie sehen die 4 Ausgangskanäle aufgelistet, die noch nicht belegt sind. Wählen Sie für alle Variablen die gewünschten digitalen Ausgabe-Kanäle aus.

Belegung der Busklemmen (an der Beispielkonfiguration)

Projekt speichern

Sie sollten an dieser Stelle die Konfiguration abspeichern, damit Sie später wieder darauf zugreifen können. Führen Sie dazu aus dem Menü 'Datei' den Befehl 'Speichern unter...' aus.

Zuordnung erzeugen

Sie haben jetzt die gesamte System-Konfiguration für das obige Beispielprogramm durchgeführt. Sie müssen jetzt die Zuordnung für die Registry erzeugen. Gehen Sie dazu auf den Befehl 'Zuordnung erzeugen' im Menü 'Aktionen'. Unterhalb des Baumeintrags 'Zuordnungen' sehen Sie jetzt 'Maschine (Standard) - Gerät 2 (EtherCAT)'. Klicken Sie diesen Eintrag an. Daraufhin öffnet sich folgendes Fenster auf der rechten Seite:

Sie können festlegen, ob der Datenfluss von A nach B oder von B nach A angezeigt werden soll. Hierbei entspricht das Image A dem Prozessabbild der SPS-Variablen, also den Ein-/Ausgangsvariablen. Image B enthält das Prozessabbild der E/A-Geräte, in diesem Fall vom EtherCAT-Buskoppler. Jede Variable oder Busklemme ist farblich im Prozessabbild hervorgehoben. Wenn Sie mit der Maus auf eine dieser Flächen stehen bleiben, erscheint ein kleines Anzeigefeld, in dem die genaue Bezeichnung dargestellt wird. Mit der rechten Maustaste können Sie das Bild zoomen.

Konfiguration in Registry schreiben

Als letzter Schritt muss die Konfiguration in die Registry gespeichert werden, da beim Starten von TwinCAT nur die dort abgespeicherten Informationen ausgewertet werden. Führen Sie aus dem Menü 'Aktionen' den Befehl 'Aktiviert Konfiguration...' aus. Falls eine ältere Konfiguration dort schon abgespeichert ist, erscheint eine Sicherheitsabfrage, die Sie bestätigen können.

TwinCAT neu starten

TwinCAT möchte nun im 'Run Modus' neu starten um die Änderungen zu übernehmen.

Durch die neuen Konfiguration ist nun das zuvor auf die Steuerung geladene Programm nicht mehr vorhanden. Die LED an den Busklemmen blinken.

Öffnen Sie nun wieder das Programm 'PLC Control' und führen Sie im Menü 'Online' den Befehl 'Einloggen' aus. Es erscheint die Meldung: Kein Programm auf der Steuerung! Bestätigen Sie mit 'OK', woraufhin das Programm auf die SPS geladen wird.

Mit 'Online' -> 'Start' beginnt die Programmabarbeitung mit der neuen Konfiguration. An der Busklemme EL2004 werden jetzt die einzelnen SPS-Variablen ausgegeben. Dies ist am Leuchten der LEDs an den Busklemmen zu erkennen.

Boot-Einstellungen

Sobald Sie die SPS neu starten, müssen Sie ihr Projekt erneut laden. Sie können jedoch auch ein Boot-Projekt erzeugen. Diese bleibt in der Registry gespeichert und startet, sobald der TwinCAT-RealTime-Server gestartet wird, vorausgesetzt, die Konfiguration hat sich nicht geändert.
Konfigurieren Sie dafür zunächst im System Manager-Menü 'SPS-Konfiguration' unter der Registerkarte 'SPS Einstellungen', wo auch die Anzahl der zur Verfügung stehenden Laufzeitsysteme festgelegt werden kann, welches Laufzeitsystem ein Boot-Projekt aufnehmen soll.

Die entsprechenden Programme müssen Sie zunächst im System-Manager mit 'SPS-Projekt anfügen' laden, anschließend die E/As verknüpfen und die Konfiguration aktivieren. Nun müssen Sie mit TwinCAT PLC-Control für jedes zugehörige SPS-Programm nach dem Einloggen ('Online' -> 'Einloggen') noch den Befehl 'Online' -> 'Erzeugen eines Bootprojektes' ausführen. Ebenso können Sie es mit dem entsprechenden Befehl wieder löschen. Achten Sie hierbei darauf, dass die zugehörigen Laufzeitsysteme übereinstimmen. Loggen Sie sich wieder aus und schließen Sie PLC-Control.
Speichern Sie Ihr System-Manager-Projekt.

Boot-Projekt bleibt erhalten Wird das Boot-Projekt nicht überschrieben oder gelöscht, bleibt es solange in der SPS geladen, bis Sie ein neues Boot-Projekt für dieses Laufzeitsystem erstellen oder es löschen.

Soll TwinCAT beim Systemstart automatisch ein oder mehrere SPS-Programm(e) abarbeiten, müssen zunächst die Anzahl der Laufzeitsysteme festgelegt werden und die Bootprojekte geladen werden (siehe oben).
Öffnen Sie nun über den TwinCAT-Button in der Taskleiste das Menü 'Eigenschaften':

In der Registerkarte 'System' müssen Sie die Option 'Enable' unter 'Auto-Boot' aktivieren. Soll der SPS-Programmstart vollständig ohne Ihr Eingreifen von statten gehen, müssen Sie zudem noch Ihre Login-Daten für 'Auto Logon' eingeben. Ist dieser Punkt nicht aktiviert, bedarf es nach dem Systemstart zunächst einer Benutzer-Anmeldung:

Die Einstellungen für 'Auto-Boot' sind identisch mit der Einstellung 'System-Konfiguration' -> 'Boot-Einstellungen' im System Manager.
Ebenso die Einstellungen der Registerkarte 'PLC' mit den Einstellungen unter 'SPS-Konfiguration' -> 'SPS Einstellungen' im System Manager:

Nach einem Neustart des Systems wird TwinCAT (Auto-Logon vorausgesetzt) im 'Run'-Modus starten und die geladenen und freigegebenen Boot-Projekte selbstständig beginnen abzuarbeiten.