Mit intelligenten EtherCAT Slave Controllern Kürzere Entwicklungszeit für Encoder mit EtherCAT-Schnittstelle

Warum sollte ein Sensor eine EtherCAT-Schnittstelle haben? Mit einer Synchronisationsgenauigkeit im Bereich von Nanosekunden und reichlich verfügbarer Bandbreite stellt EtherCAT die besten Voraussetzungen für einen Sensor her.

Die Trinamic-Slave-Controller-Linie ist mit Echtzeitperipherie zur schnellen Entwicklung von Drives oder Sensoren ausgestattet und bei MEV erhältlich: »Besonders für unsere Sensor-Kunden ist eine Lösung interessant, bei der Grundfunktionalität und Schnittstelle kombiniert ist, weil hier selten verschiedene Interfaces gleichzeitig gefordert werden. Mit einem TMC846x-Slave-Controller ist es sehr einfach, einen Sensor mit EtherCAT platzsparend und kostengünstig aufzubauen«, sagt Guido Gandolfo, Produkt Line Manager von MEV. Durch die verschiedenen Adaptionsmöglichkeiten über a/b/n-Encoder-Interface, SPI und freien I/Os, seien unzählige Applikationen möglich.
So kann beispielsweite ein Positionsgeber oder Encoder für die Kinematik einer Maschine im Bussystem eingebunden werden, anstatt ihn direkt mit dem Drive oder einer PLC verkabeln zu müssen. Die Netzwerk- und Verdrahtungstopologie kann so an die Erfordernisse der Anlage angepasst werden, ohne aufwändige und teure parallele Verdrahtungen für Geber vorsehen zu müssen.

Um einen der Kernvorteile von echtzeitfähigen Industrial-Ethernet-Bussystemen – die hohe Synchronisationsgenauigkeit – voll ausschöpfen zu können, ist es unerlässlich, die Latenzen im Datenpfad so klein wie möglich zu halten. Ein Prozessor, der die Sensordaten einliest und durch seinen Software-Stack routet, ist also eher kontraproduktiv und muss entsprechend der geforderten Bandbreite dimensioniert werden.

Die TMC846x-Familie ermöglicht eine direkte Anbindung von a/b/n-Inkrementalgebern oder auch SPI-basierten Sensoren an den Slave Controller über einen speziellen I/O-Block. Dort werden die Sensordaten intern unmittelbar in den Prozessdatenspeicher gemappt und stehen damit ohne Verzug mit dem folgenden Bustakt im Prozessdatenobjekt zur Verfügung. Auch Sensoren mit I²C-Interface finden direkten Anschluss an den Baustein. So funktioniert der Sensor zusammen mit dem TMC846x-Slave-Controller und einem EEPROM für die Konfiguration als einfachster EtherCAT-Slave. Im Device-Emulationsmodus kann auf einen zusätzlichen Prozessor komplett verzichtet werden. Das Device verhält sich dann als „Simple-Slave“, ähnlich wie die verbreiteten I/O-Busklemmen.

Auch für den Aufbau von kleinen Drives für Schritt- oder BLDC-Motoren bietet der I/O-Block die passenden Schnittstellen: über Takt- & Richtungssignale (Step/Direction) können bis zu drei Schrittmotor-Endstufen angesteuert werden. Für PWM-gesteuerte Treiberstufen stehen bis zu vier PWM-Kanäle zur Verfügung.


Schneller entwickeln mit Referenzdesign

Zur beschleunigten Entwicklung verschiedenster EtherCAT-Slaves gibt es ein Referenzdesign, das in die modulare Evaluations-Plattform „Landungsgbrücke“ von Trinamic eingebunden ist. Mit verschiedenen Endstufenboards können schnell und modular Drives für verschiedenste Motortypen und Ausgangsleistungen konfiguriert werden. Alle Boards sowie Muster und Preisinformationen sind bei MEV erhältlich. Alle Referenzdesigns sind als Eagle-Projekte frei verfügbar. Das Evaluationsboard kann im Device-Emulationsmodus arbeiten oder mit einem der verfügbaren Prozessorboards inclusive Beispielstack als vollwertiger Slave mit State-Machine betrieben werden. Für Mitglieder der EtherCAT Technology Group (ETG) steht ein Sample Stack zur Verfügung, der auch für verschiedene andere Prozessoren kompiliert werden kann, so dass auch der eigene – bevorzugte – Prozessor an das Evaluationsboard angeschlossen werden kann.
»Trinamic hat eine lange Historie mit Embedded-Antriebssteuerungen mit High-Level-Bus-Systemen und integrierten Schaltkreisen für Antriebssteuerungen«, erklärt Stephan Kubisch, Entwicklungsleiter von Trinamic.
»Es war ein logischer Schritt, die Unterstützung für das in unserem Markt wichtigste und meistverbreitete Industrial-Ethernet-System weiter auszubauen und einen Slave-Controller zu entwickeln, der besondere Unterstützung für die typischen Peripheriefunktionen in einem Antriebstechnischen System bietet.«