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FEBBRAIO 2015
FIELDBUS & NETWORKS
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Fieldbus & Networks
V
eloce, flessibile e preciso: quando si
tratta di realizzare funzioni di movi-
mento complesse Ethercat rappre-
senta una delle tecnologie Ethernet
industriale più veloci disponibili.
Inoltre, grazie al suo particolare principio di funzio-
namento, Ethercat permette il controllo dei movi-
menti singolarmente, in modo esatto e a elevata
velocità. E nel settore del trasporto di materiali
l’industria è sempre alla ricerca di nuove soluzioni.
Gli azionamenti utilizzati in un impianto devono
infatti essere in grado di trasferire i prodotti velo-
cemente, con precisione e in modo affidabile. Al
contempo, cresce l’esigenza da parte degli utenti
finali di dotarsi di tecniche costruttive che portino
a un risparmio di spazio nelle nuove macchine e
impianti. Con la tecnologia XTS (eXtended Tran-
sport System), Beckhoff è riuscita a soddisfare ef-
ficacemente queste esigenze: il sistema combina i
vantaggi derivanti dagli assi rotativi e lineari tradi-
zionali, aprendo nuove strade nel settore del tra-
sporto di materiali e consentendo la realizzazione
di un azionamento che unisce al principio base
del motore lineare una proprietà fondamentale: il
movimento su un percorso circolare. In particolare,
il movimento circolare dell’azionamento si ottiene
mediante il concatenamento di uno o più ‘mover’
privi di cavi, che possono esseremovimentati su un
percorso vario emodulare fino a 4m/s grazie a una
successione di poli magnetici. I poli magnetici ven-
gono controllati attraverso azionamenti presenti in
ogni modulo, i quali sono chiamati a gestire cia-
scuno un numero continuamente variabile di mover. Per poter trasferire
i mover da un modulo all’altro senza discontinuità, il controllo deve av-
venire in modo centralizzato. A ciò si aggiunge la necessità di gestire un
elevato numero di sensori di posizione e poli magnetici nel sistema. Ogni
30 mm si trova un sensore di posizione, il quale, esattamente come i poli
magnetici, deve scambiare informazioni in modo preciso con un tempo
ciclo di 250 μs. Per rendere possibile ciò, si devono trasmettere circa 80
Mbps di dati di processo ciclici per ogni 3 m di sviluppo dei moduli mo-
tore. Essendo XTS un azionamento di precisione, tali dati devono essere
ovviamente letti e inviati in assenza di jitter. L’elevata sincronizzazione
dei partecipanti alla comunicazione è perciò altrettanto necessaria e, nel
caso di elevate lunghezze del sistema, essa comporta anche l’allinea-
mento tra i riferimenti temporali di reti Ethercat diverse.
Impensabile senza Ethercat
Nello sviluppo della tecnologia XTS un ruolo fondamentale hanno rive-
stito le specifiche del sistema di comunicazione. Nel soddisfare queste
ultime, decisivo è stato soprattutto il principio di funzionamento di Ether-
cat. Contrariamente a quanto avviene con le tecnologie classiche, infatti,
in Ethercat i frame Ethernet vengono processati dai dispositivi slave ‘on-
the-fly’, cioè ‘al volo’. Ogni nodo estrae dai frame i dati a lui destinati e
scrive all’interno degli stessi le proprie informazioni, senza la necessità
che i telegrammi vengano ricevuti, elaborati e poi ritrasmessi. Ciò fa sì
che i frame vengano processati dai vari Ethercat Slave Controller in suc-
cessione e con un ritardo trascurabile, principio questo da cui derivano
tutte le vantaggiose proprietà di Ethercat. La percentuale di dati utili
scambiati arriva fino al 95%del bit rate, in quanto l’‘overhead’ del frame
Ethernet viene aggiunto solamente una volta ogni 1.500 byte di dati di
processo e non, come normalmente avviene, una volta per ogni nodo e
per ogni direzione. In questo modo, anche limitandosi a una velocità di
trasmissione di 100 Mbps, si possono ottenere gli 80 Mbps richiesti.
Dato poi che gli stessi frame possono essere utilizzati per i dati sia di
input sia di output, Ethercat mette a disposizione una banda ‘full-duplex’,
la quale consente il massimo sfruttamento del mezzo fisico di comunica-
zione: con 100 Mbps di velocità di trasmissione è idealmente possibile
trasmettere fino a 200 Mbps. Inoltre, i ritardi introdotti dall’esecuzione
degli stack software non giocano nessun ruolo, poiché gli Ethercat Slave
Controller processano i frame a livello hardware. I dati di processo ven-
gono messi a disposizione dell’applicazione locale immediatamente
dopo il processamento e senza ritardo alcuno. Grazie ai clock presenti
LA MODERNA CONCEZIONE DI AUTOMAZIONE
RICHIEDE SOLUZIONI DI COMUNICAZIONE ALTAMENTE
PERFORMANTI: ETHERCAT RAPPRESENTA IN QUESTO
SENSO UNO STANDARD E RENDE POSSIBILI SOLUZIONI
IMPLEMENTATIVE NUOVE
INNOVAZIONE
MECCATRONICA
‘ETHERCAT ENABLED’
di
Martin Rostan
I principali elementi costitutivi del sistema XTS