Rede EtherCAT: Comunicação Industrial em Tempo Real

Nessa aula vamos aprender o que é EtherCAT e ver suas características que o tornam único.

Nessa aula vamos realizar a comparação do EtherCAT com as principais redes Ethernet industriais de mercado.

Vamo ver como o EtherCAT é comparado as rede PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP e Ethernet POWERLINK.

O EtherCAT foi desenvolvido para eliminar as ineficiências das rede ethernet padrão e criar um protocolo de tempo real, determinístico e sincronizado.

Nessa aula vamos ver quais são as ineficiências da Ethernet padrão e como o EtherCAT melhora cada uma delas.

O principio funcional chave do EtherCAT está na forma como seus nós processam os quadros Ethernet.

Cada nó lê os dados endereçados a ele e escreve seus próprios dados de volta no quadro enquanto o quadro segue o seu caminho pela rede.

Nessa aula vamos estudar o quadro EtherCAT e comparar com o quadro ethernet padrão.

Nesta aula vamos conhecer as topologias que o EtherCAT trabalha assim como descobrir quantos equipamentos podemos utilizar em uma rede EtherCAT.

O EtherCAT é conhecido por sua flexibilidade de topologia, e um dos segredos por trás disso é a sua topologia de anel interno.

Mas o que isso significa na prática?

Vamos descobrir nesta aula.

Nessa aula vamos aprender um conceito bem importante dos dispositivos EtherCAT que são as portas do dispositivo pela visão dos slaves.

Antes que um dispositivo de hardware EtherCAT possa se comunicar adequadamente com o fieldbus, ele deve passar por esta máquina de estado EtherCAT. Vamos conhecer essa máquina de estado nessa aula.

O EtherCAT é um protocolo de comunicação industrial que se destaca pela altíssima sincronização entre os dispositivos da rede.

Essa sincronização é possível graças ao recurso de relógios distribuídos (Distributed Clocks - DC), que são incorporados diretamente no hardware dos escravos EtherCAT.

Além de ser uma rede extremamente rápida e sincronizada, o EtherCAT também conta com um protocolo de segurança funcional para aplicações industriais: o Safety over EtherCAT (FSoE).

Uma das principais razões para a adoção do EtherCAT na indústria é seu desempenho excepcional.

Entre as redes industriais baseadas em Ethernet, o EtherCAT se destaca como a mais rápida, garantindo altas taxas de atualização, tempos de resposta extremamente curtos e sincronização em nível de nanosegundos.

Mas por que isso é tão importante?

Uma das grandes vantagens do EtherCAT em comparação com outras redes industriais baseadas em Ethernet é a simplicidade no endereçamento dos dispositivos. Em muitos protocolos, é necessário configurar manualmente endereços IP ou MAC, exigindo conhecimentos avançados de redes. No EtherCAT, isso não é necessário, tornando a configuração e manutenção muito mais fáceis.

Na rede EtherCAT, os dispositivos escravos (Slaves) são configurados por meio de um arquivo chamado ESI (EtherCAT Slave Information). Esse arquivo desempenha um papel semelhante ao GSDML na Profinet ou ao EDS na EtherNet/IP.

O EtherCAT Automation Protocol (EAP) é uma variante do EtherCAT, projetada para permitir a comunicação entre controladores (Control-to-Control - C2C) dentro de uma rede industrial.

Embora o EtherCAT seja conhecido por sua comunicação ultrarrápida e baseada em cabo Ethernet, também é possível integrar dispositivos wireless à rede usando o EtherCAT Automation Protocol (EAP). Vamos entender como isso funciona.

Vamos resumir como a EtherCAT aumenta a velocidade do sistema de controle

Nessa primeira aula da nossa prática vamos falar sobre os Mestres EtherCAT e apresentar uma plataforma que nos permite transformar nosso PC em um mestre para rede EtherCAT. Vamos conhecer o TwinCAT 3 e ver como configura-lo para comandar nossos escravos EtherCAT.

E recomendado que o PC que vai rodar o mestre EtherCAT utilize alguma das seguintes interfaces de rede:

1. Intel I210

2. Intel I211

3. Intel I350

4. Intel 82574L

5. Intel 82576

6. Intel 82580

Nessa aula vamos aprender como adicionar um escravo EtherCAT a nossa rede criada no TwinCAT 3.

Veremos como fazer isso de forma manual e também de forma automática, além de ver outros detalhes.

Nessa aula vamos aprender como realizar o mapeamento e link entre nossos IOs digitais dos nossos cartões EtherCAT com as variáveis dos programas do CLP na plataforma TwinCAT 3.

Nessa aula vamos aprender como realizar o mapeamento e link entre nossos IOs analógicos dos nossos cartões EtherCAT com as variáveis dos programas do CLP na plataforma TwinCAT 3. Como exemplo vou usar um cartão analógico módulo de entrada de resistência RTD.

No contexto do EtherCAT, os parâmetros especiais CoE referem-se aos objetos definidos na especificação CANopen over EtherCAT (CoE) que permitem configurar e acessar características avançadas de dispositivos EtherCAT como drives, sensores, módulos de E/S, entre outros.

O que é CoE?

CoE (CANopen over EtherCAT) é um dos perfis de comunicação disponíveis no EtherCAT, que utiliza o modelo de objeto do protocolo CANopen para organizar e acessar dados nos dispositivos.

Ele utiliza o chamado Object Dictionary (OD), que é uma tabela de parâmetros numerados por índices e subíndices. Esses parâmetros controlam todas as funcionalidades do dispositivo, como:

• Configurações operacionais (modo de operação, limites, filtros)

• Dados de processo (entradas e saídas)

• Parâmetros de diagnóstico e status

Os parâmetros especiais CoE são entradas específicas do dicionário de objetos que vão além das configurações padrão e servem para ajustes detalhados, funções específicas do fabricante ou comportamento personalizado do dispositivo.

Exemplos de parâmetros especiais:

• Index 0x10F1 a 0x1FFF: muitas vezes reservados para funções especiais.

• Parâmetros do tipo "Manufacturer Specific": definidos pelo fabricante para funcionalidades proprietárias.

• Modos avançados de operação: como filtros digitais, compensação de posição, rampas especiais, etc.

Continuando nossos estudos sobre os parêmetros CoE vamos falar sobre a retenção desses parametros e conhecer a startup list entendendo sua aplicação e importância para dispositivos EtherCAT, principalmente quando se necessita substituir equipamentos.

Para fechar o assunto de parâmetros CoE vamos aprender como resetar um módulo etherCAT para os padrões de fábrica e assim garantir que os parâmetros CoE não tenham nenhuma alteração que possa levar o dispositivo a um comportamento inesperado.

Nessa aula vamos conhecer uma CPU da Beckhoff CX8090 que vamos utilizar nas aulas práticas.
Estarei inserido cartões de IOs nela e o terminador de barramento.
A partir da próxima aula vamos aprender a configura-la na plataforma de programação TwinCAT 2 da Beckhoff.

Nessa aula vamos aprender como configurar o hardware da CPU CX8090 e da remota EK1100 juntos com os seus cartões EtherCAT no system Manager do TwinCAT 2.

Nessa aula vamos ver na prática os conceitos de endereçamento dos dispositivos EtherCAT.

Agora vamos aprender a fazer o mapeamento dos IOs dos nossos dispositivos EtherCAT.

O que é o arquivo ESI no EtherCAT?

ESI significa EtherCAT Slave Information.

Ele é um arquivo XML padronizado, fornecido pelo fabricante de cada escravo EtherCAT (slave), e descreve todas as características técnicas e de comunicação do dispositivo.

Para que serve na prática?

Nas plataformas de engenharia como o TwinCAT, você precisa importar o ESI file para que o TwinCAT System Manager consiga:

1. Reconhecer corretamente o dispositivo EtherCAT

2. Mostrar as opções certas de mapeamento de PDOs

3. Permitir que você adicione comandos no Startup

4. Usar os objetos CoE disponíveis.

Analogia didática:

Imagine que o ESI é o “manual técnico digital” do dispositivo, que o TwinCAT lê para saber:

• Onde estão os dados de entrada e saída

• Como configurar o dispositivo

• Que comandos são válidos

• Como “falar a língua” daquele slave EtherCAT

Curiosidade técnica:

• O ESI não é carregado no dispositivo, ele serve apenas para o mestre

• O dispositivo físico informa seus dados via EEPROM interna, e o TwinCAT compara com o ESI para confirmar compatibilidade.

Nessa aula aprendemos como configurar o drive da Lichuan no System Manager do TwinCAT assim como editar os PDOs para mapear com as variáveis do nosso programa.
Realizamos todos os passos necessários para deixar o drive comissionado e pronto para ser operado pelo CLP via rede EtherCAT.

Nessa aula vamos aprender como manipular as palavras de Controle e Status do Drive via rede EtherCAT para controla-lo no modo de posicionamento.

Nessa aula vamos conhecer alguns recursos interessantes da plataforma TwinCAT que podem ajudar no diagnóstico de dispositivos em uma rede EtherCAT.

Em alguns casos, pode ser muito difícil detectar um problema em uma rede EtherCAT, por exemplo, quando você perde quadros completos em algum ponto da rede de tempos em tempos. Se o quadro não retornar, não haverá nenhuma informação sobre o link ou o estado atual do dispositivo. A Beckhoff oferece um recurso chamado Emergency Scan (Varredura de Emergência) para essas situações complicadas, mas ele só está disponível no modo de configuração.

Nessa aula vamos conhecer esse valioso recurso que pode nos auxiliar a resolver problemas em uma rede EtherCAT.

A rede EtherCAT é utilizada por diversas automações diferentes. Apesar do protocolo EtherCAT ter sido desenvolvido pela Beckhoff ele é um protocolo aberto amplamente adotado por gigantes do mundo da automação industrial.

Nessa aula vamos aprender como instalar arquivos de configuração ESI na plataforma CoDeSys que é utilizada pela maioria dos fabricantes de CLPs.

Nessa aula vamos aprender a inserir dispositivos EtherCAT no CoDesys e também vamos aprender como configurar uma aplicação de Motion Control via EtherCAT para comandar o drive da Lichuan.

Para fazer isso vamos utilizar os blocos de Motion Control do padrão PLCopen.
No CODESYS, os blocos de Motion Control (MC) seguem o padrão da norma PLCopen Motion Control, e cada bloco tem um papel específico dentro do controle de eixos.

Parabéns pela conclusão do treinamento!