EtherCAT - download - Beckhoff

EtherCAT 

272


Der Echtzeit-Ethernet-Feldbus 


273


274 

278 EtherCAT-Technologie 

286 XFC-Technologie 

292 EtherCAT-Entwicklungsprodukte


Ethernet for Control Automation Technology 

276 

278 

284 

Produktübersicht 

Systembeschreibung 

Systemübersicht 

278 

EtherCAT-Technologie 


275 

286 

XFC-Technologie 

292 

EtherCAT-Entwicklungsprodukte 

EtherCAT-Komponenten 

28 

170 

302 

430 

710 

734 

830 

904 

Industrie-PC 

Embedded-PC 

EtherCAT-Klemmen 

EtherCAT Box 

Infrastrukturkomponenten 

EtherCAT-Drives 

TwinCAT 

TwinSAFE 

www.beckhoff.de/EtherCAT

Produktübersicht EtherCAT-Komponenten 


276 


PC-based Control 

Industrie-PC CPxxxx 46 


Koppler EK1xxx 316 


Digital-I/O EP1xxx, EQ1xxx* 442 

Panel-PCs 

EtherCAT-Koppler E-Bus 

Digital-Eingang 

(EtherCAT-Master) 

BK1xxx 323 

EP2xxx, EQ2xxx* 448 

Cxxxx 88 

EtherCAT-Koppler K-Bus 

Digital-Ausgang 

Schaltschrank-PCs 


EKxxxx 324 

EP23xx, EQ23xx* 454 

Buskoppler für EtherCAT-Klemmen 

Digital-Kombi 

Analog-I/O EP3xxx, EQ3xxx* 460 

Embedded-PC CXxxxx 170 

Digital-I/O EL1xxx | ES1xxx 328 

Analog-Eingang 

Embedded-PCs 

Digital-Eingang 


EP4xxx 462 

EL2xxx | ES2xxx 338 

Analog-Ausgang 

Digital-Ausgang 

Software-SPS/ 

Motion Control 

TwinCAT 830 

EtherCAT-Master und 

Analog-I/O EL3xxx | ES3xxx 354 

Analog-Eingang 

Sonderfunktionen 

EP5xxx 463 

Winkel-/Wegmessung 

Entwicklungsumgebung 

EP6xxx 464 


Kommunikation 

Analog-Ausgang 

EP7xxx 466 

Safety TwinSAFE 904 

offene und skalierbare 

Sonderfunktionen 


Winkel- und Wegmessung 

Motion 

Sicherheitstechnologie 

EP8xxx 469 


Multifunktionale I/O-Box 

Kommunikation 

System EP1111 470 

Redundanz 

TwinCAT EtherCAT 

Redundancy 

889 


Motion 

EtherCAT Box mit ID-Switch 

Erweiterung des EtherCAT-Masters 

um die Kabelredundanzfähigkeit 

Systemklemmen 


Systemklemmen 

EP1122 470 

2-Port-EtherCAT-Abzweig 

EP9214, EP9224 471 

4/4-Kanal-Powerverteilung 

für EtherCAT-Box-Module 

* EPxxxx: Industriegehäuse in IP 67, EQxxxx: Edelstahlgehäuse in IP 69K 

Technische Änderungen vorbehalten

Feldbus Box 

Feldbus Box IL230x-B110 661 

IP-67-Koppler-Box mit 

Infrastrukturkomponenten 

PCI-Ethernet FC9001, FC9011 722 

1-Kanal-PCI-Ethernet-Karte 

Antriebstechnik 

Servoverstärker 

AX51xx 748 

EtherCAT-Servoverstärker 


277 

EtherCAT-Interface 

FC9002 723 

bis 170 A, 1-Kanal 


AX52xx 750 

IExxxx 678 

FC9004 723 

EtherCAT-Servoverstärker 

Erweiterungs-Box-Module 


bis 2 x 6 A, 2-Kanal 

für IP-Link 

FC9051, FC9151 724 

EL7201 415 

1-Kanal-Mini-PCI-Ethernet-Karte 

Servomotorklemme, 50 V DC, 4 A 

FC9022 723 

2-Kanal-GBit-PCI-Ethernet-Karte 

Servomotoren AM80xx 765 

Synchron Servomotoren mit 

Feldbus 

Module 

FM33xx-B110 706 

Thermoelement-Feldbus-Module 

PCI-EtherCAT FC1100 725 

One Cable Technology (OCT) 

AM85xx 772 

mit EtherCAT-Schnittstelle 

PCI-EtherCAT-Slave-Karte 


FC1121 725 

erhöhtem Trägheitsmoment und 

PCI-Express-EtherCAT-Slave-Karte 


AM88xx 780 

Edelstahl-Synchron-Servomotoren 

Verteiler CU2508 728 

mit One Cable Technology (OCT) 

Echtzeit-Ethernet-Port-Multiplier 

AM3xxx 784 

CU1128 729 

Synchron Servomotoren 

EtherCAT-Sternverteiler 

ALxxxx 790 

Linear Servomotoren 

Kompakte 


Medienkonverter 

CU1521-0000 730 

EtherCAT-Medienkonverter LWL 

(Multimode) 

AM81xx 804 



CU1521-0010 730 

für die Servoklemme EL7201 


AM31xx 804 

(Singlemode) 

Synchron Servomotoren 

CU1561 730 

für die Servoklemme EL7201 


(POF) 

EP952x 733 

Transport 

System 

XTS 812 

eXtended Transport System 


(IP 67) 


EtherCAT – Ultra high-speed for automation 


278 

Highlights 

– Ethernet bis in die Klemme – vollständige Durchgängigkeit 

– das Ethernet-Prozessinterface, skalierbar von 1 Bit bis 64 kByte 

– die erste wirkliche Ethernet-Lösung für die Feldebene 

– exaktes Timing und synchronisierbar 

Performance 

– 256 Digital-I/Os in 12 µs 

– 1.000 Digital-I/Os in 30 µs 

– 200 Analog-I/Os (16 Bit) in 50 µs, 

entspricht 20-kHz-Sampling-Rate 

– 100 Servoachsen alle 100 µs 

– 12.000 Digital-I/Os in 350 µs 

Topologie 

– Linien-, Baum- oder Sterntopologie 

– bis zu 65.535 Teilnehmer in einem Netzwerk 

– Netzwerkausdehnung: nahezu unbeschränkt (> 500 km) 

– Betrieb mit und ohne Switche 

– kostengünstige Verkabelung: Industrial-Ethernet-Patchkabel (CAT 5) 

– Übertragungsphysik: 

– Ethernet 100BASE-TX über Twisted-Pair, 

bis 100 m zwischen 2 Teilnehmern 

– Ethernet 100BASE-FX über Lichtwellenleiter, 

bis zu 20 km zwischen 2 Teilnehmern 

– Hot-Connect von Bussegmenten 

Adressraum 

– netzwerkweites Prozessabbild: 4 Gigabyte 

– Teilnehmerprozessabbild: 1 Bit bis 64 kByte 

– Adresszuordnung: frei konfigurierbar 

– Adresseinstellung Teilnehmer: automatisch per Software 

Kostenvorteile 

– kein Netzwerktuning mehr: niedrige Engineering-Kosten 

– harte Echtzeit mit Software-Master: Verzicht auf Einsteckkarten 

– keine aktiven Infrastruktur-Komponenten (Switche etc.) 

erforderlich 

– Ethernet-Kabel- und Steckerkosten: niedriger als beim Feldbus 

– EtherCAT bis in die I/O-Klemme: keine aufwändigen Buskoppler 

– niedrige Anschaltkosten dank hochintegrierter EtherCAT Slave 

Controller 

Protokoll 

– optimiertes Protokoll direkt im Ethernet-Frame 

– vollständig in Hardware implementiert 

– für Routing und Socket-Interface: UDP-Datagramm 

– Verarbeitung im Durchlauf 

– Distributed-Clocks für präzise Synchronisation 

– Time-Stamp-Data-Types für Auflösung im Nanosekundenbereich 

– Oversampling-Data-Types für hochauflösende Messungen 

Diagnose 

– Bruchstellenerkennung 

– ständige „Quality-of-Line“-Messung ermöglicht 

exakte Lokalisierung von Übertragungsstörungen 

– Topology View 

Schnittstellen 

– Switchport-Klemme für Standard-Ethernet-Geräte 

– Feldbusklemmen für Feldbusgeräte 

– dezentrale serielle Schnittstellen 

– Kommunikationsgateways 

– Gateway zu anderen EtherCAT-Systemen 

Offenheit 

– vollständig Ethernet-kompatibel 

– Betrieb an Switchen und Routern möglich 

– auch Mischbetrieb mit anderen Protokollen 

– Internettechnologien (Webserver, FTP etc.) 

– kompatibel zum bestehenden Busklemmenprogramm 

– offen gelegtes Protokoll 

– EtherCAT ist IEC-, ISO- und SEMI-Standard. 

EtherCAT Technology Group 

– internationales Firmenkonsortium 

– umfasst Anwender und Hersteller 

– unterstützt Technologieentwicklung 

– gewährleistet Interoperabilität 

– Integration und Entwicklung von Geräteprofilen 


Protokollbearbeitung vollständig in Hardware | Protokoll-ASICs flexibel konfigurierbar. Prozessinterface von 1 Bit bis 64 kByte. 

Ethernet for Control Automation Technology 


279 

Echtzeit-Ethernet: Ultra-Highspeed 

bis zur Klemme 

Überragende Performance, flexible Topologie 

und einfache Konfiguration kennzeichnen 

EtherCAT (Ethernet for Control Automation 

Technology), die Echtzeit-Ethernet-Technologie 

von Beckhoff. Wo herkömmliche Feldbussysteme 

an ihre Grenzen kommen, setzt 

EtherCAT Maßstäbe: 1.000 verteilte I/Os in 

30 µs; nahezu unbeschränkte Netzwerkausdehnung 

und, dank Ethernet- und Internettechnologien, 

optimale vertikale Integration. 

Mit EtherCAT kann die aufwändige 

Ethernet-Sterntopologie durch eine einfache 

Linien- oder Baumstruktur ersetzt werden – 

teure Infrastrukturkomponenten entfallen. 

Dabei können beliebige Ethernet-Geräte via 

Switchport integriert werden. 

Während andere Echtzeit-Ethernet- 

Ansätze spezielle Anschaltungen in der 

Steuerung erfordern, kommt EtherCAT mit 

äußerst kostengünstigen Standard-Ethernet- 

Schnittstellen im Master aus. 

Funktionsprinzip 

Es gibt viele verschiedene Ansätze, mit 

denen Ethernet echtzeitfähig gemacht 

werden kann: So wird z. B. das Zugriffsverfahren 

CSMA/CD durch überlagerte Protokollschichten 

außer Kraft gesetzt und durch 

ein Zeitscheibenverfahren oder durch Polling 

ersetzt. Andere Vorschläge sehen spezielle 

Switche vor, die Ethernet-Telegramme 

zeitlich präzise kontrolliert verteilen. Diese 

Lösungen mögen Datenpakete mehr oder 

weniger schnell und exakt zu den angeschlossenen 

Ethernet-Knoten transportieren – 

jedoch ist die Bandbreitennutzung speziell 

bei typischen Automatisierungsgeräten sehr 

gering, da auch für kleinste Datenmengen 

stets ein vollständiger Ethernet-Rahmen verschickt 

werden muss. Zudem sind die Zeiten, 

die für die Weiterleitung zu den Ausgängen 

oder Antriebsreglern und für das Einlesen der 

Eingangsdaten benötigt werden, stark implementierungsabhängig. 

Speziell bei modularen 

I/O-Systemen kommt hier in der Regel noch 

ein Sub-Bus hinzu, der wie der Beckhoff- 

K-Bus zwar synchronisiert und schnell sein 

kann, jedoch grundsätzlich kleine Verzögerungen 

zur Kommunikation hinzufügt. 

Mit der EtherCAT-Technologie überwindet 

Beckhoff diese prinzipiellen Begrenzungen 

anderer Ethernet-Lösungen: Das 

Telegramm wird nicht mehr in jeder Anschaltung 

zunächst empfangen, dann interpretiert 

und die Prozessdaten weiter kopiert. Der 

EtherCAT Slave Controller in jedem Teilnehmer 

– bis hinunter zur einzelnen Klemme – 

entnimmt die für das Gerät bestimmten 

Daten, während das Telegramm durchläuft. 

Ebenso werden Eingangsdaten im Durchlauf 

in den Datenstrom eingefügt. Die Telegramme 

werden, bei einer Verzögerung um 

nur wenige Nanosekunden, bereits weitergeschickt. 

Der Slave erkennt für sich bestimmte 

Kommandos und führt sie entsprechend aus. 

Der Vorgang findet hardwareimplementiert 

im Slave Controller statt und ist daher unabhängig 

von den Softwarelaufzeiten der Pro- 

tokollstacks oder der Prozessorleistung. 

Der letzte EtherCAT-Slave im Segment 

schickt das bereits vollständig verarbeitete 

Telegramm zurück, sodass es vom ersten 

Slave – quasi als Antworttelegramm – 

zur Steuerung gesendet wird. 

Aus Ethernet-Sicht ist ein EtherCAT- 

Bussegment nichts anderes als ein einzelner 

großer Ethernet-Teilnehmer, der Ethernet- 

Telegramme empfängt und sendet. Innerhalb 

des „Teilnehmers“ befindet sich aber nicht 

ein einzelner Ethernet-Controller mit nachgeschaltetem 

µ-Prozessor, sondern eine Vielzahl 

von EtherCAT-Slaves. Wie bei jedem 

anderen Ethernet-Teilnehmer auch, kann eine 

direkte Kommunikation ohne Switch aufgebaut 

werden, wodurch ein reines EtherCAT- 

System entsteht. 

Ethernet bis in die Klemme 

Das Ethernet-Protokoll bleibt bis in jeden 

Teilnehmer – und damit bis in die einzelne 

Klemme – erhalten, der Sub-Bus entfällt. 

Lediglich die Übertragungsphysik wird im 

Koppler von 100BASE-TX oder -FX auf E-Bus 

gewandelt, um den Anforderungen der elektronischen 

Reihenklemme gerecht zu werden. 

Die E-Bus-Signalform (LVDS) innerhalb der 

Klemmenreihe wird bei Ethernet z. B. auch 

für 10-GBit-Ethernet genutzt. Am Ende der 

Klemmenreihe wird die Busphysik wieder 

auf 100BASE-TX-Standard gewandelt. 

Als Hardware in der Steuerung kommen 

der bereits vorhandene Ethernet-Controller 

oder sehr preiswerte, handelsübliche 



280 

EtherCAT Slave Controller (ESC) | EtherCAT ist nicht nur außer halb des I/O-Gerätes schneller, sondern auch innerhalb: 

Digitale I/Os werden direkt vom ESC bedient, ohne Verzögerungen durch lokale Firmware und unabhängig von der installierten µC-Performance. 

Standardnetzwerk-Interfacekarten (NIC) zum 

Einsatz. Der Datentransfer zum PC erfolgt per 

DMA (Direct-Memory-Access): Dadurch wird 

keine CPU-Performance für den Netzwerkzugriff 

abgezweigt. Dieses Prinzip verwenden 

auch die Beckhoff-Multiportkarten, die bis 

zu vier Ethernet-Kanäle auf einem PCI-Steckplatz 

bündeln. 

Protokoll 

Das für Prozessdaten optimierte EtherCAT- 

Protokoll wird entweder direkt im Ethernet- 

Frame transportiert oder in UDP/IP-Datagramme 

verpackt. Die UDP-Variante wird 

dann eingesetzt, wenn EtherCAT-Segmente 

in anderen Subnetzen über Router hinweg 

angesprochen werden. Ein Ethernet-Rahmen 

kann mehrere EtherCAT-Telegramme enthalten, 

die jeweils einen Speicherbereich des bis 

zu 4 Gigabyte großen logischen Prozessabbildes 

bedienen. Die datentechnische Reihenfolge 

ist dabei unabhängig von der physikalischen 

Reihenfolge der EtherCAT-Klemmen 

im Netz; es kann wahlfrei adressiert werden. 

Broadcast, Multicast und Querkommunikation 

zwischen Slaves sind möglich. Das Protokoll 

beherrscht auch die typischerweise azyklische 

Parameterkommunikation. Struktur und 

Bedeutung der Parameter werden durch die 

Geräteprofile nach CANopen vorgegeben, die 

für eine große Vielfalt von Geräteklassen und 

Anwendungen definiert sind. Zudem unterstützt 

EtherCAT auch das SERCOS-Servoprofil 

nach IEC 61800-7-240. EtherCAT eignet 

sich, neben dem Datenaustausch nach dem 

Master/Slave-Prinzip, auch hervorragend für 

die Kommunikation zwischen Steuerungen 

(Master/Master). Mit frei adressierbaren 

Netzwerkvariablen für Prozessdaten und 

vielfältigen Diensten für Parametrierung, 

Diagnose, Programmierung und Fernsteuerung 

wird das ganze Anforderungsspektrum 

abgedeckt. Dabei sind die Datenschnittstellen 

bei Master/Slave- und Master/Master-Kommunikation 

identisch. 

Performance 

Mit EtherCAT werden neue Dimensionen 

in der Netzwerk-Performance erreicht. 

Die Update-Zeit für die Daten von 1.000 verteilten 

Ein-/Ausgängen beträgt nur 30 µs 

– einschließlich Klemmendurchlaufzeit. 

Mit einem einzigen Ethernet-Frame können 

bis zu 1.486 Byte Prozessdaten ausgetauscht 

werden – das entspricht fast 12.000 digitalen 

Ein- und Ausgängen. Für die Übertragung 

dieser Datenmenge werden dabei nur 300 µs 

benötigt. 

Die Kommunikation mit 100 Servoachsen 

erfolgt alle 100 µs. Mit dieser Zykluszeit 

werden alle Achsen mit Sollwerten und 

Steuerdaten versehen und melden jeweils 

ihre Istposition und ihren Status. Durch das 

Distributed-Clocks-Verfahren können die 

Achsen mit einer Abweichung von deutlich 

weniger als einer Mikrosekunde synchronisiert 

werden. 

Die extrem hohe Performance der 

EtherCAT-Technologie ermöglicht Steuerungsund 

Regelungskonzepte, die mit klassischen 

Vom Master 

Zum Master 

Telegrammbearbeitung vollständig in Hardware 

Feldbussystemen nicht realisierbar waren. So 

können auch sehr schnelle Regelkreise über 

den Bus geschlossen werden. Funktionen, die 

bislang dedizierte lokale Hardwareunterstützung 

benötigten, lassen sich nun in Software 

abbilden. Die enorme Bandbreite erlaubt es, 

zu jedem Datum z. B. auch Statusinformationen 

zu übertragen. Mit EtherCAT steht eine 

Kommunikationstechnologie zur Verfügung, 

die der überlegenen Rechenleistung moderner 

Industrie-PCs entspricht. Das Bussystem 

ist nicht mehr der „Flaschenhals“ im Steuerungskonzept. 

Verteilte I/Os werden schneller 

erfasst, als dies mit den meisten lokalen I/O- 

Schnittstellen möglich ist. 

Die Vorteile dieser Netzwerk-Performance 

werden auch bei kleinen Steuerungen mit 

vergleichsweise moderater Rechenleistung 

deutlich. Der EtherCAT-Zyklus ist so schnell, 

dass er zwischen zwei Steuerungszyklen 


IPC 

Freiheit bei der Topologiewahl | Maximale Flexibilität bei der Verdrahtung: mit und ohne Switch, Linien- und Baumtopologien frei wähl- und 

kombinierbar. Die Adressvergabe erfolgt automatisch, IP-Adresseinstellung überflüssig. 


281 

ausgeführt werden kann. Damit stehen der 

Steuerung stets aktuellste Eingangsdaten 

zur Verfügung und die Ausgänge werden 

mit minimaler Verzögerung angesprochen. 

Das Reaktionsverhalten der Steuerung verbessert 

sich erheblich, ohne dass die Rechenleistung 

selbst erhöht wurde. 

Das EtherCAT-Technologieprinzip ist 

skalierbar und nicht an die Baudrate von 

100 MBaud gebunden – eine Erweiterung 

auf GBit-Ethernet ist möglich. 

EtherCAT statt PCI 

Mit der fortschreitenden Verkleinerung 

der PC-Komponenten wird die Baugröße 

von Industrie-PCs zunehmend von der 

Anzahl der benötigten Steckplätze bestimmt. 

Die Bandbreite von Fast-Ethernet, zusammen 

mit der Datenbreite der EtherCAT-Kommunikationshardware 

(EtherCAT Slave Controller), 

ermöglicht die Auslagerung von PC-Schnittstellen 

in intelligente Schnittstellenklemmen 

am EtherCAT-System. Über einen einzigen 

Ethernet-Port im PC können dann, neben den 

dezentralen I/Os, Achsen und Bediengeräten, 

auch komplexe Systeme, wie Feldbusmaster, 

schnelle serielle Schnittstellen, Gateways und 

andere Kommunikationsinterfaces, angesprochen 

werden. Selbst weitere Ethernet-Geräte 

mit beliebigen Protokollvarianten lassen 

sich über dezentrale Switchport-Klemmen 

anschließen. Der zentrale IPC wird kleiner 

und damit kostengünstiger; eine Ethernet- 

Schnittstelle genügt zur kompletten Kommunikation 

mit der Peripherie. 

Topologie 

Linie, Baum oder Stern: EtherCAT unterstützt 

nahezu beliebige Topologien. Die von den 

Feldbussen her bekannte Bus- oder Linienstruktur 

wird damit auch für Ethernet verfügbar. 

Besonders praktisch für die Anlagenverdrahtung 

ist die Kombination aus Linien 

und Abzweigen bzw. Stichleitungen. Die benötigten 

Schnittstellen sind auf den Kopplern 

vorhanden; zusätzliche Switche werden nicht 

benötigt. Natürlich kann aber auch die klassische 

Ethernet-Sterntopologie mit Abzweigklemmen 

eingesetzt werden. 

Die maximale Flexibilität bei der Verdrahtung 

wird durch die Auswahl verschiedener 

Leitungen vervollständigt. Flexible und preiswerte 

geschirmte Industrial-Ethernet-Feldbuskabel 

übertragen die Signale auf Ethernet- 

Art (100BASE-TX) bis zu 100 m zwischen 

zwei Teilnehmern. Die gesamte Bandbreite 

der Ethernet-Vernetzung – wie verschiedenste 

Lichtleiter und Kupferkabel – kann in 

der Kombination mit Switchen und Medienkonvertern 

zum Einsatz kommen. Für jede 

Leitungsstrecke kann die Signalvariante 

individuell ausgewählt werden. Da bis zu 

65.535 Teilnehmer angeschlossen werden 

können, ist die Netzausdehnung nahezu 

unbeschränkt. 

Distributed-Clocks 

Der exakten Synchronisierung kommt immer 

dann eine besondere Bedeutung zu, wenn 

räumlich verteilte Prozesse gleichzeitige 

Aktionen erfordern. Das kann z. B. bei Applikationen 

der Fall sein, in denen mehrere 

Servoachsen gleichzeitig koordinierte Bewegungen 

ausführen. 

Der leistungsfähigste Ansatz zur Synchronisierung 

ist der exakte Abgleich verteilter 

Uhren. Im Gegensatz zur vollsynchronen 

Kommunikation, deren Synchronisationsqualität 

bei Kommunikationsstörungen sofort 

leidet, verfügen verteilte, abgeglichene Uhren 

über ein hohes Maß an Toleranz gegenüber 

möglichen, störungsbedingten Verzögerungen 

im Kommunikationssystem. Bei EtherCAT 

basiert der Datenaustausch vollständig auf 

einer reinen Hardwaremaschine. Da die 

Kommunikation eine logische (und dank 

Vollduplex-Fast-Ethernet auch physikalische) 

Ringstruktur nutzt, kann die Reference-Clock 

den Laufzeitversatz zu den einzelnen Local- 

Clocks einfach und exakt ermitteln – und 

umgekehrt. Auf Basis dieses Wertes werden 

die verteilten Uhren nachgeführt, und es 

steht eine hochgenaue, netzwerkweite Zeitbasis 

zur Verfügung, deren Jitter deutlich 

unter einer Mikrosekunde beträgt. 

Hochauflösende verteilte Uhren dienen 

aber nicht nur der Synchronisierung, sondern 

können auch exakte Informationen zum 

lokalen Zeitpunkt der Datenerfassung liefern. 

Dank erweiterter Datentypen lässt sich ein 

Messwert mit einem hochgenauen Zeitstempel 

versehen. 

Hot-Connect 

Viele Applikationen erfordern eine Änderung 

der I/O-Konfiguration während des Betriebes. 


M 

t 

S 

IPC 

S 

S 

S 

S 


282 

Distributed-Clocks | Dezentrale absolute Systemsynchronisation für CPU, I/O und Antriebsgeräte. 

Beispiele sind Bearbeitungszentren mit 

wechselnden, sensorbestückten Werkzeugsystemen, 

Transfereinrichtungen mit intelligenten, 

flexiblen Werkstückträgern oder 

Druckmaschinen, bei denen einzelne Druckwerke 

abgeschaltet werden. Die Protokollstruktur 

des EtherCAT-Systems trägt diesen 

Anforderungen Rechnung: Die Hot-Connect- 

Funktion erlaubt es, Teile des Netzwerkes 

im laufenden Betrieb an- und abzukoppeln, 

umzukonfigurieren und so flexibel auf wechselnde 

Ausbaustufen zu reagieren. 

Hochverfügbarkeit 

Erhöhten Anforderungen an Anlagenverfügbarkeit 

wird mit optionaler Leitungsredundanz 

Rechnung getragen, die auch Gerätetausch im 

laufenden Netzwerk ermöglicht. Auch redundante 

Master mit Hot-Stand-by-Funktionalität 

werden von EtherCAT unterstützt. Da die 

EtherCAT Slave Controller das Frame bei 

Unterbrechung automatisch sofort zurückschicken, 

führt ein Teilnehmerausfall nicht zum 

Stillstand des gesamten Netzwerkes. So lassen 

sich beispielsweise Schleppketten-Applikationen 

gezielt als Stichleitungen ausführen, um 

für Kabelbruch gewappnet zu sein. 

Safety-over-EtherCAT 

Zur Realisierung einer sicheren Datenübertragung 

für EtherCAT ist das Protokoll Safety-over- 

EtherCAT offen gelegt. Das Protokoll hält die 

Anforderungen der IEC 61508 bis zum Safety- 

Integrity-Level (SIL) 3 und der IEC 61784-3 ein; 

dies wurde vom TÜV bestätigt. 

EtherCAT wird als einkanaliges Kommunikationssystem 

genutzt; das Transportmedium 

wird dabei als „Black Channel“ betrachtet 

und nicht in die Sicherheitsbetrachtung 

einbezogen. Damit ist das Protokoll auch 

geeignet, über andere Kommunikationssysteme, 

Backplanes oder WLAN übertragen 

zu werden. Der Übertragungszyklus kann 

beliebig kurz gewählt werden, ohne die 

Restfehlerwahrscheinlichkeit zu beeinflussen. 

Der zyklische Austausch der sicheren Daten 

zwischen einem Safety-over-EtherCAT-Master 

und einem Safety-over-EtherCAT-Slave wird 

als Connection bezeichnet, die über einen 

Watchdog-Timer überwacht wird. Ein Master 

kann mehrere Connections zu verschiedenen 

Slaves aufbauen und überwachen. 

Diagnose 

Verfügbarkeit und Inbetriebnahmezeiten – 

und damit die Gesamtkosten – hängen entscheidend 

von der Diagnosefähigkeit eines 

Netzwerkes ab. Nur eine schnell und präzise 

erkannte und eindeutig lokalisierbare Störung 

kann kurzfristig behoben werden. Deshalb 

wurde bei der Entwicklung des EtherCAT- 

Systems besonderer Wert auf umfassende 

Diagnoseeigenschaften gelegt. 

Bei der Inbetriebnahme gilt es zu prüfen, 

ob die Istkonfiguration der I/O-Klemmen 

mit der Sollkonfiguration übereinstimmt. 

Auch die Topologie sollte der Konfiguration 

entsprechen. Durch die eingebaute Topologieerkennung, 

bis hinunter zu den einzelnen 

Klemmen, kann nicht nur die Überprüfung 

beim Systemstart stattfinden – auch ein 

automatisches Einlesen des Netzwerkes ist 

möglich (Konfigurations-Upload). 

Bitfehler in der Übertragung werden 

durch die Auswertung der CRC-Checksumme 

in jedem Teilnehmer zuverlässig erkannt. 

Neben der Bruchstellenerkennung und -lokalisierung 

erlauben Protokoll, Übertragungsphysik 

und Topologie des EtherCAT-Systems 

eine individuelle Qualitätsüberwachung jeder 

einzelnen Übertragungsstrecke. Die automatische 

Auswertung der entsprechenden Fehlerzähler 

ermöglicht die exakte Lokalisierung 

kritischer Netzwerkabschnitte. Schleichende 

oder wechselnde Fehlerquellen wie EMV- 

Einflüsse, fehlerhafte Steckverbindungen oder 

Kabelschäden werden erkannt und lokalisiert. 


Hardwareseitig ist die EtherCAT-Technologie 

z. B. in den EtherCAT-Klemmen untergebracht. 

Das I/O-System in Schutzart IP 20 

basiert auf dem Gehäuse des bewährten 

Beckhoff-Busklemmensystems. Im Unterschied 

zu den Busklemmen, bei denen das 

Feldbussignal im Buskoppler auf den internen, 

feldbusunabhängigen Klemmenbus 

umgesetzt wird, bleibt das EtherCAT-Protokoll 

bis zur einzelnen Klemme vollständig 

erhalten. Neben den EtherCAT-Klemmen 

mit E-Bus-Anschluss lassen sich auch die 

bewährten Standard-Busklemmen mit K-Bus- 

Anschluss über den EtherCAT-Buskoppler 

BK1120 anschließen. Damit sind Kompatibilität 

und Durchgängigkeit zum bestehenden 


IPC 

Ethernet HDR 

HDR 1 

Data 1 

HDR 2 

Data 2 

HDR n 

Data n 

CRC 

Logisches Prozessabbild: bis 4 GByte 

Subtelegramm 1 Subtelegramm 2 Subtelegramm n 

Protokollstruktur | Die Prozessabbildzuordnung ist frei konfigurierbar. Daten werden direkt in der I/O-Klemme an die gewünschte 

Stelle im Prozessabbild kopiert: Zusätzliches Mapping ist überflüssig. Sehr großer Adressraum von 4 Gigabyte. 


283 

System gewährleistet; bestehende und 

zukünftige Investitionen werden geschützt. 

EtherCAT ist durchgängig in die Steuerungsarchitektur 

von Beckhoff integriert: 

Die EtherCAT-Box-Module verfügen über ein 

integriertes EtherCAT-Interface und können 

ohne Koppler Box direkt an ein EtherCAT- 

Netzwerk angeschlossen werden. Die Serie 

EPxxxx im Industriegehäuse eignet sich durch 

die Schutzart IP 67 für den Einsatz direkt an 

der Maschine in rauer Industrieumgebung. 

Die Serie EQxxxx im Edelstahlgehäuse bietet 

sich durch Schutzart IP 69K für Anwendungen 

mit hohen hygienische Standards, wie beispielsweise 

in der Lebensmittel-, Chemieoder 

Pharmaindustrie an. 

Die Beckhoff Industrie-PCs, die Embedded-PCs 

der CX-Serie, die Control Panel mit 

Steuerungsfunktionalität sowie die Ethernet- 

PCI-Karten sind „von Haus aus“ EtherCATtauglich. 

Auch die Beckhoff-Servoantriebe 

sind mit EtherCAT-Schnittstelle erhältlich. 

Offenheit 

Die EtherCAT-Technologie ist nicht nur 

vollständig Ethernet-kompatibel, sondern 

„by design“ durch besondere Offenheit 

gekennzeichnet: Das Protokoll verträgt sich 

mit weiteren Ethernet-basierten Diensten 

und Protokollen auf dem gleichen physikalischen 

Netz – in der Regel nur mit minimalen 

Einbußen bei der Performance. Beliebige 

Ethernet-Geräte können ohne Einfluss auf die 

Zykluszeit innerhalb des EtherCAT-Segments 

via Switchport-Klemme angeschlossen wer- 

den. Geräte mit Feldbusschnittstelle werden 

über EtherCAT-Feldbusmasterklemmen integriert. 

Die UDP-Protokollvariante lässt sich 

auf jedem Socket-Interface implementieren. 

Das EtherCAT-Protokoll ist vollständig offen 

gelegt und als offizielle IEC-Spezifikation 

anerkannt und erhältlich (IEC 61158, Typ 12). 

EtherCAT Technology Group 

In der EtherCAT Technology Group (ETG) 

schließen sich immer mehr Automatisierungsanwender 

und Gerätehersteller zusammen, 

um die EtherCAT-Technologieentwicklung zu 

unterstützen. Im Konsortium ist eine große 

Bandbreite von Branchen und Anwendungsfeldern 

vertreten. So wird gewährleistet, dass 

die EtherCAT-Technologiefunktionen und 

-Schnittstellen ideal für vielfältigste Applikationen 

vorbereitet sind. Die Organisation 

sorgt dafür, dass sich EtherCAT einfach und 

kostengünstig in einer Vielfalt von Automatisierungsgeräten 

integrieren lässt und stellt 

auch die Interoperabilität der Implementierungen 

sicher. 

Die EtherCAT Technology Group ist 

offizielle IEC-Partnerorganisation für Feldbusnormung; 

die Mitgliedschaft steht jeder 

Firma offen. 

Weitere Informationen siehe 

www.ethercat.org 


EtherCAT-Systemübersicht 

Flexible Topologie 

Ethernet TCP/IP 

IPC 

Automatisierungssuite, 

EtherCAT-Master 


284 

Bus/ 

Linie 

Industrial-Ethernet-Kabel 

(100BASE-TX) 

100 m 

Lichtwellenleiter 

(100BASE-FX) 

50 m (POF) 

2.000 m (multimode) 

20.000 m (singlemode) 

E-Bus 

BK1250 

K-Bus 

Baum/ 

Stern 

100BASE-FX 

Feldbus-Integration 


EtherCAT-Bridge 

IPC 

IPC 


285 

IPC 

EL6692 

Kabelredundanz 

IPC 

Safety 

TwinSAFE-PLC 

Safety-Inputs/-Outputs 

Safety-Drives mit 

TwinSAFE-Optionskarten 


XFC | Erhöhte Produktionseffizienz 

durch extrem schnelle Steuerungstechnik 


286 

Die I/O-Response-Time beinhaltet alle in der Hardware 

(IPC, EtherCAT und I/O-System) auftretenden Bearbeitungszeiten 

vom physikalischen Eingangsereignis bis 

zur Reaktion am Ausgang. Mit einer Zeit < 100 µs steht 

damit jedem SPS-Programmierer eine Performance zur 

Verfügung, die es bisher z. B. nur innerhalb von Servoreglern 

mit digitalen Signal- Prozessoren gab. 


TwinCAT 

Industrie-PC Schnelle I/Os Antriebstechnik 

EtherCAT | Noch schneller durch XFC 

Mit der XFC-Technologie (eXtreme Fast 

Control) präsentiert Beckhoff eine extrem 

schnelle Steue rungslösung: XFC basiert auf 

einer optimierten Steuerungs- und Kommunikationsarchitektur, 

die aus einem modernen 

Industrie-PC, ultraschnellen I/O-Klemmen 

mit erweiterten Echt zeit-Eigenschaften, 

dem Highspeed-Ethernet-System EtherCAT 

und der Automatisierungssoftware TwinCAT 

besteht. Mit XFC ist es möglich, I/O-Response- 

Zeiten < 100 µs zu realisieren. Diese Technologie 

eröffnet dem Anwender neue Möglichkeiten 

der Prozessoptimierung, die bisher 

technisch bedingt nicht möglich waren. 

XFC steht für eine Steuerungstechnologie, 

die sehr schnelle und extrem deterministische 

Reaktionen ermöglicht. Sie umfasst 

dabei alle an der Steuerung beteiligten 

Hard- und Softwarekomponenten: optimierte 

Ein- und Ausgangsbaugruppen, die mit hoher 

Genauigkeit Signale aufnehmen bzw. Aktionen 

auslösen können, EtherCAT als extrem 

schnelles Kommunikationsnetzwerk, leistungsfähige 

Industrie-PCs und TwinCAT, 

die Automatisierungssoftware, die alle 

System bestandteile miteinander verbindet. 

Es ist noch nicht lange her, da waren 

Steuerungszykluszeiten im Bereich von 

10 bis 20 ms normal. Die Kommunikationsanbindung 

war freilaufend, sodass auch 

der Determinismus, mit dem auf Signale aus 

dem Prozess reagiert werden konnte, entsprechend 

ungenau war. Durch die zunehmende 

Verbreitung von leistungsfähigen 

www.beckhoff.de/XFC 

Industrie-PC-Steuerungen ließen sich die 

Zykluszeiten auf 1 bis 2 ms senken – also 

um etwa eine 10er-Potenz. Viele spezielle 

Regelkreise ließen sich dadurch auf die 

zentrale Maschinensteuerung verlagern, was 

neben Kostenersparnis auch einen flexibleren 

Einsatz intelligenter Algorithmen erlaubte. 

XFC bringt eine weitere 10er-Potenz und 

erlaubt Zykluszeiten von 100 µs und darunter, 

ohne auf die zentrale Intelligenz und ihre 

leistungsfähigen Algorithmen verzichten zu 

müssen. 

XFC beinhaltet aber auch weitere Technologien, 

die neben der reinen Zykluszeit 

speziell die zeitliche Genauigkeit verbessern 

und die Auflösung erhöhen. 

Dadurch eröffnen sich dem Anwender 

Möglichkeiten, um seine Maschine qualitativ 

zu verbessern und Reaktionszeiten zu verkürzen. 

Messtechnische Aufgaben, wie z. B. präventive 

Wartungsmaßnahmen, Überwachung 

von Standzeiten oder die Dokumentation der 

Teilequalität, lassen sich in einfacher Weise 

in die Maschinensteuerung integrieren, ohne 

dass zusätzliche, teure Spezialgeräte benötigt 

werden. 

Natürlich muss in einer praktischen 

Automatisierungslösung nicht alles extrem 

schnell und genau sein – viele Teilaufgaben 

lassen sich weiterhin mit „normalen“ 

Anforderungen lösen. Die XFC-Technologie 

ist daher vollständig kompatibel zu bestehenden 

Lösungen und kann gleichzeitig auf ein 

und derselben Hard- und Software genutzt 

werden. 

TwinCAT – Die extrem schnelle 

Echtzeit-Steuerungssoftware 

– Echtzeit unter Microsoft Windows 

mit Zykluszeiten bis 12,5 µs 

– Programmierung in XFC-Real-Time- 

Tasks nach IEC 61131-3 

– Standardeigenschaften von Windows 

und TwinCAT sind XFC-kompatibel. 

EtherCAT – Die extrem schnelle 

Steuerungskommunikationstechnik 

– 1.000 dezentrale digitale I/Os 

in 30 µs 

– EtherCAT bis zu den einzelnen I/O- 

Klemmen, kein Sub-Bus erforderlich 

– optimierte Verwendung von 

Standard-Ethernet-Controllern, 

z. B. Intel ® -PC-Chipsatz-Architektur 

im EtherCAT-Master 

– erweiterte Echtzeitfunktion 

basierend auf Distributed-Clocks 

– Synchronisation 

– Zeitstempel 

– Oversampling 

EtherCAT-Klemmen – Die extrem 

schnelle I/O-Technologie 

– gesamte Breite des I/O-Spektrums für 

alle Signaltypen 

– digitale und analoge Highspeed-I/Os 

– Zeitstempel und Oversampling 

ermöglichen extrem hohe Zeitauflösung 

(bis 10 ns). 

IPC – Die extrem schnelle 

Steuerungs-CPU 

– Industrie-PC mit hochleistungsfähigen 

Echtzeit-Motherboards 

– kompakte Formfaktoren, optimiert 

für Steuerungsanwendungen 


287 


XFC-Technologien 


288 


Betrachtet man einen normalen, diskreten Regelkreis, dann wird 

zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Istwerterfassung (Eingangskomponente) 

durchgeführt, das Ergebnis an die Steuerung geliefert 

(Kommunikationskomponente), die Reaktion berechnet (Steuerungskomponente), 

deren Ergebnis an die Sollwertausgabebaugruppe 

(Ausgangskomponente) kommuniziert und an den Prozess (Regelstrecke) 

ausgegeben. 

Für den Regelprozess entscheidend ist, neben einer möglichst 

kurzen Reaktionszeit, sowohl eine deterministische, d. h. zeitlich 

exakt berechenbare, Istwerterfassung, als auch eine damit korrespondierende, 

deterministische Sollwertausgabe. Zu welchem Zeitpunkt in 

der Zwischenzeit kommuniziert und berechnet wird, spielt keine Rolle, 

solange die Ergebnisse bis zum nächsten Ausgabezeitpunkt in der 

Ausgabeeinheit zur Verfügung stehen. Die zeitliche Exaktheit wird 

also in den I/O-Komponenten benötigt und nicht in der Kommunikation 

oder in der Berechnungseinheit. 

Die verteilten Uhren von EtherCAT (Distributed-Clocks) stellen 

daher eine XFC-Basistechnologie dar und sind allgemeiner Bestandteil 

der EtherCAT-Kommunikation. 

Jeder EtherCAT-Teilnehmer verfügt über eine eigene lokale Uhr, 

die automatisch durch die EtherCAT-Kommunikation mit allen anderen 

Uhren ständig abgeglichen wird. Unterschiedliche Kommunikationslaufzeiten 

werden ausgeglichen, sodass die maximale Abweichung 

aller Uhren untereinander in der Regel unter 100 Nanosekunden 

beträgt. Die aktuelle Zeit der verteilten Uhren wird daher auch als 

Systemzeit bezeichnet, da sie im gesamten System jederzeit zur 

Ver fügung steht. 

Time-Stamp 

Normalerweise werden Prozessdaten in ihrem jeweiligen Datenformat 

übertragen (z. B. ein Bit für einen digitalen Wert oder ein Wort für 

einen analogen Wert). Die zeitliche Bedeutung des Prozessdatums 

ergibt sich entsprechend aus dem Kommunikationszyklus, in dem 

das Datum übertragen wird. Dadurch sind aber auch die zeitliche Auflösung 

und Genauigkeit auf den Kommunikationszyklus beschränkt. 

Time-Stamp-Data-Types beinhalten, zusätzlich zu ihren Nutzdaten, 

einen Zeitstempel. Dieser Zeitstempel – natürlich in der überall verfügbaren 

Systemzeit – ermöglicht, wesentlich genauere Informationen 

zum zeitlichen Bezug des Prozessdatums zu geben. Zeitstempel können 

sowohl für Eingänge – wann hat sich etwas ereignet – als auch 

für Ausgänge – wann soll eine Reaktion erfolgen – genutzt werden. 

Signal Zeitstempel (Auflösung 10 ns) 

– extrem präzise Zeitmessung für digitale Einzel-Ereignisse: 

Auflösung 10 ns, Genauigkeit < 100 ns 

– exakte Zeitmessung von positiven und negativen Flanken 

dezentraler digitaler Eingänge 

– exaktes Timing dezentraler Ausgangssignale, 

unabhängig vom Steuerungszyklus 

– Zeitstempeldaten: Zeitauflösung 10 ns, 

Genauigkeit < 100 ns 


– dezentrale absolute System synchronisation 

für CPU, I/O und Antriebsgeräte 

– Auflösung: 10 ns 

– Genauigkeit: < 100 ns 


Oversampling 

Normalerweise werden Prozessdaten genau einmal pro Kommunikationszyklus 

übertragen. Dadurch ist im Umkehrschluss die zeitliche 

Auflösung eines Prozessdatums direkt von der Kommunikationszykluszeit 

abhängig. Höhere zeitliche Auflösungen sind nur durch Verringerung 

der Zykluszeit möglich – was natürlich praktischen Grenzen 

unterliegt. 

Oversampling-Data-Types ermöglichen die mehrfache Abtastung 

eines Prozessdatums innerhalb eines Kommunikationszyklus und die 

anschließende (Eingänge) oder vorherige (Ausgänge) Übertragung 

aller Daten in einem Array. Der Oversampling-Faktor beschreibt dabei 

die Anzahl der Abtastungen innerhalb eines Kommunikationszyklus 

und ist daher ein Vielfaches von Eins. Abtastraten von 200 kHz sind 

ohne weiteres auch mit moderaten Kommunikationszykluszeiten 

möglich. 

Das jeweilige Triggern der Abtastung in den I/O-Komponenten 

wird wiederum durch die lokale Uhr – bzw. die globale Systemzeit – 

gesteuert, was entsprechende zeitliche Beziehungen zwischen verteilten 

Signalen im gesamten Netzwerk ermöglicht. 

Signal Oversampling 

– mehrfache Signalkonvertierung in einem 

Steuerungszyklus 

– harte Zeitsynchronisation durch Distributed-Clocks 

– für digitale Eingangs-/Ausgangs signale 

– für analoge Eingangs-/Ausgangs signale 

– Unterstützung für analoge I/O-EtherCAT-Klemmen 

– Signalkonvertierung bis 100 kHz 

– Zeitauflösung bis 10 µs 

– Unterstützung für digitale I/O-EtherCAT-Klemmen 

– bis 1 MHz 

– Zeitauflösung bis 1 µs 

– Anwendung 

– schnelles Signal-Monitoring 

– schneller Signalgenerator ausgang 

– Signalabtastung unabhängig von Zykluszeit 

– schnelle Regelstrecken 

Schnelle I/Os 

Um sehr schnelle physikalische Reaktionen zu bekommen, sind in 

jedem Fall entsprechend kurze Steuerungszykluszeiten in der zugeordneten 

Steuerung notwendig. Eine Reaktion kann erst dann erfolgen, 

wenn die Steuerung ein Ereignis erkannt und verarbeitet hat. 

Der klassische Ansatz, um Zykluszeiten im Bereich von 100 µs 

zu erreichen, sind ausgelagerte Spezialsteuerungen, die über eigene, 

direkt angesteuerte I/Os verfügen. Dieser Ansatz hat klare Nachteile, 

da die ausgelagerte Steuerung nur über sehr beschränkte Informationen 

des Gesamtsystems verfügt und daher keine übergeordneten 

Entscheidungen treffen kann. Eine Umparametrisierung – z. B. für 

neue Werkstücke – ist ebenfalls nur eingeschränkt möglich. Großer 

Nachteil ist aber auch die starre I/O-Konfiguration, die sich in der 

Regel nicht erweitern lässt. 

Extrem schnelle I/O-Ansprechzeit 

– ab 85 µs 

– Deterministisch synchronisierte Konvertierung des 

Eingangs- und Ausgangssignals führt zu geringerem 

Prozess-Timing-Jitter. 

– Prozess-Timing-Jitter ist unabhängig von Kommunikations- 

und CPU-Jitter. 

Extrem kurze Zykluszeit der Steuerung 

– 100 µs (min. 12,5 µs) 

– neue Leistungsklasse für SPS-Anwendung: 

Regelkreise mit 100 µs 


289 

Unterlagerte Spezialsteuerung (eingeschränktes Prozessabbild) 

Schnelle Zentralsteuerung (vollständiges Prozessabbild) 


XFC-Komponenten 


290 

Zur Umsetzung der beschriebenen XFC- 

Technologien bedarf es einer durchgängigen 

Unterstützung in allen an der Steuerung 

beteiligten Hard- und Softwarekomponenten. 

Hierzu gehören, neben der schnellen, deterministischen 

Kommunikation, sowohl die 

I/O- als auch die Steuerungshardware. Einen 

entscheidenden Anteil an XFC besitzen die 

Softwarekomponenten, die, neben der schnellen 

Abarbeitung der Steuerungsalgorithmen, 

vor allem eine optimierte Konfiguration des 

Gesamtsystems vornehmen. 

Beckhoff bietet für die XFC-Technologie 

eine entsprechende Produktpalette die vorrangig 

auf vier Säulen basiert: EtherCAT als 

Feldbus, EtherCAT-Klemmen als I/O-System, 

IPCs als Hardwareplattform und TwinCAT 

als überlagerte Software. Alle Komponenten 

haben gemeinsam, dass sie auf offenen 

Standards basieren. Damit ist jeder Ingenieur 

oder Programmierer in der Lage, basierend 

auf Standard-Komponenten – also ohne 

spezielle Hardwarebaugruppen – extrem 

schnelle und leistungsfähige Steuerungslösungen 

zu erstellen. 

I/O-Komponenten 

mit XFC-Technologie 

Bereits die Standard-EtherCAT-Klemmen 

unterstützen die XFC-Technologie voll 

und ganz. Synchronisierung der I/O-Wandlung 

mit der Kommunikation oder – noch 

genauer – mit den Distributed-Clocks ist 

bei EtherCAT bereits Standard und wird 

von den entsprechenden Klemmen unterstützt. 

XFC-Klemmen bieten aber darüber 

hinaus noch spezielle Eigenschaften, die 

sie für besonders schnelle oder besonders 

genaue Einsatzfälle prädestinieren: 

– digitale EtherCAT-Klemmen mit 

extrem kurzen TON/TOFF-Zeiten oder 

analoge Klemmen mit besonders 

kurzen Wandlungszeiten 

– EtherCAT-Klemmen und EtherCAT- 

Box-Module mit Time-Stamp latchen 

die exakte Systemzeit, an der digitale 

oder analoge Ereignisse auftreten. 

Ebenso kann die Ausgabe von digitalen 

oder analogen Werten zu exakt vorher 

bestimmten Zeiten durchgeführt werden. 

– Klemmen mit Oversampling ermöglichen 

eine deutlich höher aufgelöste Istwerterfassung 

oder Sollwertausgabe als die 

Kommunikationszykluszeit. 

Kommunikationskomponente – 

EtherCAT voll ausgenutzt 

EtherCAT bietet mit der hohen Kommunikationsgeschwindigkeit 

und der extrem 

hohen Nutzdatenrate die Grundvoraussetzung 

für XFC. Geschwindigkeit ist dabei aber 

nicht alles. Gerade die Möglichkeit, über den 

Bus mehrere unabhängige Prozessabbilder 

austauschen zu können, die, entsprechend 

der Steuerungsapplikation, auf ihm angeordnet 

sind, ermöglicht die parallele Nutzung 

von XFC und Standardsteuerungstechnik. 

Die zentrale Steuerung wird von zeitaufwändigen 

Kopier- und Mappingaufgaben entlastet 

und kann die verfügbare Rechenleistung 

voll für die Steuerungsalgorithmen nutzen. 

Die verteilten Uhren von EtherCAT, die das 

zeitliche Rückgrat der XFC-Technologien 

bilden, sind ohne nennenswerten Mehraufwand 

in allen Kommunikationsteilnehmern 

vorhanden. 

Entscheidend für XFC ist aber auch die 

Möglichkeit, alle I/O-Komponenten direkt 

in die EtherCAT-Kommunikation mit einzubinden, 

sodass vollständig auf unterlagerte 

Kommunikationssysteme (Sub-Bus) verzichtet 

werden kann. In vielen XFC-Klemmen ist der 

AD- oder DA-Konverter direkt am EtherCAT- 

Chip angeschlossen, sodass keine Zeitverluste 

auftreten. 

Steuerungskomponente – 

Leistungs fähige Industrie-PCs 

Zentrale Steuerungstechnik kann ihre Vorteile 

insbesondere dann ausspielen, wenn in der 

Zentrale schnellere und leistungsfähigere 

Steuerungsalgorithmen ablaufen können als 

in vielen verteilten Kleinsteuerungen. 

Schnelle Multi-Core-Prozessoren 

bieten optimale Eigenschaften, um, neben 

den Steuerungsaufgaben, auch gleich die 

Bedienoberfläche der Maschine mit ablaufen 

zu lassen. Große Caches der modernen 

CPUs sind gerade für die XFC-Technologie 

optimal, da die schnellen Algorithmen im 

Cache ablaufen und daher noch einmal 

deutlich schneller abgearbeitet werden 

können. 

Wichtig für die kurzen XFC-Zykluszeiten 

ist aber auch, dass die CPU nicht mit aufwändigen 

Kopieraktionen der Prozessdaten belastet 

wird, wie sie bei klassischen Feldbussen 

mit ihren auf DPRAM basierenden Zentralkarten 

verursacht werden. Die Prozessdatenkommunikation 

bei EtherCAT kann vollstän- 

dig vom integrierten Ethernet-Controller 

(NIC mit Bus-Master-DMA) durchgeführt 

werden. 

Softwarekomponente – 

TwinCAT-Automatisierungssuite 

TwinCAT als leistungsfähige Automatisierungssuite 

unterstützt die XFC-Technologien 

vollständig. Gleichzeitig bleiben alle 

bekannten Eigenschaften erhalten. Die Echtzeitrealisierung 

von TwinCAT unterstützt 

unterschiedliche Tasks mit verschiedenen 

Zykluszeiten. Auf modernen Industrie-PCs 

sind Zykluszeiten von 100 µs und auch darunter 

problemlos erzielbar. Hierbei können 

mehrere – auch unterschiedliche – Feldbusse 

gemischt werden; entsprechend der Fähigkeiten 

der Feldbusse wird eine optimale Berechnung 

der entsprechenden Zuordnungen 

und Kommunikationszyklen durchgeführt. 

Die EtherCAT-Implementation in TwinCAT 

nutzt dabei das Kommunikationssystem voll 

aus, erlaubt mehrere unabhängige Zeitebenen 

zu nutzen und verwendet die Distributed- 

Clocks. Gerade die unterschiedlichen Zeitebenen 

erlauben eine Koexistenz von XFC 

und normalen Steuerungstasks im selben 

System, ohne dass die XFC-Anforderungen 

zum „Flaschenhals“ werden. 

Speziell für XFC besteht die Möglichkeit, 

Eingänge in unabhängigen Kommunikationsaufrufen 

einzulesen und direkt nach der 

Berechnung die Ausgänge zu verschicken. 

Aufgrund der Geschwindigkeit von EtherCAT 

werden „kurz“ vor Beginn der Steuerungstasks 

die Eingänge frisch eingelesen, bearbeitet 

und anschließend sofort mit einem zweiten 

Feldbuszyklus an die Ausgänge verteilt. 

Dadurch werden Reaktionszeiten erreicht, 

die teilweise unterhalb der Zykluszeit liegen. 

Spezielle Erweiterungen in TwinCAT 

erleichtern zudem den Umgang der XFC- 

Datentypen Time-Stamp und Oversamp ling. 

SPS-Bausteine erlauben die einfache Analyse 

und Berechnung der Zeitstempel. Das 

TwinCAT-Scope kann die per Oversamp ling 

erfassten Daten entsprechend dem zugeordneten 

Oversampling-Faktor darstellen und 

ermöglicht genaueste Analysen der Daten. 


Industrie-PC 

Industrie-PC 

Leistungsfähige Industrie-PCs 

bieten eine hohe Rechenleistung 

für kurze XFC-Zykluszeiten. 

TwinCAT 

TwinCAT 

Die Automatisierungssuite 

TwinCAT unterstützt die 

XFC-Technologie mit Echtzeitrealisierung 

und mit Erweiterungen 

für die XFC-Funktionen 

Oversampling, Time-Stamp, 

Distributed-Clocks. 

Time-Stamp 

Mit Time-Stamp-Ein-/Ausgangs- 

Modulen kann eine zeitäquidistante 

Reaktion realisiert werden. 


291 


Oversampling 

Oversampling bietet durch 

die mehrfache Signalabtastung 

eine Verfeinerung der zeitlichen 

Auflösung eines Signals. 


Schnelle I/Os 

Durch schnelle I/Os werden 

Verzögerungen in der Hardware 

vernachlässigbar. 


EtherCAT bietet als extrem 

schnelle Kommunikationstechnik 

die Basis für XFC. 

EtherCAT- 

Servoverstärker 


Die flexible Antriebsschnitt 

stelle mit kurzen 

Zykluszeiten ermöglicht 

hochdynamische, streng 

synchrone und achsübergreifende 

Regelungsprozesse. 


EtherCAT | Entwicklungsprodukte 


292 

SPI 

PIC-Sample- 

Application 

PDI- 

Wahlschalter 

Digital-I/O-Interface 

16-Bit-µC- 

Interface 

Debug-Interfaces 

EtherCAT-Briefmarke 

EtherCAT-Evaluation-Kit 

www.beckhoff.de/EtherCAT-Entwicklungsprodukte 


ET1100, ET1200 


ET1100, ET1200 | EtherCAT-ASICs 

293 

Die EtherCAT-ASICs ET1100 

und ET1200 bieten eine 

kostengünstige und kompakte 

Lösung zur Realisierung eines 

EtherCAT-Slaves. Sie bearbeiten 

das EtherCAT-Protokoll in der 

Hardware und garantieren so 

die hohe Performance und Echtzeitfähigkeit, 

unabhängig von 

evtl. nachgeschalteten Slave- 

Microcontrollern und der darauf 

implementierten Software. 

Die EtherCAT-ASICs ermöglichen 

über ihre drei Prozessdateninterfaces 

– Digital-I/O, SPI und 

8/16 Bit µC (nicht bei ET1200) 

– sowohl die Realisierung einfacher 

Digital-Module ohne 

Microcontroller als auch die 

Entwicklung intelligenter Geräte 

mit eigenem Prozessor. Beide 

ASICs verfügen über Distributed- 

Clocks, die die hochpräzise 

Synchronisation (

ET181x 

ET1810, ET1811, ET1812 | EtherCAT-IP-Core für Altera ® -FPGAs 


294 

Der EtherCAT-IP-Core ermöglicht 

es, auf einem FPGA (Field Programmable 

Gate Array – d. h. 

ein integrierter Schaltkreis, der 

programmierbare logische Komponenten 

enthält) sowohl die 

EtherCAT-Kommunikationsfunktion 

als auch anwendungsspezifische 

Funktionen zu implementieren. 

Die EtherCAT-Funktionalität 

ist dabei frei konfigurierbar. 

Der IP-Core kann mit eigenen 

FPGA-Designs kombiniert oder 

in System-on-Chips (SoCs) mit 

Softcore-Prozessoren oder Hard- 

Prozessorsystemen über Avalon ® - 

oder AMBA ® -AXI-Schnittstellen 

integriert werden. Die physikalischen 

Schnittstellen sowie 

interne Funktionen, wie die 

Anzahl der FMMUs und SYNC- 

Manager, die Größe des DPRAMs 

usw., sind einstellbar. Das Prozessdaten-Interface 

(PDI) und die 

Distributed-Clocks sind ebenfalls 

konfigurierbar. Die Funktionen 

sind kompatibel zur EtherCAT- 

Spezifikation und zu den 

EtherCAT-ASICs (ET1100, ET1200). 

Die stückzahlbasierten 

Lizenzen ET1811 bieten insbesondere 

Herstellern von kleinen 

Stückzahlen und Entwicklungsdienstleistern 

die Möglichkeit, 

mit geringeren Anfangsinvestitionen 

in die EtherCAT-Entwicklung 

einzusteigen. Für die Entwicklung 

eines EtherCAT-Gerätes 

ist einmalig die Basislizenz 

ET1811 und die Lizenzgebühren 

für 1.000 Geräte ET1811-1000 

erforderlich. Die Lizenzgebühren 

für 1.000 Geräte sind jeweils im 

Voraus zu entrichten. 

Entwicklungsdienstleister 

benötigen für sich lediglich die 

Basislizenz, ET1811; für jede 

Kundenimplementierung wird 

die Systemintegrator-OEM- 

Lizenz, ET1811-0030, benötigt. 

Die Lizenz (ET1811-1000) erwirbt 

der Endkunde. 

Konfigurierbare Features ET1810, ET1811, ET1812 

PHY-Interface 

1…3 Ports MII, 1…3 Ports RGMII oder 1…2 Ports RMII 

FMMUs 0…8 

SYNC-Manager 0…8 

DPRAM 

0…60 kB 


0…2 SYNC-Outputs, 0…2 Latch-Inputs (32/64 Bit) 

Prozessdaten-Interfaces 32-Bit-Digital-I/O, SPI, 8/16 Bit asynchrones µC-Interface, Avalon-Interface, AMBA-AXI3-Interface, 

64 Bit General via Avalon ® oderr AXI ® , 64 Bit General-Purpose-I/O 

Weitere Informationen www.beckhoff.de/ET1810 

Bestellangaben 

Einzelplatz-Lizenz ohne Stückzahlbegrenzung (node-locked) 

ET1810 

Einzelplatz-Lizenz zur Nutzung des EtherCAT-IP-Cores auf einem Arbeitsplatz. 

Die Lizenz beinhaltet Wartung und Updates für 1 Jahr. 

ET1810-0010 

Erweiterung der Einzelplatz-Altera-Lizenz (ET1810) um einen weiteren Arbeitsplatz 

ET1810-0020 

Wartungsverlängerung der Einzelplatz-Lizenz (ET1810) um ein Jahr 

Stückzahlbasierte Einzelplatz-Lizenz (node-locked) 

ET1811 

Basislizenz für die stückzahlbasierte Einzelplatz-Lizenz (node-locked) zur Nutzung des frei konfigurierbaren 

EtherCAT-IP-Cores für einen Arbeitsplatz. Target-Hardware: ausgewählte Altera ® -Devices 

ET1811-1000 

Lizenzgebühr für 1.000 Geräte, ET1811 erforderlich 

ET1811-0020 

Wartungsverlängerung um 1 Jahr, ET1811 erforderlich 

ET1811-0030 

Systemintegrator-OEM-Lizenz 

Netzwerk-Lizenz ohne Stückzahlbegrenzung (floating) 

ET1812 

Netzwerk-Lizenz ohne Stückzahlbegrenzung (floating) für Altera-FPGAs 

ET1812-0010 

Erweiterung der Netzwerk-Lizenz (ET1812) um einen weiteren Arbeitsplatz 

ET1812-0020 

Wartungsverlängerung der Netzwerk-Lizenz (ET1812) um ein Jahr 

Evaluierungs-Lizenz (Open Core Plus IP) 

Vollständige, befristete Version verfügbar. 

www.beckhoff.de/ET1810 


ET1815, ET1816 

ET1815, ET1816 | EtherCAT-IP-Core für Xilinx ® -FPGAs 

Der EtherCAT-IP-Core ermöglicht 

es, auf einem FPGA (Field Programmable 

Gate Array – d. h. 

ein integrierter Schaltkreis, der 

programmierbare logische Komponenten 

enthält) sowohl die 

EtherCAT-Kommunikationsfunktion 

als auch anwendungsspezifische 

Funktionen zu implementieren. 

Die EtherCAT-Funktionalität 

ist dabei frei konfigurierbar. 

Der IP-Core kann mit eigenen 

FPGA-Designs kombiniert oder 

in System-on-Chips (SoCs) mit 

Softcore-Prozessoren oder Hard- 

Prozessorsystemen über PLBoder 

AMBA ® -AXI-Schnittstellen 

integriert werden. Die physikalischen 

Schnittstellen sowie 

interne Funktionen, wie die 

Anzahl der FMMUs und SYNC- 

Manager, die Größe des DPRAMs 

usw., sind einstellbar. Das Prozessdaten-Interface 

(PDI) und die 

Distributed-Clocks sind ebenfalls 

konfigurierbar. Die Funktionen 

sind kompatibel zur EtherCAT- 

Spezifikation und zu den 

EtherCAT-ASICs (ET1100, ET1200). 

Die stückzahlbasierten 

Lizenzen ET1816 bieten insbesondere 

Herstellern von kleinen 

Stückzahlen und Entwicklungsdienstleistern 

die Möglichkeit, 

mit geringeren Anfangsinvestitionen 

in die EtherCAT-Entwicklung 

einzusteigen. Für die Entwicklung 

eines EtherCAT-Gerätes 

ist die einmalig Basislizenz 

ET1816 und die Lizenzgebühren 

für 1.000 Geräte ET1816-1000 

erforderlich. Die Lizenzgebühren 

für 1.000 Geräte sind jeweils im 

Voraus zu entrichten. 

Entwicklungsdienstleister 

benötigen für sich lediglich die 

Basislizenz, ET1816; für jede 

Kundenimplementierung wird 

die Systemintegrator-OEM- 

Lizenz, ET1811-0030, benötigt. 

Die Basislizenz (ET1816-1000) 

erwirbt der Endkunde. 


295 

Konfigurierbare Features ET1815, ET1816 

PHY-Interface 

1…3 Ports MII, 1…3 Ports RGMII oder 1…2 Ports RMII 

FMMUs 0…8 

SYNC-Manager 0…8 

DPRAM 

0…60 kB 


0…2 SYNC-Outputs, 0…2 Latch-Inputs (32/64 Bit) 

Prozessdaten-Interfaces 32-Bit-Digital-I/O, SPI, 8/16 Bit asynchrones µC-Interface, PLB-v4.6-Interface, AMBA-AXI4/AXI4-LITE-Interface, 

64 Bit General-Purpose-I/O 



Einzelplatz-Lizenz ohne Stückzahlbegrenzung (node-locked) 

ET1815 

Einzelplatz-Lizenz zur Nutzung des EtherCAT-IP-Cores auf einem Arbeitsplatz. 

Die Lizenz beinhaltet Wartung und Updates für 1 Jahr. 

ET1815-0010 

Erweiterung der Einzelplatz-Xilinx-Lizenz (ET1815) um einen weiteren Arbeitsplatz 

ET1815-0020 

Wartungsverlängerung der Einzelplatz-Lizenz (ET1815) um ein Jahr 

Stückzahlbasierte Einzelplatz-Lizenz (node-locked) 

ET1816 

Basislizenz für die stückzahlbasierte Einzelplatz-Lizenz (node-locked) zur Nutzung des frei konfigurierbaren 

EtherCAT-IP-Cores für einen Arbeitsplatz. Target-Hardware: ausgewählte Xilinx-Devices 

ET1816-1000 

Lizenzgebühr für 1.000 Geräte, ET1816 erforderlich 

ET1816-0020 

Wartungsverlängerung um 1 Jahr, ET1816 erforderlich 

ET1811-0030 

Systemintegrator-OEM-Lizenz 

Evaluierungs-Lizenz 

Vollständige, befristete Version verfügbar. 



EL9820 


296 

EL9820 | EtherCAT-Evaluation-Kit 

Das Evaluation-Kit dient als 

Plattform für die Entwicklung 

von EtherCAT-Slaves. Die mit 

dem Kit gelieferte Briefmarke 

realisiert dabei die komplette 

EtherCAT-Anschaltung mit 

dem ASIC ET1100. Alle Prozessdateninterfaces 

(PDI) der Digital- 

I/O, SPI und des asynchronen 

µControllers sind auf Stiftleisten 

geführt und können 

per PDI-Wahlschalter ausgewählt 

werden. Die SPI-Schnittstelle 

lässt sich wahlweise mit 

einem auf dem Kit vorhandenen 

PIC-Microcontroller verbinden 

oder direkt auf die Stiftleiste 

legen. Ein Programmier- und 

Debugging-Interface für den 

Controller ist ebenfalls vorhanden. 

Die EL9820 kann somit 

auch als Plattform für den 

EtherCAT Slave Stack Code 

ET9300 verwendet werden, 

der mit den Evaluation-Kits 

geliefert wird. 

Technische Daten 

Evaluation-Kit 

EtherCAT Slave Controller 

EtherCAT-Briefmarke 

Software 

Zubehör 

Workshop 

Weitere Informationen 

EL9820 

Basisplatine 

ASIC ET1100 

FB1111-0142 mit ASIC ET1100 

EtherCAT Slave Stack Code ET9300 

Kabel, Dokumentation 

als TR8100 optional zu bestellen 

www.beckhoff.de/EL9820 


FB1111 


FB1111 | EtherCAT-Briefmarken 

297 

Die EtherCAT-Briefmarke 

FB1111 bietet eine komplette 

EtherCAT-Anschaltung auf Basis 

des EtherCAT-ASICs ET1100. 

Alle FB1111-Variante haben 

den gleichen Formfaktor und 

können mit dem EtherCAT-Evaluation-Kit 

verwendet werden. 

Sie sind als EtherCAT-Schnittstellen 

in Geräte integrierbar. 


FB1111-0140 

FB1111-0141 

FB1111-0142 

www.beckhoff.de/FB1111 

EtherCAT-Briefmarke mit ET1100 und µC-Interface; kann als EtherCAT-Interface in Geräte integriert werden. 

EtherCAT-Briefmarke mit ET1100 und SPI-Interface; kann als EtherCAT-Interface in Geräte integriert werden. 

EtherCAT-Briefmarke mit ET1100 und Digital-I/O-Interface; kann als EtherCAT-Interface in Geräte integriert werden; 

ist Bestandteil des Evaluation-Kits EL9820. 


ET2000 


298 

ET2000 | Industrial-Ethernet-Multichannel-Probe 

Die Multichannel-Probe ET2000 

von Beckhoff ist eine vielseitige 

Hardware zur Analyse aller 

Industrial-Ethernet-Lösungen. 

Mit acht Ports ermöglicht dieses 

Gerät das unbegrenzte, zeitlich 

korrelierte Mitschneiden von bis 

zu vier unabhängigen Kanälen 

bei einer Geschwindigkeit von 

100 MBit/s. Hierbei werden alle 

Echtzeit-Ethernet-Standards, 

wie z. B. EtherCAT, PROFINET 

etc., sowie herkömmliche Office- 

Ethernet-Netzwerke unterstützt. 

Durch ihre kompakte und 

robuste Bauform ist die ET2000 

nicht nur für den Vor-Ort-Einsatz 

an Maschinen, sondern auch für 

den Einsatz im Labor bestens 

geeignet. Mit den vier Kanälen 

können sowohl getrennte Netzwerke 

als auch verschiedene 

Stellen im gleichen Netzwerk 

mitgeschnitten und analysiert 

werden. Alle durchlaufenden 

Frames – in Hin- und Rückrichtung 

– werden in der Probe- 

Hardware mit einem hochgenauen 

Zeitstempel versehen 

und an den GBit-Uplink-Port 

kopiert. Durch die hohe Auflösung 

des Zeitstempels von 1 ns 

kann eine sehr genaue Timing- 

Analyse der angeschlossenen 

Netzwerksegmente erfolgen. 

Die ET2000-Probe ist für die angeschlossenen 

Busse transparent. 

Dank der sehr geringen Durchlaufverzögerung 

wird das System 

so gut wie nicht beeinflusst. 

Das Gerät kann PC-seitig 

an beliebige GBit-Ethernet- 

Schnittstellen angeschlossen 

werden. Durch ein Plug-in für 

den frei verfügbaren Netzwerkmonitor 

Wireshark können die 

Mitschnitte und hochgenauen 

Zeitstempel mit diesem Netzwerkmonitor 

analysiert werden. 

Technische Daten 

ET2000 

Anzahl Ports/Kanäle 8/4 

Uplink-Port 

1 GBit/s 

Durchlaufverzögerung ca. 1 µs 

Auflösung Time-Stamp 1 ns 

Software-Interface 

WinPcap 

Übertragungsraten 

Probe-Ports: 100 MBit/s, Uplink-Port: 1 GBit/s 

Hardwarediagnose 

Link/Activity-LED je Kanal, 1 Power-LED 

Spannungsversorgung 

24 (18…30) V DC, 500 mA, 3-polige Anschlussklemme (+, -, PE) 

Abmessungen (B x H x T) ca. 100 mm x 150 mm x 40 mm 

Betriebstemperatur 0…+55 °C 






299 

Zur Realisierung einer sicheren 

Datenübertragung für EtherCAT 

ist das Protokoll Safety-over- 

EtherCAT offen gelegt. Das Protokoll 

hält die Anforderungen 

der IEC 61508 bis zum Safety- 

Integrity-Level (SIL) 3 und der 

IEC 61784-3 ein; dies wurde 

vom TÜV bestätigt. 

EtherCAT wird als einkanaliges 

Kommunikationssystem 

genutzt; das Transportmedium 

wird dabei als „Black Channel“ 

betrachtet und nicht in die Sicherheitsbetrachtung 

einbezogen. 

Damit ist das Protokoll auch 

geeignet, über andere Kommunikationssysteme, 

Backplanes oder 

WLAN übertragen zu werden. 

Der zyklische Austausch der 

sicheren Daten zwischen einem 

Safety-over-EtherCAT-Master 

und einem Safety-over-EtherCAT- 

Slave wird als Connection bezeichnet, 

die über einen Watchdog- 

Timer überwacht wird. 

Die Lizenz zur Implementierung 

der Safety-over-EtherCAT- 

Master- und -Slave-Technologie 

in einem Gerät ist kostenlos. 

ET9402 | Conformance-Test-Tool für Safety-over-EtherCAT 

Das FSoE-Conformance-Test- 

Tool (FSoE CTT) ermöglicht den 

In-House-Test von Safety-over- 

EtherCAT-(FSoE)-Slave-Geräten 

mit EtherCAT-Interface. Die Verwendung 

des ET9402-Tools 

während der Entwicklung von 

Safety-over-EtherCAT-Geräten 

hilft dabei, die Konformität sicherzustellen 

und das Gerät auf den 

offiziellen, unabhängigen FSoE- 

Conformance-Test in einem von 

der EtherCAT Technology Group 

(ETG) akkreditierten EtherCAT- 

Test-Center (ETC) vorzubereiten. 

Das Tool basiert auf dem 

EtherCAT-Conformance-Test-Tool 

(ET9400) mit Erweiterungen in 

Bezug auf die Safety-over- 

EtherCAT-Funktionalität. Eine 

gültige Lizenz der ET9400 ist 

Voraussetzung für den FSoE CCT. 

Der Test beinhaltet ein vollständiges 

Test-Set, um die Konformität 

von FSoE-Slave-Geräten 

zu testen. Das Test-Set ist vom 

TÜV anerkannt. Gemäß der ETG- 

Conformance-Test-Richtlinie für 

Safety-over-EtherCAT muss jeder 

Hersteller von EtherCAT-Geräten 

mit Safety-over-EtherCAT die Konformität 

der Safety-over-EtherCAT- 

Implementierung mit der aktuellen 

Version des FSoE-Tests und den 

dafür benötigten FSoE-Conformance-Test-Tools 

nachweisen. 


ET9402 


Conformance-Test-Tool für Safety-over-EtherCAT 

– beinhaltet ein vollständiges Test-Set, um die Konformität von FSoE-Slave-Geräten zu testen 

– Das Test-Set ist vom TÜV anerkannt. 

– Eine gültige Lizenz der ET9400 ist Voraussetzung für den FSoE CCT. 


ET9000, ET9200 

ET9000, ET9200, ET9300 | EtherCAT-Entwicklungssoftware 

ET9000 | EtherCAT-Konfigurator 


300 

Durch die klare Definition 

der Schnittstellen in der 

EtherCAT-Spezifikation kann 

ein EtherCAT-Master entwickelt 

werden, ohne gleichzeitig einen 

Konfigurator entwickeln zu 

müssen. Der EtherCAT-Konfigurator 

richtet sich an 

EtherCAT-Master-Entwickler, 

die ihn nutzen oder auch in 

ihr Softwarepaket einbinden 

und vertreiben wollen. 

Die Windows-Software zur 

Konfiguration eines EtherCAT- 

Netzwerks umfasst einen Konfigurator 

zum: 

– Einlesen von XML-Gerätebeschreibungen 

(ESI) 

– Erzeugen von XML-Konfigurationsbeschreibungen 

(ENI) 

Eigenschaften 

– Online-Features 

– Scannen von 

EtherCAT-Netzwerken 

– Diagnose 

– Free-run-Online- 

Betrieb zur Erstinbetriebnahme 

– Topologiedarstellung 

– Automation-Interface-Softwareschnittstelle 

startet den 

Konfigurator als COM-Server. 

– COM-Interface 

– XML-Interface zum 

Parameteraustausch 

zwischen Client 

und Server 

– Safety-Konfiguration, 

Safety-PLC EL69xx 

(Safety-over-EtherCAT) 

– inklusive eingebettetem 

grafischen User-Interface 

– EXE-Datei, lauffähig 

unter Windows XP, Vista 

und Windows 7 (32 Bit) 

Der EtherCAT-Konfigurator 

ist nicht erforderlich, wenn 

die TwinCAT-Software von 

Beckhoff verwendet wird. 


ET9000 


Lizenz zur Nutzung des EtherCAT-Konfigurators 

ET9200 | EtherCAT Master Sample Code 

Der EtherCAT Master Sample 

Code ist eine Windows-Applikation 

im Anwendermodus, 

die die Implementierung des 

EtherCAT-Masters demonstriert. 

Der Workshop für EtherCAT- 

Master-Entwickler TR8200 

nutzt ET9200 als Kursbasis. 

Eigenschaften 

– Boot-up und Konfiguration 

– Einlesen von XML-Konfigurationsbeschreibungen 

– Senden und Empfangen 

von „Raw“-EtherCAT-Frames 

zu/von einem Netzwerkadapter 

– Management der 

EtherCAT-Slave-States 

– Senden der Initialisierungskommandos, 

die für 

die verschiedenen Statuswechsel 

zum Slavegerät 

definiert sind 

– Mailbox-Kommunikation 

– CoE (CAN Application 

protocol over EtherCAT) 

– SoE (Servodrive Profile 

over EtherCAT) 

– EoE (Ethernet over 

EtherCAT) 

– FoE (File Access over 


– AoE (ADS over 


– integrierte virtuelle Switchfunktionalität 

– zyklische Prozessdatenkommunikation 

– Distributed-Clocks State- 

Machine 

Die Software wird als Quellcode 

versendet und kann an die 

Hardware-Umgebung angepasst 

(Ethernet-Controller) und in eine 

Echtzeitumgebung integriert 

werden. 


ET9200 


Lizenz zur Nutzung des EtherCAT Master Sample Codes 


ET9300, ET9400 

ET9300 | EtherCAT Slave Stack Code 

Der EtherCAT Slave Stack Code 

(SSC) ist ein in ANSI C geschriebener 

Code. Seine modulare und 

einfache Struktur ermöglicht den 

schnellen Einstieg in die Slave- 

Entwicklung. 

Mit dem SSC lässt sich eine 

Vielzahl an EtherCAT-Slaves, von 

den I/Os bis zu den Antrieben 

realisieren. Aufgrund einer definierten 

Hardware-Zugriffsschicht 

und der Berücksichtigung unterschiedlicher 

Controller-Architekturen 

lässt sich der Stack leicht 

auf verschiedene Plattformen 

adaptieren. 

Der seit 2004 verfügbare 

und in Zusammenarbeit mit 

der EtherCAT Technology 

Group ständig weiter entwickelte 

SSC gilt gewissermaßen 

als Referenz für eine Slave- 

Implementierung. Besonderes 

Augenmerk wurde auf die 

Konformität zur Protokollspezifikation 

gelegt. 

Das mitgelieferte Slave- 

Stack-Code-Tool bietet die 

Möglichkeit, einen an die 

eigenen Bedürfnisse angepassten 

Slave-Stack-Code, 

Geräte-beschreibungsdateien 

(ESI) sowie individuelle Source- 

Code-Dokumentationen zu 

erstellen. 

Funktionsumfang (Auszug) 

– ESM (EtherCAT State 

Machine) 

– Mailboxprotokolle: 

– CoE (CAN Application 

Protocol over EtherCAT) 

– AoE (ADS over 


– EoE (Ethernet 


– FoE (File Transfer 


– Vorbereitung für 

SoE (Servodrive Profile 


Analog & digital I/O 

CiA402 

Sample application 

AoE CoE SoE EoE FoE 

Mailbox 

Process data interface: serial/parallel 

Platform: little-endian/big-endian/8, 16, 32 bit 

EtherCAT Slave Controller 

– Vorbereitung für Bootloader-Unterstützung 

– verschiedene Synchronisierungen 

(z. B. DC), inklusive 

Sync-Watchdog 

– Beispielimplementierung des 

CiA402-Antriebsprofils nach 

ETG.6010-Spezifikation 

Process 

data 

State 

machine 

(DC) 

Sync 


301 


ET9300 


Lizenz zur Nutzung des EtherCAT Slave Stack Codes 

(kostenloser Download von der Beckhoff-Webseite über den Mitgliederbereich der EtherCAT-Technology-Group-Webseite) 

ET9400 | EtherCAT-Conformance-Test-Tool 

Das Conformance-Test-Tool (CTT) 

ermöglicht den In-House-Test 

von EtherCAT-Slave-Geräten. 

Die Verwendung des ET9400- 

Tools während der Entwicklung 

von EtherCAT-Geräten hilft 

dabei, die Konformität sicherzustellen 

und das Gerät auf 

den offiziellen, unabhängigen 

Conformance-Test in einem von 

der EtherCAT Technology Group 

akkreditierten EtherCAT-Test- 

Center (ETC) vorzubereiten. 

Das ET9400-Tool benötigt 

einen Standard-PC mit Windows- 

Betriebssystem, spezielle Hardware 

ist nicht erforderlich. 

Die EtherCAT-Frames zur Stimulation 

des Testgerätes werden 

über den Standard-Ethernet-Port 

gesendet. Das Tool arbeitet die 

standardmäßig mitgelieferten 

Testfälle (XML-Dateien) der Reihe 

nach ab. Erweiterungen der 

Testfälle sind ohne Modifikation 

am EtherCAT-Conformance- 

Test-Tool selbst möglich und 

somit lassen sich die offiziellen 

Testfälle durch eigene Routinen 

ergänzen. Testergebnisse und 

Kommentare werden in einem 

Loggerfenster angezeigt und 

können wiederum als XML-Datei 

abgespeichert werden. Das Tool 

testet auch die elektronische 

Beschreibung des EtherCAT- 

Gerätes (EtherCAT Slave Information, 

ESI) und beinhaltet einen 

Editor, um die EtherCAT-Slave- 

Information-(ESI)-Datei temporär 

für Testzwecke bearbeiten zu 

können. EEPROM-Daten (Slave 

Information Interface, SII) können 

ebenfalls gelesen, editiert 

und geschrieben werden. Neben 

den genannten Punkten werden 

u. a. folgende Punkte geprüft: 

– Konsistenzprüfung der Informationen 

aus CoE-Objektverzeichnis, 

SII und ESI 

– Plausibilität der Gerätebeschreibung 

aus SII und ESI 

– Test der EtherCAT-State- 

Machine (ESM) 

– Mailboxkommunikation 

mit SoE und CoE 

– Konsistenzprüfung der 

Objektbibliotheken gemäß 

des CiA-402-Profils 

– erweiterbar durch FSoE-Protokolltests 

(benötigt ET9402) 


ET9400 


EtherCAT-Conformance-Test-Tool, Lizenz zur Nutzung für 1 Jahr

EtherCAT - download - Beckhoff

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