EtherCAT – il Fieldbus Ethernet

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IndiceIl bus di campo forse non è tutto…

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Un bus di campo forse non è tutto…

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Una panoramica su EtherCAT

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EtherCAT Technology Group8

Perché Utilizzare EtherCAT?

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Tecnologia in Dettaglio
EtherCAT: Tecnologia Basata su Ethernet
Come funziona EtherCAT?
Il Protocollo EtherCAT
Topologia Flessibile
Distributed Clock per una Precisa Sincronizzazione
Diagnostica e Localizzazione Errori
Interfaccia di diagnostica EtherCAT MainDevice-independent
Requisiti di Alta Disponibilità
EtherCAT G: Funzionalità EtherCAT estesa a livello Gigabit… ma la macchina è nulla senza di esso!
Non solo il bus di campo è un componente
centrale dell’architettura di sistema, ma lesue prestazioni determinano quelle dell’intera applicazione. Il bus di campo è anche
un elemento chiave nel determinare i costidel sistema, il tempo per la sua messa inservizio e la sua robustezza. Questo è ilmotivo per cui un buon ingegnere sceglie
la tecnologia bus di campo come primo
passo di un progetto.
Abbiamo scritto questo prospetto perpresentarvi EtherCAT, il “fieldbus Ethernet”.
Oltre a scoprire EtherCAT, capirete cosalo rende il più veloce protocollo Ethernet

industriale. Questo prospetto introduce
anche EtherCAT Technology Group (ETG),
la più vasta organizzazione bus di campo
al mondo. Speriamo soprattutto di convincervi che EtherCAT è la scelta giusta perle vostre applicazioni. Qualora abbiate domande, non esitate a contattarci. Abbiamo
una passione per EtherCAT e non vediamol’ora di poterla condividere con voi.

A nome di EtherCAT Technology Group,
Martin Rostan, Direttore Esecutivo,
EtherCAT Technology Group24 Panoramica di Sistema
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EtherCAT P: segnale e alimentazione su un solo cavo
Safety over EtherCAT
Profili di Comunicazione
EtherCAT Automation Protocol (EAP)
Integrazione di Altri Bus di Campo
EtherCAT, Industrie 4.0 e IoT

38 Implementare Interfacce EtherCAT
40 Implementare un MainDevice (MDevice)
42 Implementare un SubDevice (SDevice)
44 Conformità e Certificazione

47 Contatti

Martin Rostan, Direttore Esecutivo,
EtherCAT Technology GroupIl team ETG in occasione di
un Global Strategy Meeting.

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Una panoramica su EtherCAT

EtherCAT è una tecnologia Ethernet Industriale caratterizzata da topologia flessibile,
elevate prestazioni, bassi costi e semplicità
d’uso. Introdotta nel 2003, è divenuta standard internazionale nel 2007. EtherCAT
Technology Group promuove EtherCAT ed
è responsabile del suo costante sviluppo.
EtherCAT è una tecnologia aperta: puòessere utilizzata e implementata da chiunque.

Come funziona
Il principio di funzionamento unico di
EtherCAT risiede nella modalità di processamento dei frame Ethernet: ogni
nodo legge e scrive i propri dati nel framesenza interrompere l’avanzamento diquest’ultimo. Ciò comporta un migliore
utilizzo della banda (un frame per cicloè spesso sufficiente per la comunicazione)
eliminando al contempo la necessità diswitch o hub.

Prestazioni di Rete
Il modo unico in cui EtherCAT processa iframe lo rende la soluzione Ethernet industriale più veloce; nessun’altra tecnologia
può superarlo in termini di utilizzo della
banda e di prestazioni.

5Topologia FlessibileÈ economico

Tecnologia Aperta

Una rete EtherCAT può supportare fino a
65.535 dispositivi senza restrizioni circa la
topologia: linea, dropline, albero, stella – oqualunque loro combinazione. Il layer fisico
Fast Ethernet consente collegamenti finoa 100 m, e distanze maggiori sono possibili
mediante fibra ottica. EtherCAT consente
inoltre un’ulteriore flessibilità topologica
mediante funzionalità aggiuntive quali Hot
Connect o ridondanza di cavo.

EtherCAT offre i vantaggi di Ethernet industriale al costo di un bus di campo. Come?
Innanzitutto non sono richiesti componenti
infrastrutturali attivi.
Il dispositivo MainDevice (MDevice)
non necessita di una scheda hardware
dedicata e i SubDevice (SDevice) integrano chip compatti ed economici disponibili da molteplici fornitori. Inoltre, nonè richiesta una competenza specifica intecnologie IT per mettere in servizio ilsistema.

EtherCAT è una tecnologia aperta standardizzata a livello internazionale, il che significa che chiunque è in grado di utilizzare latecnologia in una forma compatibile. Essere
una tecnologia aperta non significa peròche chiunque può modificare EtherCAT inmodo arbitrario per adattarlo alle proprienecessità: questo impedirebbe infatti qualsiasi interoperabilità. EtherCAT Technology
Group, la più vasta organizzazione bus dicampo a livello mondiale, è responsabiledel continuo sviluppo di EtherCAT in modoche quest’ultimo si mantenga aperto egarantisca allo stesso tempo l’interoperabilità.

È versatile
EtherCAT si presta ad architetture
siacentralizzate che decentralizzate.
Puòsupportare comunicazione
MainDevice-SubDevice, MainDeviceMainDevice e SubDevice-SubDevice
ed integrare bus di campo subordinati.
La comunicazione a livello di impiantoè possibile sfruttando l’infrastruttura
esistente tramite EtherCAT Automation Protocol.

È facile
Al confronto di bus di campo classici,
EtherCAT è una scelta ovvia: gli indirizzi
dei nodi vengono impostati in modo automatico, non è richiesta alcuna taratura
di rete e la diagnostica integrata consente
di individuare semplicemente gli errori.
Nonostante queste caratteristiche avanzate,
EtherCAT è semplice da utilizzare: non sonopresenti switch da configurare, né è richiesta
una complessa gestione di indirizzi MAC o IP.

Ethernet Industriale
EtherCAT supporta tecnologie internet
standard senza compromettere il determinismo della rete. Il protocollo “Ethernet
over EtherCAT” consente di trasportare FTP,
HTTP, TCP/IP o altri protocolli analoghi.

Sicurezza Funzionale
Safety over EtherCAT è proprio come
EtherCAT stesso – essenziale e veloce.
La sicurezza funzionale è integrata direttamente nel bus di campo, con la possibilità
di realizzare architetture a logica di sicurezza sia centralizzata che decentralizzata.
Grazie all’approccio “black channel”, Safety
over EtherCAT è utilizzabile anche con altri
sistemi bus di campo.

È collaudato
EtherCAT è attualmente utilizzato in
tutto il mondo in una gamma di applicazioni senza eguali. EtherCAT è usato
nella costruzione di macchine, in sistemi
di misura, in dispositivi medicali, all’interno
di autoveicoli e in innumerevoli dispositivi
embedded.

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Gli stand fieristici di ETG presentano latecnologia in sé così come la varietà diprodotti EtherCAT.

ETG tiene regolarmente assemble
regionali dei propri membri.

EtherCAT Technology Group

EtherCAT Technology Group mantienela tecnologia EtherCAT aperta a tutti i
potenziali utilizzatori. L’organizzazione
riunisce costruttori di dispositivi, fornitori
di tecnologia e utilizzatori finali allo scopo
di diffondere ulteriormente la tecnologia
EtherCAT.
Essa comprende numerosi Technical
Working Group all’interno dei quali gli
esperti discutono vari aspetti specifici dellatecnologia. Tutte queste attività sono focalizzate verso un fine comune: garantire lastabilità e l’interoperabilità di EtherCAT.
È grazie a ciò se esiste una sola versione di
EtherCAT, e non una nuova ogni anno.
ETG organizza vari Plug Fest ogni anno
in Europa, Asia, e America. In tale occasione
gli sviluppatori di dispositivi EtherCAT si
radunano allo scopo di testare i propri
prodotti garantendone l’interoperabilità.
Utilizzando l’EtherCAT Conformance Test
Tool ufficiale, ogni costruttore verifica laconformità dei propri dispositivi prima diimmetterli sul mercato. A fronte del superamento di un test presso un laboratorio
accreditato, inoltre, ETG rilascia ai costruttori un certificato di conformità.
ETG organizza anche seminari e workshop internazionali e rappresenta EtherCAT
nelle fiere di tutto il mondo. Vengono
inoltre offerti guide prodotto, stand fieristici condivisi ed esposizioni in occasionedei seminari per aiutare i propri membri acommercializzare i propri prodotti.

ETG possiede il più elevato numero di
membri tra le organizzazioni bus di campo
a livello mondiale. La lista dei membri èdisponibile sulla homepage. Il fattore
decisivo non è comunque rappresentato
dal numero di membri, bensì da quantotali membri sono attivi all’interno di ETG.
Sia il numero sia la varietà dei dispositivi
EtherCAT è senza paragoni, e il tasso diadozione di EtherCAT in Europa, Asia eAmerica è straordinario.

Diventa membro
La membership ETG è aperta a tutte leaziende, siano essi costruttori di dispositivi
o utilizzatori. I membri ETG:
	Hanno accesso alle specifiche tecniche eal forum per sviluppatori.
	Contribuiscono all’ulteriore sviluppo di
EtherCAT tramite i Technical Working
Group.
	Ricevono supporto all’implementazione
da parte di ETG	Ottengono stack software, tool e
accesso ad altri prodotti di sviluppo	Hanno l’autorizzazione ad utilizzare
i loghi EtherCAT e ETG	Possono pubblicizzare i propri prodottie servizi nella EtherCAT Product Guide
ufficiale, così come in occasione di fieree altri eventi ETG ufficiali.
Statuto, modulo di registrazione, einformazioni aggiuntive sono disponibili:
info@ethercat.org e www.ethercat.org

7Standardizzazione internazionale

Attività globali

EtherCAT Technology Group è partner ufficiale di IEC. EtherCAT e Safety over EtherCAT
sono standard IEC (IEC 61158 e IEC 61784).
Questi standard non definescono solamente
i livelli inferiori del protocollo, ma anche il
livello applicativo e i profili per specifiche
famiglie di dispositivi come azionamenti.
SEMI™ (Semiconductor Equipment and Materials International) ha accettato EtherCAT
come standard di comunicazione (E54.20)
per l’industria dei semiconduttori. I Task
Group all’interno del Semiconductor Technical Working Group (TWG) di ETG hanno
definito profili e guide implementative perdispositivi specifici del settore.
La specifica EtherCAT è disponibile
inglese, giapponese, coreano e cinese.

EtherCAT Technology Group opera a
livello globale. Esperti negli uffici ETG di
Germania, Cina, Giappone, Corea, e USA
supportano i membri ETG prima, durante
e dopo l’implementazione dei propri
dispositivi.
Lo sviluppo della tecnologia avviene
all’interno dei Technical Working Group(TWG), che definiscono estensioni e uniformano il comportamento dei dispositivi
attraverso profili di comunicazione e guide
implementative. Tutti i membri sono incoraggiati a contribuire attivamente ai TWG.

In molti Paesi EtherCAT è anche uno
standard nazionale, come in Coreae Cina.

Pietre miliari di EtherCAT

2003

2007

2009

2012

2014

2016

2020

2022

	Introduz.
EtherCAT	EtherCAT
diventastandard IEC	Membro 1000

	Membro 2000

	Membro 3000

	Membro 4000

Membro 5000

	Membro 6000

	
Test Centerin Germania
e Giappone

	
semiconductor
profiles	
Test Centerin North America

	
EtherCAT P

	
50° Plug Fest	
3000 Vendor ID	1° International
Technology
Week	EtherCAT
diventastandard coreano	EtherCAT
diventa uno
standard cinese	
Fondaz. ETG	
EtherCAT
diventastandard SEMI

2018

	
Dynamic Process
Data Channel

2005

2008

2011

2013

2015

2017

2019

2021

	Safety over
EtherCAT	1° Plug Fest	EtherCAT
Conformance
Test Tool	1° Plug Festin Asia	Interfaccia
EtherCAT inμP + μC
standard

	Membro 2500

	FSoE
Test Center	10 anni diuffici ETG
in Cina,
Corea e USA	EtherCAT G

	1° Interoperability Testing
Week

2006
	EtherCAT
ASIC	
Test Centerin Cina	Iniziativa
Industrie 4.0
e IoT

	
Profilo TSN

2023
Membro 7000
	20 anni di
EtherCAT ed
ETG8Perché Utilizzare EtherCAT?

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Il principio di funzionamento unico di EtherCAT ne fa la “scelta dell’ingegnere”.
Inoltre, le seguenti funzionalità sono vantaggiose per svariate applicazioni.

1. Prestazioni superiori
EtherCAT è di gran lunga la tecnologia
Ethernet industriale più veloce, e garantisce una sincronizzazione dell’ordine dinanosecondi.
Questo è un gran vantaggio per leapplicazioni in cui il processo viene controllato e misurato attraverso il bus. L’elevata
velocità di reazione permette di ridurre i
tempi di attesa nelle transizioni tra fasi delprocesso, il che aumenta notevolmentel’efficienza dell’applicazione. Infine, l’architettura di EtherCAT – a parità di tempo
ciclo – reduce tipicamente il carico della
CPU del 25–30% in confronto ad altri bus
di campo. Se applicate al meglio, le prestazioni di EtherCAT consentono una migliore
accuratezza, maggiori volumi di produzione
e quindi costi inferiori.

2. Topologia flessibile
Con EtherCAT la struttura della macchina
determina la topologia di rete, e nonviceversa. In sistemi Ethernet industriale
convenzionali esistono limitazioni sul numero di switch o hub collegabili in cascata,il che condiziona la topologia di rete complessiva. Queste limitazioni non sussistono
con EtherCAT, per il quale non è richiesto
l’utilizzo di switch o hub. In breve, EtherCAT
non offre limitazioni per quanto riguarda
la topologia di rete. Architetture a linea,
albero, stella o combinazioni di queste sono
possibili con un numero di nodi quasi illimitato. Singoli nodi o parti di rete possono
inoltre essere disconnessi e poi riconnessi –anche in un punto diverso della rete – durante
il funzionamento. La topologia a linea puòessere estesa ad un anello per ottenere
una ridondanza di cavo: tutto ciò di cui il
MainDevice necessita è una seconda porta direte, mentre i SubDevice supportano la ridondanza in modo naturale. Questo rende
possibile lo spegnimento di dispositivi
durante il funzionamento della macchina.

3. È semplice e robusto
Configurazione, diagnostica e manutenzione
sono fattori che influiscono sui costi delsistema. EtherCAT rende tutti questi aspettipiù semplici: gli indirizzi vengono assegnati
automaticamente, e non è pertantorichiesta una loro configurazione manuale.
Il ridotto carico di rete e la struttura
peer-to-peer migliorano l’immunità ai
disturbi elettromagnetici. La rete individua
potenziali disturbi e consente di localizzarlicon precisione, il che reduce drasticamente
i tempi di ricerca guasti. Durante l’avvio larete confronta la topologia reale con quellaconfigurata, individuando qualunque discrepanza. Le prestazioni di EtherCAT sono utili
anche durante la fase di configurazione,
in quanto eliminano la necessità di undimensionamento della rete. Grazie all’ampia banda, è possibile trasmettere traffico
TCP/IP insieme ai dati di controllo. Nonessendo però EtherCAT basato su TCP/IP,
non è richiesta una gestione di indirizzi
MAC o IP, né l’intervento di esperti IT per
configurare switch e router.

4. Sicurezza integrata
Sicurezza funzionale come parte integrantedell’architettura di rete? È possibile con
Safety over EtherCAT (FSoE). FSoE è testato
sul campo grazie a dispositivi certificati
presenti sul mercato dal 2005. Il protocollo
soddisfa i requisiti per sistemi SIL 3 e si
presta ad architetture di controllo sia centralizzate che decentralizzate. L’approccio
integrato e la semplicità del protocollo consentono di contenere i costi. Inoltre, i dati
possono essere ricevuti e processati anche
da un controllore non di sicurezza.

5. Sostenibilità
EtherCAT offre i vantaggi di Ethernet industriale a prezzi simili o inferiori a quelli
dei bus classici. Il solo hardware richiesto
dal MainDevice è una porta di rete, nonsono necessarie costose schede di interfaccia o co‑processori. EtherCAT SubDevice
Controller sono disponibili da diversi fornitori e in differenti formati: ASIC, FPGA,
o come opzione in microprocessori standard. Dato che tali controllori si fanno
carico di tutte le funzionalità più critiche,
EtherCAT non pone vincoli sulle prestazioni della CPU interna al SubDevice,
il che comporta una riduzione dei costi.
Dato che EtherCAT non richiede switcho altri componenti infrastrutturali
attivi, vengono eliminati anche i costi
per l’installazione, configurazione e
manutenzione di questi ultimi.

Per queste ragioni,
EtherCAT è utilizzato in:	Robotica
	Macchine utensili
	Packaging
	Macchine di stampa
	Lavorazione plastica	Presse	Industria dei semiconduttori	Banchi di test	Macchine pick & place	Sistemi di misura
Impianti energetici
	Sottostazioni
	Trattamento materiali	Smistamento bagagli	Controllo palcoscenici
	Sistemi di assemblaggio	Industria cartaria
	Controllo gallerie	Macchine saldatrici
Gru e scavatori	Macchine agricole
	Applicazioni offshore	Segherie
	Manifatture infissi
Sistemi di domotica
	Lavorazione ferro e acciaio	Impianti eolici	Macchine di trivellazione
Veicoli a guida automatica	Spettacolo	Dispositivi medicali
Lavorazione legno
	Realizzazione vetri piani
Sistemi di pesatura
Impianti siderurgici…

10Tecnologia in
Dettaglio
EtherCAT: Tecnologia basatasu Ethernet
EtherCAT è Ethernet industriale ed utilizza frame e layer fisico così come definiti dallo
standard Ethernet IEEE 802.3. Esso si propone però di rispondere anche alle specificheesigenze dell’automazione industriale, dove:	Sono richieste prestazioni hard real-time con tempi di risposta deterministici.
	Il sistema è normalmente costituito da molti nodi, ciascuno dei quali scambia
una quantità di dati ciclici di processo contenuta.
	I costi dell’hardware hanno una rilievo maggiore che in ambito IT e office.
Questi requisiti non permettono dal punto di vista pratico di utilizzare una rete Ethernet
standard a livello di campo. Inviando un telegramma Ethernet distinto per ogni nodo,
l’utilizzo effettivo della banda di comunicazione diminuisce significativamente nel casodi pochi byte di dati di processo ciclici: la minima lunghezza di un telegramma Ethernet
è infatti 84 byte (incluso l’Inter Frame Gap), del quale 46 byte utilizzabili per i dati diprocesso. Ad esempio, per un azionamento che invia al MainDevice 4 byte di dati diingresso corrispondenti alla posizione attuale e all’informazione di stato e riceve da esso
4 byte di dati di uscita equivalenti alla posizione comandata e all’informazione di controllo,
l’utilizzo di banda effettivo per ciascun telegramma risulta essere 4/84 = 4.8%. Inoltre
l’azionamento ha normalmente un tempo di reazione tra la ricezione dei dati di uscita ela trasmissione dei corrispondenti dati di ingresso. Alla fine, non rimane molto del rateo
di trasmissione di 100 Mbit/s.
Protocolli software, come quelli utilizzati nel mondo IT per l’instradamento (IP) e laconnessione (TCP), richiedono inoltre un overhead addizionale per ogni nodo determinando
ulteriori ritardi.

11

Come funziona EtherCAT?
EtherCAT supera le problematiche descritte nella sezione precedente grazie al suo efficiente
principio di funzionamento, in base al quale un singolo frame è di norma sufficiente a
scambiare i dati di processo di ingresso e di uscita con tutti i nodi!
Il MainDevice EtherCAT invia un telegramma che attraversa tutti i nodi. Ogni SubDevice
EtherCAT legge i dati di uscita ad esso destinati e scrive quelli da esso prodotti nel frame“al volo” (“on-the-fly”), mentre quest’ultimo continua a propagarsi verso i nodi successivi.
Il ritardo subito dal frame è pari al solo tempo di attraversamento fisico del SubDevice.
L’ultimo nodo di un segmento o ramo reinvia il messaggio in direzione del MainDevice
avvalendosi della comunicazione full-duplex di Ethernet.
La percentuale di utilizzo effettivo dei telegrammi sale a oltre il 90%, e grazie alla
comunicazione full-duplex il flusso di dati teorico è addirittura superiore a 100 Mbit/s.
Il MainDevice EtherCAT è l’unico nodo della rete in grado di inviare attivamente i frame;tutti gli altri nodi non fanno altro che inoltrare tali frame. Questo principio previene ritardi
di durata variabile e garantisce prestazioni deterministiche.
Il MainDevice utilizza un Media Access Controller (MAC) standard, senza necessità diun processore dedicato alla comunicazione. Questo consente di implementare un dispositivo MainDevice su qualunque piattaforma hardware dotata di una porta di rete, indipendentemente dal Sistema Operativo o dal software applicativo utilizzato.
I dispositivi EtherCAT SubDevice integrano un cosiddetto EtherCAT SubDevice
Controller (ESC) in grado di processare i frame on-the-fly a livello puramente hardware,il che rende le prestazioni della rete predicibili e indipendenti dalla particolare implementazione dei dispositivi SubDevice.

Il Protocollo EtherCAT

12MainDevice deve solo riempire un singolo frame EtherCAT con nuovi dati di uscita, e inviare il frame al controllore MAC tramite Direct Memory Access (DMA).
Quando il MAC riceve un frame con nuovi dati di ingresso, il MainDevice può
trasferire il frame sempre via DMA nella memoria del controllore – il tutto senza
che la CPU debba effettuare attivamente alcuna operazione di copiatura.
Accanto ai dati ciclici, ulteriori datagram possono essere utilizzati per la comunicazione asincrona o basata su evento.

EtherCAT utilizza frame Ethernet standard. I frame EtherCAT sono identificati da un
EtherType 0x88A4. Essendo EtherCAT ottimizzato per pochi dati di processo ciclici,
è possibile evitare l’utilizzo di ingombranti stack software come TCP/IP o UDP/IP.

Ethernet header

ECAT

EtherCAT frame

13

Ethernet

MDEVICE
Preamble

SFD

DA

SA

EtherType

Frame HDR

Datagram 1

Datagram 2

Datagram n

PAD

FCS

(7)

(1)

(6)

(6)

(2)

(2)

(10+n+2)(10+m+2)(10+k+2)(0…32)(4)

EtherType Ox88A4
EtherCAT in un frame Ethernet standard (in base alla specifica IEEE 802.3)

Per consentire una comunicazione Ethernet classica tra i nodi, i telegrammi TCP/IP possono
essere trasferiti tramite tunneling attraverso un canale aciclico senza impattare sullo
scambio di dati deterministico.
Durante la fase di avvio, il MainDevice (MDevice) configura e mappa i dati ciclici diprocesso nei SubDevice. Ogni SubDevice può scambiare quantità di dati variabili, daun bit ad alcuni byte o perfino kilobyte di dati.
Ogni frame EtherCAT contiene uno o più datagram. Il datagram header indica qualetipo di accesso il dispositivo MainDevice richiede:	Lettura, scrittura o lettura+scrittura	Accesso ad uno secifico SubDevice tramite indirizzamento diretto, o accesso a più
SubDevice attraverso indirizzamento logico (indirizzamento implicito)
L’indirizzamento logico è utilizzato per lo scambio dei dati di processo ciclici. Ciascun
datagram indirizza uno specifico sottinsieme dell’immagine di processo della rete, la cui
dimensione massima complessiva può raggiungere i 4 GByte. Durante la configurazione
iniziale, ad ogni SubDevice viene assegnata una collocazione specifica in tale spazio di
indirizzamento globale. SubDevice allocati nello stesso intervallo possono essere indirizzati
dallo stesso datagram. Dato che i datagram contengono tutta l’informazione relativa all’accesso ai dati, il MainDevice può decidere quando e a quali dati accedere. Per esempio, il
MainDevice può utilizzare tempi ciclo veloci per accedere ai dati dei servoazionamenti,
e tempi ciclo più lenti per campionare gli I/O. Questo semplifica il funzionamento del
MainDevice rispetto ad altri bus di campo, nei quali i dati di ogni nodo devono essere
letti individualmente, ordinati da un processore, e copiati in memoria. In EtherCAT, il

Ethernet header

ECAT HDR

Datagram 1

Datagram 2

Datagram 3

Logical Process
Image Task 1

Logical Process
Image Task 2

Logical Process
Image Task 3

Aggiungere dati di processo on-the-fly

Oltre che tramite indirizzamento logico, il MainDevice può accedere a un SubDevice inbase alla posizione di quest’ultimo nella rete. Questo metodo è utilizzato in fase di configurazione iniziale per determinare la topologia della rete e confrontarla con quella attesa.
Dopo aver verificato la configurazione della rete, il MainDevice può assegnare ad ogni
nodo un indirizzo preconfigurato e comunicare con il nodo stesso attraverso tale indirizzo
fisso. Questo consente di accedere ai singoli dispositivi anche qualora la topologia dellarete venga modificata, come in applicazioni Hot Connect. Esistono due soluzioni per lacomunicazione SubDevice-to-SubDevice. Un SubDevice può inviare dati direttamente ad

Ethernet

14

un altro nodo collocato a valle nella rete. Dato che i frame EtherCAT vengono processati
solamente nel percorso di andata, questo tipo di comunicazione diretta dipende dalla
topologia della rete ed è adatta in modo particolare ad architetture di macchina fisse (es.
macchine per stampa o confezionamento). Una comunicazione SubDevice-to-SubDevice
completamente flessibile passa invece attraverso il MainDevice e richiede due cicli dicomunicazione (non necessariamente due cicli del controllore). Grazie alle eccellenti prestazioni di EtherCAT, questa modalità di comunicazione SubDevice-to-SubDevice risulta
comunque più veloce di quella realizzabile con altre tecnologie bus di campo.

Topologia Flessibile
Linea, albero, stella, o cascata: EtherCAT supporta praticamente tutte le topologie.
EtherCAT consente di implementare una topologia a daisy‑chain o a linea pura con
centinaia di nodi senza le limitazioni che normalmente si determinano quando
switch o hub vengono posti in cascata.

MDEVICE

Topologia flessibile – liea, albero o stella

In fase di cablaggio, la combinazione di linee con diramazioni o segmenti in cascata è
particolarmente vantaggiosa: le porte necessarie per creare le diramazioni sono direttamente integrate in molti moduli di I/O, per cui non sono richiesti switch addizionali o altri
componenti infrastrutturali attivi.
La classica topologia a stella di Ethernet può ovviamente essere anch’essa utilizzata.
Macchine modulari o che prevedano cambi di utensile richiedono che segmenti di reteo singoli nodi vengano connessi e disconnessi durante il funzionamento. Gli EtherCAT
SubDevice Controller supportano già il presupposto per la funzionalità di Hot Connect.
Se un nodo adiacente viene disconnesso, la porta si chiude automaticamente cosicché ilresto della rete può continuare a funzionare senza interruzioni. Rapidi tempi di reazione<15 μs garantiscono un passaggio senza soluzione di continuità.
EtherCAT offre una grande flessibilità in termini di tipologia di cavi, e ogni segmentopuò utilizzare il mezzo fisico più adatto alla situazione. Cavi Ethernet industriale economici
posso essere utilizzati per la connessione tra nodi distanti fino a 100 m utilizzando lo standard 100BASE-TX. La tecnologia EtherCAT P consente inoltre la trasmissione di dati e alimentazione sullo stesso cavo: questa opzione consente la connessione di dispositivi comead esempio sensori con una singola linea. Possono essere utilizzate anche fibre ottiche(di tipo 100BASE-FX), ad esempio per coprire distanze di collegamento superiori a 100 m.
Una rete EtherCAT può includere fino a 65.535 dispositivi, e l’espandibilità della rete èdunque praticamente infinita. Dato il numero in pratica illimitato di nodi, dispositivi
modulari come sistemi di I/O possono essere realizzati in modo tale che ogni modulo sia
un SubDevice EtherCAT indipendente e autonomo. Pertanto, è possibile eliminare il bus
di estensione locale; le elevate prestazioni di EtherCAT raggiungono ogni modulo direttamente e senza ritardi, in quanto l’accoppiatore non è chiamato ad effettuare alcuna conversione di protocollo.

15

16

Distributed Clock per una
Precisa Sincronizzazione

Poiché il riferimento temporale inviato dal clock di riferimento giunge agli altri SubDevice
con un certo ritardo di propagazione, quest’ultimo deve essere misurato e compensato
per ogni SubDevice in modo da garantire sincronismo e simultaneità. Il ritardo è misurato
durante la fase di avvio della rete e – se necessario – anche a regime, garantendo un errore
nella simultaneità dei clock di molto inferiore a 1 μs.

In applicazioni consistenti in processi distribuiti nello spazio e che richiedano azioni
simultanee, un’esatta sincronizzazione è di particolare importanza. È il caso, ad esempio,di più azionamenti che eseguano movimenti coordinati.
Rispetto una comunicazione completamente sincrona, la cui qualità è influenzata
immediatamente da errori di comunicazione, i clock distribuiti sincronizzati possiedono
un’elevata tolleranza nei confronti del jitter di comunicazione. Perciò, l’approccio EtherCAT
per la sincronizzazione dei nodi è basato sui distributed clock (DC).

tSincronismo e simultaneità – traccia
di due dispositivi di uscita digitale
separati da 300 nodi e 120 m di cavo.

MDEVICE

Sincronizzazione completamente hardware concompensazione dei ritardi di propagazione.

La regolazione dei clock nei singoli nodi avviene a livello completamente hardware.
Il riferimento temporale del primo SubDevice DC è distribuito ciclicamente a tutti gli altri
dispositivi del sistema. Con questo meccanismo, i clock dei SubDevice possono essere
sincronizzati precisamente a quello del clock di riferimento. Il jitter di sincronizzazione
risultante è di molto inferiore a 1 μs.

Dato che tutti i nodi condividono lo stesso riferimento temporale, essi possono attivare leproprie uscite simultaneamente o acquisire i propri ingressi con un timestamp altamente
preciso. In applicazioni di controllo assi, la stabilità del tempo ciclo è altrettanto importantequanto il sincronismo e la simultaneità. In tali applicazioni, la velocità è normalmentederivata dalla posizione misurata, per cui è fondamentale che le misure di posizione
avvengano ad intervalli equidistanti di tempo: fluttuazioni anche minime nell’istante dimisura della posizione possono tradursi in un errore maggiore nella velocità calcolata,
specialmente in caso di tempi ciclo veloci. Con EtherCAT, le misure di posizione sono attivate dal preciso clock locale e non dal bus, il che garantisce un’accuratezza molto maggiore.
Inoltre, l’utilizzo dei distributed clock alleggerisce anche le specifiche sul dispositivo
MainDevice; dato che azioni come la misura della posizione vengono innescate dal clock
locale invece che dalla ricezione del frame, al MainDevice non sono richiesti requisiti particolari relativamente all’invio dei frame. Questo consente di implementare il MainDevice
a livello completamente software su un hardware Ethernet standard. Perfino un jitterdell’ordine di grandezza di microsecondi non riduce l’accuratezza dei clock distribuiti!
Dato che tale accuratezza non dipende da quando avviene la regolazione del clock, l’istanteesatto di trasmissione del frame diventa irrilevante. Il MainDevice deve solamente garantire che il telegramma EtherCAT venga inviato con anticipo sufficiente rispetto all’istantein cui il segnale DC all’interno dei dispositivi SubDevice innesca l’attuazione delle uscite.

17

18

Diagnostica e
Localizzazione Errori
L’esperienza con i fieldbus convenzionali ha mostrato come le proprietà di diagnosticagiochino un ruolo fondamentale nel determinare la disponibilità della macchina e i tempi
di messa in servizio.
Oltre all’individuazione degli errori, in fase di ricerca guasti è importante anche la loro
localizzazione. EtherCAT consente di scansionare e confrontare durante la fase di avvio la
topologia reale della rete con quella configurata, esupporta in modo intrinseco anchemolte altre funtionalità di diagnostica.
EtherCAT SubDevice Controller in ogni nodo effettua un controllo di ridondanza ciclico
su ciascun frame. I dati contenuti nel frame ricevuto sono inoltrati all’applicazione del
SubDevice solo se quest’ultimo è valido. Se viene individuato un errore, un corrispondentecontatore viene incrementato e i nodi successivi vengono informati sul fatto che il frameè corrotto. Anche il dispositivo MainDevice riconoscerà che il frame è stato danneggiatoe scarterà i dati. Il MainDevice può localizzare dove il frame è stato corrotto inizialmenteanalizzando i singoli contatori di errore dei SubDevice. Ciò costituisce un vantaggio enorme
in confronto ai fieldbus convenzionali, nei quali gli errori si propagano sull’intero mezzo
fisico rendendo impossibile localizzarne la sorgente. EtherCAT consente di individuare e
localizzare disturbi occasionali prima che il problema possa impattare sul funzionamentodella macchina.
Grazie all’efficiente utilizzo della banda di comunicazione di EtherCAT, che è ordini digrandezza migliore rispetto alle tecnologie Ethernet industriale basate su frame individuali per ogni SubDevice, la probabilità di errori causati da disturbi è molto inferiore aparità di tempo ciclo. E, nel caso di tempi ciclo molto veloci – caso tipico per EtherCAT –il tempo di riavvio della rete a seguito di errori è molto inferiore.
All’interno dei frame, il Working Counter consente di monitorare la consistenza dei
dati in ogni datagram. Ogni nodo indirizzato da un datagram e la cui memoria sia accessibile incrementa automaticamente il corrispondente Working Counter. Il MainDevice
è quindi in grado di verificare ciclicamente se tutti i nodi stanno lavorando con dati consistenti. Se il Working Counter ha un valore diverso da quello atteso, il MainDevice noninoltra i dati del datagram all’applicazione di controllo. Il MainDevice può poi determinare
la causa del comportamento inatteso con l’aiuto delle informazioni di stato e di errore
provenienti dai nodi, così come dello stato del link fisico.
Dato che EtherCAT utilizza frame Ethernet standard, il traffico di rete può essere acquisito tramite software gratuiti come Wireshark, il quale viene fornito con un interprete diprotocollo integrato specifico per EtherCAT.

Ulteriori informazioni su diagnostica sono disponibili sul sito:www.ethercat.org/diagnostica

19
Cyclic Synchronous Diagnostics
CyclicAcyclic- Working Counter

Hardware Diagnostics

Software Diagnostics- Lost Link Counters- RX Error Counters- State Machine Errors- Diagnosis History Object

Hardware

SoftwareRiepilogo delle funzionalità diagnostiche EtherCAT

Principio dell’interfaccia di diagnostica
EtherCAT MainDevice-independent
Attraverso le funzionalità appena descritte, tutta l’informazione di diagnosticanecessaria per monitorare lo stato della rete e per individuare e localizzare errori
è disponibile al MainDevice in qualunque rete EtherCAT.
L’informazione grezza deve però essere fornita a tool di diagnostica ed utilizzatori
finali per poter essere interpretata e utilizzata. Con la specifica ETG.1510 “Profile for
MainDevice Diagnostic Interface”, ETG ha definito una soluzione che consente a
tool esterni di accedere l’informazione di diagnostica fornita da reti EtherCAT in una
modalità indipendente dallo specifico fornitore di MainDevice e dalla particolare
implementazione software.
La specifica ETG.1510 estende la ETG.1500 “EtherCAT MainDevice Classes”.
L’informazione di diagnostica è mappata nell’Object Dictionary del MainDevice
EtherCAT definito nella ETG.5001, che è stato esteso a questo scopo. Vendono
descritte sia la struttura della rete come attesa dal MainDevice in base alla configurazione offline e la topologia corrente della rete come riconosciuta da una scansione
online. L’informazione di diagnostica vera e propria è mappata nella forma di contatori
incrementali consistenti tra loro che riassumono lo stato della rete dal suo avvio fino
all’istante attuale. Grazie a ciò, l’interfaccia di diagnostica può essere letta con una
frequenza indipendente dal tempo ciclo della rete EtherCAT, e non sono richieste
prestazioni di determinismo per i tool esterni.

20

L’accesso alle informazioni di diagnostica avviente grazie al ben noto protocollo CAN
application protocol over EtherCAT (CoE). Basandosi su protocolli e funzionalità già esistenti e completamente standard, l’interfaccia di diagnostica può essere implementata
facilmente con una semplice estensione software di qualunque implementazione di
un EtherCAT MainDevice standard. La quantità di risorse richiesta per tale estensione
software è molto limitata, il che rende l’implementazione dell’interfaccia di diagnostica
realizzabile per tutti i MainDevice inclusi sistemi embedded semplici e compatti.
Mediante l’interfaccia di diagnostica EtherCAT, fornitori di tool di diagnostica di macchina e di rete possono utilizzare un’interfaccia generica ed universale per raccogliere dati
di diagnostica da reti EtherCAT. Sono in grado di presentare tale informazione a tecnici ed
ingegneri in una maniera comprensibile e intuitiva. Inoltre, le reti non devono modificare
il proprio comportamento in base allo specifico fornitore del MainDevice né utilizzare unprotocollo di accesso proprietario per ogni differente implementazione di MainDevice.

Diagnostic
Interface

MDEVICE

Diagnostic
Interface

MDEVICESDEVICESDEVICE

Diagnostic
Interface

MDEVICESDEVICESDEVICE

Vendor 1

SDEVICE

Requisiti di Alta Disponibilità
Per macchine e dispositivi che richiedano garanzie di alta disponibilità, un’interruzione di
un cavo o il malfunzionamento di un nodo non devono in alcun modo rendere impossibile
raggiungere un segmento della rete o determinare l’arresto della rete stessa.
EtherCAT consente di ottenere una ridondanza di cavo con semplici accorgimenti.
Connettendo un cavo tra l’ultimo nodo ed una porta di rete addizionale nel MainDevice,una topologia a linea viene estesa in una topologia ad anello. Un evento di ridondanza,
come l’interruzione di un cavo o il malfunzionamento di un nodo, è individuato da un supplemento software nel dispositivo MainDevice. Questo è tutto! I SubDevice non richiedono
di essere modificati, e non sono neppure a conoscenza del fatto che stiano lavorando in
condizioni di rete ridondata.

SDEVICEMDEVICE
HMI orDiagnostic
Tool

Vendor 2

Vendor n

Ridondanza di cavo con dispositivi EtherCAT SubDevice standard
Principio dell’interfaccia di diagnostica EtherCAT MainDevice-independent

Il monitoraggio del link fisico nei SubDevice individua e risolve automaticamente i casi
di ridondanza con tempi di reazione inferiori a 15 μs, cosicché viene perso al massimo unframe ciclico. Questo significa che perfino applicazioni di controllo assi con tempi ciclo molto
brevi possono continuare a funzionare in caso di interruzione di un cavo.
In EtherCAT è possibile realizzare anche una ridondanza di MainDevice con funzionalitàdi Hot Standby. Componenti di rete vulnerabili, come quelli connessi tramite una catena
portacavi, possono essere collegati come diramazioni della rete, in modo che anche afronte dell’interruzione del cavo il resto della macchina continui a funzionare.

21

22

EtherCAT G: Funzionalità EtherCAT
estesa a livello Gigabit
EtherCAT G porta la tecnologia EtherCAT a livello di gigabit - e spalanca così le porte ad
applicazioni che richiedono di trasportare elevati volumi di dati per dispositivo, comead esempio la visione di macchina, tecnologie di misura di fascia alta, o applicazioni dimotion complesse. EtherCAT G è completamente compatibile con la tecnologia EtherCAT.
Dispositivi esistenti basati su 100 Mb/s possono essere integrati senza problemi, in quantodi dispositivi EtherCAT G si comportano come dispositivi EtherCAT tradizionali in sistemi
EtherCAT a 100 Mb/s. I ben noti vantaggi di EtherCAT, come processamento dei dati
on-the-fly, diagnostica avanzata, semplice configurazione e sincronizzazione integrata,
sono ovviamente mantenuti quando viene utilizzato EtherCAT G, e vengono trasportati
trasparentemente nei segmenti connessi.
Un elemento centrale di EtherCAT G è il concetto di “branch”. Esso è realizzato
attraverso gli EtherCAT Branch Controller (EBC), i quali adempiono a due funzioni:
	Agiscono come una sorta di nodi per l’integrazione disegmenti indipendenti formati da dispositivi a 100 Mb/s.
	Consentono il processamento parallelo dei segmenti
EtherCAT ad essi connessi.
Come risultato, i ritardi di propagazione sono significativamente ridotti, il che migliora
di diverse volte le prestazioni rispetto ai livelli precedenti.
Tramite il concetto di branch, anche impianti di grandi dimensioni possono essere
gestiti da un’unità di controllo centrale. La configurazione dei dispositivi di rete viene
effettuata - come tipico per EtherCAT - dal MainDevice, senza necessità di tool di configurazione addizionali.
EtherCAT G è perfettamente compatibile con lo standard Ethernet IEEE 802.3.
Con EtherCAT G è completamente conservata anche la flessibilità topologica: si possono
realizzare strutture a stella, linea, albero e daisy- chain. E attraverso gli EtherCAT BranchController (EBC) adesso si possono ora combinare in maniera ottimale segmenti a 1 Gb/s
con segmenti a 100 Mb/s nella stessa rete.

Segment 1

MDEVICEEBC

23
1 Gb/sSegment 2

EBC

100 Mb/s

100 Mb/s

10 Gb/s
SDEVICE

Segment 3
EBC

1 Gb/s100 Mb/s

SDEVICE
Segment 4

EBC

1 Gb/sSegment 5

10 Gb/s

EBC

100 Mb/s

100 Mb/s

Esempio di configurazione di una rete EtherCAT G/G10

Ulteriori informazioni su EtherCAT G sono disponibili qui: www.ethercat.org/ethercat-gPanoramica del Sistema
Livello di Impianto

Livello di Controllo

MDEVICESDEVICE

Distributed Clock:
Reference Clock

Safety decentralizzata
attraverso EtherCAT
MainDevice

SAFETYSAFETYMDEVICEMESMDEVICEESC
PORT 2Sincronizzazione
esterna:- GPS- IEEE 1588
- DCF77

Distributed Clock (DC)sincronizzazione ad elevata
precisione. Jitter esimultaneità: << 1 µs

Fibra ottica:
100BASE-FX
Fino a 20 km

SDEVICE

Dati di processo
elevati: ad es.
visione di macchina

EtherCAT BranchController

backplane
LVDS

SafetySubDevice

PORT 3
PORT 1

Interfaccia
Ethernet
standard

EPU

EtherCAT Device Protocol (EDP)
PORT 0EtherCAT Automation Protocol (EAP)

Topologia:- Linea- Albero- Stella- Cascata

Misura difascia alta

EtherCAT P:
dati e alimentazione
sullo stesso cavo

Fino a 65535
SDevice

EtherCAT P
power
sourceEBC
24 V DC
Segmento 1

ID 01
Hot Connect
ERP

Junction

Segmento 2

EBC

SwitchSensor

Actor

ID 02
Explicit device
identification
Junction

Actor

Segmento m
ID 03

Comunicazione
da MDevice
a MDevice

MDevice Classe A o Classe B
in base alla MainDevice
Classes Directive

Scada

Cavo di rame:
100BASE-TX
Fino a 100 m

da SDevice
a MDevice

Integrazione
fieldbus

MDEVICEMDEVICE

Gateway

Scambio dati
e sincronizzazione
tra segmenti
EtherCATSDEVICE
Switchport

SDEVICESDEVICE

TabletSafety over EtherCAT
MDevice centralizzato

Elevata disponibilità:ridondanza di cavo

WiFi

MDEVICESAFETYMDEVICESAFETYSDEVICE

Altri bus di campo

Integrazione
Ethernet standard:- Ethernet over
EtherCAT (EoE)
e.g. TCP/IP

Integrazione azionamenti:- CAN application protocol over EtherCAT (CoE)with DS402 Drive Profile- Servo Drive Profile over EtherCAT (SoE)- Safety Drive Profile- Modular Device Profile (MDP)26

EtherCAT P: segnale e
alimentazione in un solo cavo

27

RX-

TX-

TXUS

TX+

SDEVICE

RXUP

RX+

EtherCATPower

SDEVICEUSSDEVICE

UP

TX+
GNDS

Power: 2 x 24 V DC,
3 A (US , UP)

GNDS

Connessione a 2 cavi: EtherCAT + alimentazione separati

SDEVICERX+
GNDP

EtherCAT P: dati e alimentazione su un cavo

GNDP

EtherCAT P (P = power) è un’estensione del protocollo EtherCAT finora descritto.
Essa consente di trasmettere non solo dati, ma anche la tensione di alimentazione
attraverso un singolo cavo Ethernet standard a quattro fili.
Dal punto di vista del protocollo EtherCAT e EtherCAT P sono identici, in quanto
l’estensione riguarda solamente il livello fisico. Per implementare EtherCAT P non sononecessari EtherCAT SubDevice Controller specifici. Si potrebbe dire che EtherCAT P
ha gli stessi vantaggi di EtherCAT dal punto di vista della comunicazione ma fornisce
in più l’alimentazione attraverso il cavo di comunicazione, il che determina benefici
e vantaggi in numerose applicazioni.
Le due tensioni 24V indipendenti ed elettricamente isolate alimentano i dispositivi
EtherCAT P, dove US è dedicata all’elettronica e ai sensori e UP è destinata alla periferia
e agli attuatori. Entrambe le tensioni US e UP sono trasmesse direttamente sulla linea
di comunicazione EtherCAT a 100 Mbit/s. Grazie a ciò, gli utilizzatori possono connettere
in cascata diversi dispositivi EtherCAT P con un unico cavo.

Questo consente una semplificazione del cablaggio, un contenimento dei costi e una
riduzione delle dimensione di dispositivi, apparati e macchine.
EtherCAT P è particolarmente vantaggioso per quelle parti di macchina autonome
e spesso isolate, dato che queste possono ora essere raggiunte con dati e alimentazione
attraverso un singolo cavo. Sensori di ogni tipo si prestano perfettamente a EtherCAT P:
un singolo connettore M8 consente un’efficiente integrazione di questi dispositivi nella
rete ad alta velocità e li connette all’alimentazione. Possibili errori nella connessione dei
dispositivi vengono evitati grazie ad una speciale codifica meccanica dei connettori.
EtherCAT P può essere utilizzato insieme a EtherCAT tradizionale nella stessa rete.
Componenti dedicati trasformano il livello fisico di EtherCAT tradizionale in EtherCAT P
mantenendo la codifica dei dati. Allo stesso modo, un dispositivo può essere alimentato
con EtherCAT P ma trasmettere EtherCAT standard in uscita.
Ulteriori informazioni su EtherCAT P sono disponibili sul sito: www.ethercat.org/ethercat-p

Safety over EtherCAT

28

I moderni sistemi di comunicazione non supportano soltano lo scambio deterministico dei
dati di controllo, ma consentono anche il trasferimento di informazioni di sicurezza sullo
stesso mezzo fisico. EtherCAT utilizza a questo scopo il protocollo Safety over EtherCAT(FSoE = Fail Safe over EtherCAT) e permette quindi di avere:
Un solo sistema di comunicazione per i dati di controllo e per quelli di sicurezza	La possibilità di modificare ed espandere l’architettura del sistema di sicurezza	Soluzioni pre‑certificate per semplificare le applicazioni di sicurezza	Estese informazioni di diagnostica per le funzioni di sicurezza	Semplice integrazione del progetto di sicurezza nel progetto della macchina	Un unico ambiente di sviluppo per le applicazioni standard e di sicurezza

I frame di sicurezza, denominati Safety Container, contengono i dati di processo critici
Insieme all’informazione necessaria per garantirne l’integrità. I Safety Container sono
Scambiati come parte dei dati di processo. Il fatto che il trasferimento dei dati sia sicuro non
dipende dalla tecnologia di comunicazione, e non è quindi limitato ad EtherCAT: i Safety
Container possono viaggiare attraverso fieldbus, Ethernet o tecnologie analoghe, e possono
utilizzare cavi di rame, fibre ottiche o perfino connessioni wireless.

Ethernet telegram
ECAT HDR

Ethernet header

Datagram 1

Datagram 2

FSC

Safety over EtherCAT frame
CMD

Safe data

CRC_0

Safe data

CRC_1

Conn ID

Il Safety Container è mappato all´interno dei dati di processo ciclici di comunicazione.

MDEVICEMDEVICESAFETY
Relais Logic

SAFETYMDEVICESAFETYSDEVICESDEVICE

Grazie a questa flessibilità, connettere in modo sicuro diverse parti della macchina è più
semplice. Il Safety Container è instradato attraverso i vari controllori e processato nelle
diverse parti dell’impianto. Questo consente di implementare funzioni di arresto di emergenza per l’intera macchina o per parti di essa in modo semplice, anche se tali parti sonoconnesse con altre tecnologie (es. Ethernet).
Implementare il protocollo FSoE in un dispositivo richiede risorse limitate e garantisce
elevate prestazioni e rapidi tempi di risposta. Nell’industria robotica, esistono applicazioni
che utilizzano FSoE per applicazioni di controllo assi di sicurezza con un anello di controlloa 8 kHz.

Device 1
Controller B
safetyprotocolController A
safetyprotocolSafety over EtherCAT consente architetture di sicurezza più semplici e flessibili rispetto ad una logica a relè.

EtherCAT SubDevice ControllerIN

La tecnologia di sicurezza EtherCAT è stata sviluppata in accordo alla normativa IEC 61508,
è approvata dal TÜV SÜD Rail, ed è standardizzata nella specifica IEC 61784-3. Il protocollo
è idoneo ad applicazioni di sicurezza con Safety Integrity Level fino a SIL 3.
In Safety over EtherCAT il sistema di comunicazione è parte del cosiddetto “black channel”,
non è rilevante ai fini della sicurezza. Il sistema di comunicazione EtherCAT utilizza un singolo
canale per trasferire sia i dati standard che quelli di sicurezza.

Device 2

OUT

Controller B
safetyprotocolController A
safetyprotocolEtherCAT SubDevice Controller
IN

OUT

Principio “black channel”: è possibile utilizzare l´interfaccia di comunicazione standard.

Ulteriori informazioni relative a Safety over EtherCAT sono disponibili sul sito ETG:
www.ethercat.org/safety

29

30

CAN application protocol over EtherCAT (CoE)Profili di Comunicazione
Allo scopo di configurare i dispositivi SubDevice e ricavarne informazioni di diagnostica,èpossibile accedere ai dati mediante comunicazione aciclica. Quest’ultima è basata su unprotocollo mailbox affidabile con funzionalità di recupero automatico in caso di perdita
o danneggiamento dei messaggi.
Per supportare un’ampia varietà di dispositivi e applicazioni, sono stati definiti iseguenti profili di comunicazione EtherCAT:	CAN application protocol over EtherCAT (CoE)	Servo drive profile, secondo specifica IEC 61800-7-204 (SoE)	Ethernet over EtherCAT (EoE)	File access over EtherCAT (FoE)

File system,
bootloader

File accessSubordinatedobject dictionaries or devices

Gatewayfunction

HTTP, FTP, …

IEC 61800-7-204
application(SERCOS)CANopenapplication

TCP UDPIDN

ObjectDictionary

IP

Servicechannel

SDO

AoE

EoE

SoE

Mailbox

CoE

Servo drive profile basato su IEC 61800 7 204 (SoE)
SERCOS™ è noto come interfaccia di comunicazione deterministica, in special modo perapplicazioni di controllo assi. Il profilo SERCOS™ per azionamenti è definito nello standard
internazionale IEC 61800-7. Tale standard contiene anche la mappatura di questo profilo
su EtherCAT. Il canale di servizio, comprensivo di accesso ai parametri e alle funzioni internedell’azionamento, è mappato nella mailbox di EtherCAT.

Ethernet over EtherCAT (EoE)
PDO
mapping

Ethernet
FoE

Process data

Tramite il protocollo CoE, EtherCAT fornisce gli stessi meccanismi di comunicazione di
CANopen®-Standard EN 50325-4: Object Dictionary, mappatura dei PDO (Process Data
Objects) e SDO (Service Data Objects) – anche la gestione della rete è simile. Ciò permette
di implementare EtherCAT in dispositivi precedentemente dotati di interfaccia CANopen
con uno sforzo minimo, e persino di riutilizzarne gran parte del firmware. Opzionalmenteè possibile superare la limitazione di 8 byte di lunghezza per i PDO, così come sfruttarel’ampia banda di EtherCAT per supportare la lettura dell’intero Object Dictionary. Anchei profili di dispositivo, come quello per azionamenti CiA 402, possono essere riutilizzati in
EtherCAT.

AT
MDT

CoE/SoE

EtherCAT utilizza layer fisico e frame Ethernet. Il termine Ethernet è anche associato
comunemente al trasferimento di dati in applicazioni IT, basate su connessioni TCP/IP.
Utilizzando il protocollo Ethernet over EtherCAT (EoE) qualunque traffico dati Ethernet
può essere trasportato all’interno di datagram EtherCAT. I dispositivi Ethernet sono

Process data

EtherCAT SubDevice Controller

MDEVICE

Physical layer
Differenti profili di comunicazione possono coesistere nello stesso dispositivo.

Un SubDevice non supporta necessariamente tutti i profili di comunicazione; al contrario,
è possibile decidere quale profilo è più adatto alle specifiche necessità. Il dispositivo
MainDevice è informato su quali profili di comunicazione sono stati implementati nel
SubDevice attraverso il file descrittivo di quest’ultimo.

Trasmissione trasparente di protocolli IT standard.

Switchport

Webserver31

32

connessi alla rete EtherCAT attraverso i cosiddetti Switchport. I frame Ethernet, così comei protocolli internet (e.g. TCP/IP, VPN, PPPoE (DSL), ecc.) sono veicolati su EtherCAT in modo
trasparente tramite tunneling. Il dispositivo dotato di funzionalità Switchport si occupa diinserire nel traffico EtherCAT i frammenti TCP/IP ed impedisce pertanto che il determinismo della comunicazione venga compromesso.
In aggiunta, dispositivi EtherCAT possono supportare protocolli Ethernet (come HTTP)
localmente, e risultano quindi analoghi a nodi Ethernet tradizionali esterni alla rete EtherCAT.
Il MainDevice si comporta come uno switch di livello 2, in grado di inviare i frame ai nodi
destinatari tramite EoE in base ai loro indirizzi MAC. In questo modo, è possibile supportare
tutte le tecnologie internet quali web server, e-mail, trasferimento FTP in un contesto
EtherCAT.

File access over EtherCAT (FoE)

Comunicazione di Impianto
EtherCAT Automation Protocol(EAP)
Il livello di controllo di processo presenta requisiti di comunicazione che differiscono inparte da quelli a cui si rivolge l’EtherCAT Device Protocol descritto nei precedenti paragrafi.
Macchine o sezioni di impianto richiedono spesso di scambiare informazioni sul proprio
stato o sulle successive fasi di lavorazione. Inoltre, è presente di norma un controllore centrale che supervisiona l’intero processo produttivo, fornisce agli utilizzatori informazioni
di stato circa la produttività, e impartisce ordini alle varie stazioni della macchina.

Questo semplice protocollo, simile al TFTP (Trivial File Transfer Protocol) consente l’accesso
a file all’interno di un dispositivo e l’aggiornamento del firmware attraverso la rete. Il protocollo è stato volutamente definito in modo essenziale, così da poter essere supportato
da applicazioni di boot loader senza necessità di uno stack TCP/IP.

ADS over EtherCAT (AoE)
Protocollo client-server basato su Mailbox, ADS over EtherCAT (AoE) è definito dalla
specifica EtherCAT. Mentre protocolli come CAN application protocol over EtherCAT (CoE)
forniscono una dettagliata semantica dei dati, AoE li integra perfettamente tramite servizi
paralleli e instradabili ogniqualvolta l’applicazione lo richieda. Per esempio, ciò potrebbe
includere l’accesso attraverso EtherCAT a sotto-reti come CANopen®, IO-Link™ e altre
mediante dispositivi gateway. AoE possiede un overhead molto inferiore rispetto a servizi
analoghi forniti dal protocollo IP. I parametri di indirizzamento della sorgente e del destinatario sono sempre contenuti nel telegramma AoE - di conseguenza, è possibile un’implementazione molto semplice sia lato client che lato server.
AoE è anche il protocollo prescelto per la comunicazione aciclica mediante EtherCAT
Automation Protocol (EAP), e consente pertanto una comunicazione diretta tra sistemi MES,
MainDevice EtherCAT e dispositivi bus di campo subordinati connessi attraverso gateway.
AoE rappresenta anche un protocollo standard per acquisire informazioni di diagnosticada una rete EtherCAT da parte di software di diagnostica remoti.

ERP

HMI
(e.g. OPC,
Thin Client)

SwitchMDEVICESDEVICE

EtherCAT Automation Protocol
Process
Control

Configuration
Handheld

MDEVICEMDEVICEMDEVICEMDEVICE

Switchport

EtherCAT Device Protocol (processed on the fly)Comunicazione di impianto con EtherCAT

33

EtherCAT Automation Protocol (EAP) soddisfa tutti questi requisiti. Tale protocollo
definisce interfacce e servizi per:
	Scambio dati tra dispositivi EtherCAT MainDevice(comunicazione MainDevice-MainDevice),
Comunicazione verso interfacce uomo-macchina (HMI),
Accesso a dispositivi appartenenti ai segmenti EtherCAT sottostanti (Routing),	Integrazione di tool per la configurazione dell’impianto o dei dispositivi.

34

PROCESSCONTROL

Integrazione di Altri Bus di Campo

EtherCAT Automaton Protocol (EAP)
Safety over EtherCATMDEVICESAFETYMDEVICEMDEVICESAFETYSAFETYMDEVICEMDEVICESAFETYSDEVICESDEVICESAFETYMDEVICEMDEVICESAFETY

La comunicazione EAP ciclica può essere inserita direttamente all’interno dei frame
Ethernet, senza ulteriori protocolli di trasporto o di instradamento.
L’EtherType 0x88A4 indica ancora che il frame è utilizzato da EtherCAT. Ciò consente
di scambiare dati tramite EAP con tempi ciclo dell’ordine dei millisecondi. Qualora sia
necessario mettere in comunicazione tra macchine remote, i dati di processo possono
essere trasmessi anche via UDP/IP o TCP/IP.
Inoltre, grazie al protocollo Safety over EtherCAT, è possibile trasmettere su EAP anche
dati di sicurezza. In questo modo, parti di una macchina possono realizzare una funzione
di arresto di emergenza globale, o informare i moduli adiacenti in merito all’intervento di
una funzione di sicurezza locale.

SAFETYSDEVICEL’ampia banda di comunicazione di EtherCAT consente di integrare reti bus di campo convenzionali come sistemi subordinati attraverso un gateway EtherCAT, fatto particolarmente
utile in caso di migrazione da un bus di campo convenzionale a EtherCAT. Il passaggio
a EtherCAT può così essere graduale, e consente di continuare a utilizzare componenti che
non supportino ancora un’interfaccia EtherCAT.

SDEVICEMDEVICESDEVICE

Machine module A

Machine module B

Gateway

Gateway

SAFETYSDEVICE

Machine module C

Architettura di comunicazione di un impianto con EtherCAT Automation Protocol e Safety over EtherCAT

I protocolli di comunicazione utilizzati da EAP sono parte dello standard internazionale IEC
61158. EAP può essere trasmesso su qualunque connessione Ethernet, inclusi collegamenti
wireless, consentendo ad esempio di gestire veicoli a guida automatica (AGV) comuni nelle
industrie dei semiconduttori e automotive.
Lo scambio di dati ciclico segue in EAP la logica “Push“ o quella “Poll“. In modalità“Push”, ogni nodo invia i propri dati con il proprio tempo ciclo o un multiplo di esso. Ogni
ricevitore può essere configurato per intercettare i dati di specifiche sorgenti. La configurazione dei dati trasmessi e ricevuti avviene tramite l’Object Dictionary. In modalità “Poll”,
un nodo (normalmente il controllore centrale) invia un telegramma a tutti gli altri nodi,e ognuno di questi risponde con il proprio telegramma.

Interfacce bus di campo decentralizzate

La capacità di integrare gateway decentralizzati permette inoltre di ridurre la dimensione
fisica del PC industriale, e in alcuni casi di utilizzare addirittura un PC embedded, in quantonon sono più necessarie schede di espansione. In passato, tali schede erano richieste
per connettere dispositivi complessi, come gateway bus di campo MainDevice e SubDevice,interfacce seriali veloci, e altri sottosistemi di comunicazione. Con EtherCAT, tutto quelloche è richiesto per collegare questi dispositivi è una singola porta di rete. I dati di processodel sottosistema subordinato sono resi direttamente disponibili nell’immagine di processo
di EtherCAT.

35

36

Attuare la Trasformazione Digitale
con EtherCAT, Industrie 4.0 e IoT

Ottimizzazione dei processi, manutenzione predittiva, produzione come servizio, sistemi
adattativi, risparmio di risorse, fabbriche intelligenti, riduzione dei costi: esistono innumerevoli buone ragioni per utilizzare i dati delle reti di controllo in sistemi di livello superiore.
Internet of Things (IoT), Industrie 4.0, Made in China 2025, Industrial Value Chain Initiative:c’è un’esigenza diffusa per una comunicazione diretta e standardizzata attraverso tutti ilivelli. Dati di sensori inviati nel cloud insieme a ricette, o parametri scaricati da sistemi ERP
in dispositivi distribuiti; si pensi ad esempio ad un sistema di alimentazione condiviso dadue macchine: esistono requisiti sul flusso di dati in direzione sia verticale sia orizzontale.
Grazie alle sue elevate prestazioni, alla flessibilità e all’apertura delle interfacce,
EtherCAT soddisfa intrinsecamente i requisiti della trasformazione digitale:	Le prestazioni superiori del sistema sono il prerequisito per aggiungere la gestione
dei big data nelle reti di controllo.
	EtherCAT fornisce la flessibilità per integrare la connettività al cloud in sistemi esistenti senza dover modificare minimamente il controllore o aggiornare i SubDevice:
un Edge Gateway può accedere ai dati locali di qualunque SubDevice EtherCAT attraverso
la funzionalità di Mailbox Gateway del MainDevice EtherCAT. L’Edge Gateway può
essere sia un dispositivo remoto, connesso al MainDevice via TCP o UDP/IP, sia un
modulo software collocato direttamente all’interno dell’hardware del MainDevice
EtherCAT.
	Inoltre, le interfacce aperte consentono di integrare qualsiasi protocollo IT – inclusi
OPC UA, MQTT, AMQP e altri – all’interno del MainDevice o direttamente nei dispositivi
SubDevice, offrendo quindi un collegamento diretto per IoT dal sensore al cloud senzadiscontinuità di protocollo.
Tutte queste proprietà fanno parte da sempre del protocollo EtherCAT, il che dimostra
quanto lungimirante sia la sua architettura. Ulteriori opzioni di connettività vengono
cionondimeno introdotte quando queste si sviluppano e diventano rilevanti. Ovviamante
è importante considerare anche il passato nel guardare al futuro: l’introduzione di nuove
funzionalità è gestita in totale continuità, e il protocollo EtherCAT in sé è stabile alla sua“Versione 1” sin dalla sua introduzione nel 2003.
Ulteriori nuovi sviluppi nell’ambito del Time Sensitive Networking (TSN) migliorano
ulteriormente le proprietà di determinismo della comunicazione tra controllori. Grazie
a TSN, i controllori – inclusi quelli basati sul cloud – possono accedere ad una rete di
SubDevice EtherCAT anche attraverso le reti dell’impianto. Dato che EtherCAT necessita
tipicamente di un singolo frame ciclico per gestire tutta la rete, questo accesso è moltopiù semplice e più veloce che con qualunque altra tecnologia bus di campo o Ethernet
industriale. Gli esperti di EtherCAT Technology Group contribuiscono al gruppo di lavoro
TSN interno allo standard IEEE 802.1 fin dagli esordi – in un tempo in cui TSN era ancora
noto come AVB (Audio Video Bridging).

37

EtherCAT Technology Group (ETG) è stata anche tra le prime organizzazioni bus di campoa stabilire una collaborazione con OPC Foundation. Il protocollo OPC UA, essendo una
tecnologia di comunicazione client/server basata su TCP/IP con sicurezza integrata checonsente di trasferire dati in forma criptata ai sistemi MES/ERP, complementa EtherCAT.
Con OPC UA Pub/Sub, l’utilizzabilità di OPC UA è stata ottimizzata in applicazioni
macchina-macchina (M2M) e per la comunicazione verticale verso servizi basati sul cloud.
ETG contribuisce attivamente a tutti questi sviluppi al fine di garantire che essi siano interamente compatibili con EtherCAT.
EtherCAT non è quindi solo pronto per IoT, EtherCAT è già IoT!

OPC UA, AMQP, MQTT, TSN, EAPERPMESSDEVICESDEVICESDEVICESDEVICEMDEVICESDEVICESDEVICESDEVICEMDEVICE

Edge
Gateway

SDEVICESDEVICESDEVICE

Edge
Gateway

MDEVICESDEVICESDEVICESDEVICESDEVICESDEVICESDEVICESDEVICE

Protocolli IoT:OPC UA, AMQP, MQTT

Ulteriori informazioni riguardanti EtherCAT e TSN sono disponibili sul sito ETG:
www.ethercat.org/tsn

SDEVICESDEVICEMDEVICESDEVICESDEVICESDEVICESDEVICESDEVICESDEVICE38

39

Implementare
Interfacce EtherCAT

La tecnologia EtherCAT è stata ottimizzata per consentire un’implementazione a costi
contenuti, pertanto integrare un’interfaccia EtherCAT ad un sensore, ad un dispositivo di
I/O o ad un controllore embedded non aumenta significativamente i costi complessivi.
Inoltre, l’interfaccia EtherCAT non richiede CPU di elevate prestazioni – i requisiti sulla CPU
dipendono unicamente dall’applicazione finale.
Oltre alle specifiche hardware e software, in fase sviluppo di un’interfaccia sono
importanti il supporto all’implementazione e la disponibilità di stack di comunicazione.
EtherCAT Technology Group offre supporto allo sviluppo in tutto il mondo. Sono inoltre
disponibili kit di valutazione di diversi fornitori, seminari per sviluppatori e codici diesempio gratuiti che permettono di intraprendere lo sviluppo in modo più semplice.
Per l’utilizzatore finale, il fattore più importante è l’interoperabilità tra dispositivi divari fornitori. Per assicurare tale interoperabilità, i fornitori di dispositivi sono chiamati
ad eseguire un test di conformità prima di poter introdurre il loro dispositivo sul mercato.
Tale test verifica che l’implementazione rispetti la specifica EtherCAT, e può essere effettuato tramite il Conformance Test Tool. Questo software può essere utilizzato anche
durante la fase di sviluppo del dispositivo in modo da individuare e correggere tempestivamente errori di implementazione.

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Implementare un MainDevice

L’interfaccia per un dispositivo EtherCAT MainDevice (MDevice) presenta un unico, semplicissimo requisito: una porta Ethernet. L’implementazione utilizza l’Ethernet controller
integrato o una scheda di rete standard di prezzo contenuto, per cui non è richiesta
alcuna costosa scheda di interfaccia dedicata. Questo significa che con una singola porta
Ethernet standard è possibile implementare una soluzione di rete hard real-time.
Nella maggior parte dei casi l’Ethernet controller è integrato tramite Direct Memory
Access (DMA), per cui non vengono consumate risorse della CPU per il trasferimento didati tra il dispositivo MainDevice e la rete. In una rete EtherCAT, la mappatura avviene nei
dispositivi SubDevice. Ogni SubDevice scrive i dati da lui prodotti e legge i dati a lui indirizzati nel punto corretto all’interno dell’immagine di processo, il tutto mentre il telegramma
lo sta attraversando. Perciò, l’immagine di processo che arriva al MainDevice è già ordinata
nel modo corretto.
Non essendo più la CPU del dispositivo MainDevice responsabile dell’ordinamento
dei dati, i requisiti sulle sue prestazioni dipendono solamente dall’applicazione di controllo e non dall’interfaccia di comunicazione EtherCAT. Specialmente per applicazioni
medio-piccole, realizzare un MainDevice EtherCAT è molto semplice. Dispositivi EtherCAT
MainDevice sono stati implementati per una vasta gamma di sistemi operativi: Windows
e Linux, QNX, RTX, VxWorks, INtime, eCos sono solo alcuni esempi.
Diversi membri ETG offrono una varietà di opzioni per agevolare l’implementazione
di un dispositivo MainDevice, da librerie gratuite scaricabili dalla rete, a codici sorgente diesempio, fino a pacchetti completi (inclusivi di servizi) per diversi sistemi operativi e CPU.
Per poter gestire la rete, il MainDevice EtherCAT deve conoscere la struttura dei dati
ciclici così come i comandi di inizializzazione per ogni dispositivo SubDevice. Questi
comandi possono essere esportati in un file chiamato EtherCAT Network Information (ENI)con l’aiuto di un software di configurazione della rete, che utilizza a sua volta i file
EtherCAT SubDevice Information (ESI) dei singoli SubDevice connessi alla rete stessa.

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Lo spettro delle implementazioni MainDevice disponibili e delle loro funzionalità varia.
A seconda dell’applicazione finale, funzionalità opzionali sono supportate o volutamente
omesse per ottimizzare l’utilizzo delle risorse hardware e software. Per questa ragione,
i dispositivi EtherCAT MainDevice vengono raggruppati in due classi: i MainDevice diclasse A rappresentano dispositivi EtherCAT MainDevice standard, mentre i MainDevice
di classe B supportano un numero di funzionalità più limitato. Tutte le implementazioni
MainDevice dovrebbero in linea di principio aspirare ad essere di classe A: la classe B èsuggerita solamente per quei casi in cui le risorse disponibili non siano sufficienti per supportare tutte le funzionalità, come ad esempio in sistemi embedded.

Task di controllo

Descrizione immagine
di processo (XML)Tool diconfigurazione
di sistema

EtherCAT Network
Information (ENI)

XML parser

XML

HW configuration
Init Commands

EtherCAT SubDevice
Information (ESI)

HDR

Process data

online functions

XML

EtherCAT MainDevice driver
EtherCAT MainDevice

Standard Ethernet MAC
Tipica architettura di un EtherCAT MainDevice

42Implementare un SubDevice

I dispositivi EtherCAT SubDevice utilizzano EtherCAT SubDevice Controller (ESC) di
basso costo sotto forma di ASIC, FPGA, o integrati in microcontrollori standard.
SubDevice semplici non richiedono neppure un microcontrollore, in quanto ingressi
e uscite digitali possono essere connessi direttamente all’ESC. Per dispositivi
SubDevice più complessi, le prestazioni della comunicazione dipendono solo in
minima parte dalle prestazioni del microcontrollore, e nella maggior parte dei casi
è sufficiente un controllore a 8-bit.
EtherCAT SubDevice Controller sono offerti da numerosi fornitori: la dimensione della
DPRAM interna o il numero di Fieldbus Memory Management Units (FMMU) dipendono
dalla particolare variante. Sono disponibili inoltre diverse Process Data Interface (PDI) perl’accesso alla DPRAM da parte del microcontrollore:	Interfaccia Digital I/O, adatta per connettere fino a 32 ingressi e uscite digitali,ma anche per semplici sensori o attuatori per i quali 32 bit di dati siano sufficienti
e non sia necessario un controllore per l’applicazione.
	Interfaccia seriale (SPI), adatta per applicazioni con piccole quantità di dati di processo
come dispositivi di I/O analogici, encoder, o semplici azionamenti.
	Interfaccia parallela 8/16-bit, corrisponde a interfacce tipiche per controllori di bus
di campo con DPRAM integrata. È particolarmente adatta per nodi complessi che
richiedano di scambiare quantità di dati più elevate.
	Interfacce sincrone per vari microcontrollori sono state implementate per le varianti
FPGA System-on-Chip (SoC).

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Host CPU
Processdata

Service
data

HTTP,
FTP, …

RAM for TCP/IP
and complex
applications

TCP/IP(optional)

8 I/O

8 I/O

ESC (EtherCAT
SubDevice
Controller)

SYNC-manager, FMMU

RJ 45

8 I/O

PDI (Process data interface)

PDI (Process data interface)
Process data
MailboxDual port memory

8 I/O

SII (e.g.
EEPROM)

Registers

ESC (EtherCAT
SubDevice
Controller)

Process data
Dual port memory
SYNC-manager, FMMU

EtherCAT processing unit
and auto-forwarder with loop back

EtherCAT processing unit
and auto-forwarder with loop back

EtherCAT Port 0
MII

EtherCAT Port 0
MII

Magnetics

PHY

EtherCAT Port n
MII
PHY

SubDevice Hardware:
EtherCAT SubDevice Controller con CPU

Magnetics

RJ 45

RJ 45

Magnetics

PHY

EtherCAT Port nMII
PHYMagnetics

SubDevice Hardware:
EtherCAT SubDevice Controller con I/O diretti

La configurazione hardware è salvata in una memoria non volatile (es. una EEPROM)
chiamata SubDevice Information Interface (SII), la quale contiene informazioni relative
alle funzionalità elementari del dispositivo che il MainDevice può leggere durante la fasediavvio per poter gestire il SubDevice anche in assenza del file descrittivo del dispositivo.
Il file EtherCAT SubDevice Information (ESI) fornito insieme al SubDevice e basato su
formato XML contiene la descrizione completa delle proprietà del SubDevice, comei dati ciclici di processo e le loro opzioni di mappatura, o le modalità di sincronizzazione
supportate. Il software di configurazione della rete utilizza queste informazioni perla definizione della struttura della rete stessa.
Vari fornitori offrono kit di valutazione per implementare dispositivi EtherCAT
SubDevice. Questi kit includono il codice applicativo sorgente, e in alcuni casi anche
un MainDevice di test. Utilizzando un kit di valutazione, è possibile ottenere una
rete MainDevice-SubDevice EtherCAT perfettamente funzionante in pochi semplici
passi.

Sul sito web di ETG è disponibile una Implementation Guide contenente utili consigli
e riferimenti ad ulteriori documenti per l’implementazione di dispositivi SubDevfice:www.ethercat.org/etg2200

SII (e.g.
EEPROM)

Registers

RJ 45

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Conformità e Certificazione

Conformità e interoperabilità sono due dei fattori più importanti per uno standard dicomunicazione di successo. Questo è il motivo per cui EtherCAT Technology Grouptieneentrambi questi fattori in grande considerazione. Oltre a richiedere un test diconformità per ogni dispositivo SubDevice implementato (eseguibile grazie al software
automatizzato EtherCAT Conformance Test Tool), ETG offre un’ampia gamma di servizi
per assicurare l’interoperabilità tra dispositivi MainDevice, SubDevice e software diconfigurazione.

EtherCAT Plug FestPer verificare l’interoperabilità tra dispositivi, uno dei test più semplici è provare a collegare
i dispositivi tra loro. Seguendo questo principio, ETG organizza ogni anno diversi Plug Fest,
ciascuno della durata di due giorni. Durante i Plug Fest, sviluppatori di MainDevice e
SubDevice si incontrano per verificare come i loro dispositivi operino insieme, il che migliora
l’utilizzabilità dei dispositivi stessi sul campo. I partecipanti possono scambiarsi suggerimenti o ricevere risposta alle proprie domande da parte degli esperti di EtherCAT.
Plug Fest si tengono in Europa, Nord America e Asia.

EtherCAT Conformance Test Tool
L’EtherCAT Conformance Test Tool (CTT) consente di testare automaticamente ilfunzionamento di un SubDevice EtherCAT.
Si tratta di un applicativo Windows che richiede solamente la disponibilità diuna porta di rete Ethernet standard. Il software invia frame EtherCAT al Device under
Test (DuT) e riceve le risposte da quest’ultimo. Uno specifico test è superato se larisposta ricevuta dal DuT corrisponde a quella attesa.
I test sono definiti sotto forma di file XML. Questo rende possibile modificare
o estendere i test senza dover modificare il tool. Il TWG Conformance (si veda oltre)
ha la responsabilità di definire e rilasciare la versione più aggiornata dei test.
In aggiunta ai test relativi al protocollo, il CTT verifica anche la validità del file
EtherCAT SubDevice Information (ESI). Infine, il CTT esegue test specifici per undispositivo, come ad esempio per il profilo CiA 402.
Tutti i passaggi e i risultati dei test sono salvati in un file di log, e possono essere
analizzati o archiviati come documentazione in fase di rilascio del dispositivo.
ETG ottimizza ed estende i test per il CTT. È importante che il costruttore del dispositivo disponga della versione più recente del tool per poter testare i propri prodotti
prima del loro rilascio. Per agevolare ciò, il CTT è offerto sotto forma di abbonamento.
Il CTT è utile anche durante la fase di implementazione, al fine di poter individuare
errori di implementazione in uno stadio iniziale.

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Technical Working Group Conformance
L’EtherCAT Conformance Test Policy richiede che i costruttori di dispositivi SubDevice
verifichino ogni propria implementazione tramite una versione valida dell’EtherCAT
Conformance Test Tool prima che il prodotto venga immesso sul mercato. Il costruttorepuò eseguire il test internamente.
Il Technical Committee (TC) di ETG ha creato un Technical Working Group (TWG)
Conformance, il quale determina le procedure e il contenuto dei, nonché l’implementazionedel Conformance Test Tool. Il TWG Conformance estende continuamente i test e il loro
livello di dettaglio.
Il TWG Conformance ha stabilito inoltre la procedura per un test di interoperabilità,tramite la quale i dispositivi possono essere testati all’interno di una rete completa.

EtherCAT Test Center
Gli EtherCAT Test Center (ETC) ufficiali in Europa, Asia and Nord America sono accreditati
da ETG ed permettono di eseguire l’EtherCAT Conformance Test ufficiale. L’EtherCAT
Conformance Test include i test automatizzati effettuati con il CTT e il test di interoperabilità all’interno di una rete, insieme ad una verifica degli identificatori ed etichette deldispositivo, e ad un test delle interfacce EtherCAT hardware.
I costruttori di dispositivi SubDevice sono incoraggiati, sebbene non obbligati, a far
testare i propri dispositivi presso un ETC. A seguito del superamento dell’EtherCAT
Conformance Test, il costruttore riceve per il dispositivo un certificato EtherCAT Conformance Tested. Questo certificato è rilasciato solamente per SubDevice che abbiano
superato il Conformance Test presso un ETC accreditato – non per quelli che sono
stati testati internamente.
Il test addizionale presso un EtherCAT Test Center incrementa ulteriormente la compatibilità, così come l’uniformità del funzionamento e delle funzionalità di diagnostica dellediverse implementazioni EtherCAT. Gli utilizzatori finali dovrebbero richiedere preferenzialmente il certificato EtherCAT Conformance Tested nella fase di selezione dei dispositivi
da utilizzare all’internl della propria applicazione.

Ulteriori informazioni riguardanti conformità e gli EtherCAT Test Center sono disponibili
sul sito ETG: www.ethercat.org/conformance

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www.ethercat.org

ETG nel mondo

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Il sito web EtherCAT fornisce numerose informazioni relative a tecnologia, eventi
e ultimi prodotti EtherCAT, nonchè la lista aggiornata dei membri. Sono disponibili anche temi specifici come sicurezza funzionale e conformità dei dispositivi.
Inoltre, la pagina web mette a disposizione presentazioni, articoli e pubblicazioni
nell’area di download del sito web www.ethercat.org/downloads.

Guida Prodotti EtherCAT
La EtherCAT Product Guide è un elenco di prodotti e servizi EtherCAT basato
sulle informazioni fornite dai membri ETG, ed è disponibile online alla directorywww.ethercat.org/products. Dal momento che ETG non comercializza alcun
prodotto, in caso di domande relative ai prodotti elencati si prega di contattare
direttamente il relativo costruttore.

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Germania
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ETG OfficeCorea
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Sezione Eventi
La sezione Eventi elenca gli eventi a livello mondiale offerti da ETG e quelli organizzati in collaborazione con il consorzio. Nel calendario situato alla directorywww.ethercat.org/events è possibile reperire date importanti come quelle degli
incontri dei Technical Working Group, degli eventi fieristici e dei seminari.

Area Membri
I membri ETG hanno accesso all’area riservata del sito web alla directorywww.ethercat.org/memberarea, la quale contiene informazioni rilevanticome le specifiche EtherCAT, il forum per sviluppatori, e una Knowledge
Base contenente numerose informazioni utili ai fini dell’implementazione,della configurazione e della diagnostica in dispositivi e reti EtherCAT.

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