Migrando das clássicas tecnologias Fieldbus

Transcrição

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2 EtherCAT simplifica a arquitetura de controle Exemplo: Arquitetura de controle de uma prensa hidráulica, Schuler AG, Alemanha

3 Arquitetura de controle com Fieldbus clássicos Desempenho dos Fieldbus clássicos leva para Arquitetura Descentralizada de Controle Controladores caixas pretas descentralizados para controle de movimento elétrico e hidráulico Rede separada para funções de Safety PC + PLC + NC

4 Problemas com as arquiteturas clássicas Linguagens e ferramentas de programação diferentes para PLC, PC, NC, Controlador Hidráulico + Safety Treinamento complexo e caro para o pessoal de manutenção Diversidade de Hardware Altos custos de peças de reposição Diferentes interfaces e protocolos para dispositivos diferentes Alto custo para implementação, manutenção e diagnósticos destas interfaces Sem influência na caixa preta de controle hidráulico Possibilidades limitadas de otimização do processo Sem diferenciação no mercado (outros fabricantes de prensas) Portanto, é necessário migrar para uma arquitetura de controle simplificada e uniforme

5 Migração para EtherCAT, Passo 1 Menos Hardware + Eixos controlados por software para melhor resultado do processo Controle dos eixos elétricos e hidráulicos transferidos para controle no PC PLC, NC agora por software no PC

6 Migração para EtherCAT, Passo 2 Arquitetura uniforme de controle, interfaces simplificadas, redução de custos Safety over EtherCAT integrado Apenas um sistema de comunicação permanece: EtherCAT

7 Configuração: Sistemas Fieldbus clássicos 1. Selecionar /Planejar topologia conforme limitações 2. Configurar endereços dos nós escravos 3. Selecionar e Configurar Baudrate, de acordo com: - Comprimento da Rede + Topologia - Ambiente de EMI - Necessidades da aplicação 4. Selecionar Descrição dos dispositivos (GSD, EDS) na ferramenta de configuração 5. Selecionar/Configurar parâmetros de comunicação, tais como: - ciclos de Polling - comunicação por evento - sincronizado ou free running 6. Alocar Imagem do Processo físico para lógico (mapear) 7. Otimizar os parâmetros de comunicação para melhor desempenho da rede

8 Configuração: EtherCAT 1. Selecionar /Planejar topologia conforme limitações 2. Configurar endereços dos nós escravos 3. Selecionar e Configurar Baudrate, de acordo com: - Comprimento da Rede + Topologia - Ambiente de EMI - Necessidades da aplicação 4. Selecionar Descrição dos dispositivos (GSD, EDS) na ferramenta de configuração 5. Selecionar/Configurar parâmetros de comunicação, tais como: - ciclos de Polling - comunicação por evento - sincronizado ou free running 6. Alocar Imagem do Processo físico para lógico (mapear) 7. Otimizar os parâmetros de comunicação para melhor desempenho da rede

9 Erro de localização: sistemas fieldbus clássicos Sistemas baseados em CAN: cada nó checa todo o frame por erros de bit e sinaliza o frame de acordo (Error Frame) Profibus: Nós destino checam o frame por erros de bit Ambos CAN e Profibus tem boa detecção de erros, mas não localizam onde está o erro M Além disso, distúrbios de EMI trafegam na linha... Portanto, é muito difícil encontrar a fonte de erros

10 Error Localization: EtherCAT EtherCAT: todos nós checam todos frames por erros de bit e sinalizam o frame corretamente (Frame Check Sequence) Devido ao anel físico, os erros são localizados Então, EtherCAT combina um bom mecanismo de detecção de erros com um excelente localizador deles M Além disso, distúrbios de EMI são descartados no nó, uma vez que o sinal é gerado novamente a partir do zero Portanto: muito simples encontrar a fonte de erros de comunicação

11 Custos: EtherCAT vs Sistemas Classicos EtherCAT é o único Sistema de Ethernet Industrial que se pretende igualar ou ficar abaixo dos custos dos sistemas Fieldbus Clássicos TCO (Custo Total de Propriedade): Custos com: Dispositivos Infraestrutura Engenharia Setup Manutenção Licenças

12 Comparação de custos: dispositivos+infraestrutura Exemplo de configuração PLC PLC (c/ Produtos Beckhoff ) PLC (CX1000) 10 Estações de E/S Fieldbus Master I/O 400 DI / 400 DO 100 m de cabo Bus Coupler 11 Bus Connectors (Fieldbus) 21 Bus Connectors (EtherCAT) Acopladores de Rede Compactos baixo custo

13 Comparação de custos: dispositivos+infraestrutura Exemplo de Configuração Preço Lista* Diferença 100 % - 121,5 % + 21,5 % E apenas para ter como referência: 123,7 % + 23,7 % 121,9 % + 21,9 % 143,7 % + 43,7 % Profinet RT / Ethernet/IP: switches não incluídos * Lista de Preços Beckhoff 01/2009

14 Driver Fieldbus Controller Master for Local Extension Bus Driver EtherCAT Controller EtherCAT Controller Por quê tamanha diferença de preços? Cartão Mestre/Scanner EtherCAT: sem HW Mestre Acoplador de Rede c/ CPU e extensão local do Bus Mestre RAM 6% Acoplador de Rede e E/S digital: Só o Controlador EtherCAT Escravo CPU 12% Flash Conectores T Conectores Simples 2%

15 Drive Drive Drive Drive Migração dos FieldBuses Clássicos p/ EtherCAT PLC NC Fieldbus Master Fieldbus Master Fieldbus I/O Fieldbus I/O Mudar a arquitetura inteira de uma vez pode ser considerado de alto risco. Em alguns casos os fieldbuses são usados para integrar controladores especiais e sensores que contém um know-how exclusivo do fabricante de máquina ou do integrador de sistemas o investimento nesses dispositivos tem que ser protegido Fieldbus I/O Sensor Controlador de propósito especial Sensor Sensor Especial

16 Drive Drive Drive Drive Migração dos FieldBuses Clássicos p/ EtherCAT PLC NC Nos próximos passos mais e mais dispositivos serão movidos para a rede EtherCAT Fieldbus Master EtherCAT I/O EtherCAT I/O EtherCAT I/O Sensor Controlador de propósito especial Sensor Sensor Especial

17 Drive Drive Drive Drive Migração dos FieldBuses Clássicos p/ EtherCAT PLC NC EtherCAT I/O EtherCAT I/O EtherCAT I/O Finalmente, o mestre fieldbus não é mais necessário Sensor Controlador de propósito especial Sensor

18 Migração dos FieldBuses Clássicos p/ EtherCAT Gateways não somente fornecem um caminho suave para migração, elas tem outras vantagens, também: Sem necessidade de Slots no controlador (IPC ou PLC) Portanto, máxima expansibilidade EtherCAT

19 Migração dos FieldBuses Clássicos p/ EtherCAT Exemple: Retrofit do sistema de transporte de bagagens num aeroporto As metas: Aumentar a capacidade. Prover maior disponibilidade. Estender a vida útil do sistema existente. O desafio: O aeroporto continua em operação: o novo sistema deve ser instalado enquanto o antigo ainda funciona Tempo de troca do HW antigo para o HW novo extremamente curto: deve ser feito à noite, em poucas horas A solução: Os PLC s existentes permanecem no local, o velho sistema fieldbus será trocado por EtherCAT

20 Migração dos FieldBuses Clássicos p/ EtherCAT Sistema existente: Siemens S7 PLC com Profibus placas de E/S personalizadas Main Controller Siemens S7-400 Problemas/Limitações: Sem redundância Obsolescência do sistema de E/S Tempos de ciclo muito longos Profibus 1,5Mb Profibus 1,5Mb X1 Plug X2 Plug X1 Plug X2 Plug Custom I/O Custom I/O

21 Migração dos FieldBuses Clássicos p/ EtherCAT Novo sistema: Introdução do EtherCAT via Gateways Embedded PC with TwinCAT and EtherCAT Main Controller Siemens S7-400 Profibus 12Mb Coupler Gateway Gateway Gateway Gateway Vantagens: Redundância de cabo, redução do downtime, Permite manutenção durante a operação E/S padrões EtherCAT Tempo de ciclo curtos (EtherCAT: 250µs) Aumento 10-15% no desempenho do classificador Comissionamento durante a operação Tempo de troca: 1 hora! EtherCAT 100Mb X1 Plug X2 Plug X1 Plug X2 Plug ECAT I/O ECAT I/O ECAT I/O ECAT I/O ECAT I/O ECAT I/O ECAT I/O ECAT I/O ECAT I/O ECAT I/O RIO Box RIO Box

22 Resumo EtherCAT oferece uma arquitetura de controle simplificada Setup e configuração são, também, simplificados EtherCAT atende ou até mesmo reduz os custos com dispositivos fieldbus Migração dos clássicos sistemas fieldbus é suave