Lika H 58 Series User manual

Hx58x EtherCAT®
Manuale d'uso
HM58x EC
Elenco sezioni
1 Norme di sicurezza
2 Identificazione
3 Quick reference (TwinCAT)
4 Connessioni elettriche
Interfaccia EtherCAT®
6 Programmazione
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 1 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
1 - Norme di sicurezza
Sicurezza
•Durante l’installazione e l’utilizzo del dispositivo osservare le norme di prevenzione e
sicurezza sul lavoro previste nel proprio paese;
•l’installazione e le operazioni di manutenzione devono essere eseguite da personale
qualificato, in assenza di tensione e parti meccaniche in movimento;
•utilizzare il dispositivo esclusivamente per la funzione per cui è stato costruito: ogni altro
utilizzo potrebbe risultare pericoloso per l'utilizzatore;
•alte correnti, tensioni e parti in movimento possono causare lesioni serie o fatali;
•non utilizzare in ambienti esplosivi o infiammabili;
•il mancato rispetto delle norme di sicurezza o delle avvertenze specificate in questo
manuale è considerato una violazione delle norme di sicurezza standard previste dal
costruttore o richieste dall'uso per cui lo strumento è destinato;
•Lika Electronic s.r.l. non si assume alcuna responsabilità per eventuali danni o lesioni
derivanti dall'inosservanza delle norme di sicurezza da parte dell'utilizzatore.
Avvertenze elettriche
•Effettuare le connessioni elettriche esclusivamente in assenza di tensione;
•rispettare le istruzioni relative alle connessioni riportate nella sezione
“Connessioni elettriche”;
•in conformità alla normativa 2004/108/CE sulla compatibilità
elettromagnetica rispettare le seguenti precauzioni:
- prima di maneggiare e installare il dispositivo, eliminare la presenza di carica elettrostatica
dal proprio corpo e dagli utensili che verranno in contatto con il dispositivo;
- alimentare il dispositivo con tensione stabilizzata e priva di disturbi, se necessario,
installare appositi filtri EMC all’ingresso dell’alimentazione;
- utilizzare sempre cavi schermati e possibilmente “twistati”;
- non usare cavi più lunghi del necessario;
- evitare di far passare il cavo dei segnali del dispositivo vicino a cavi di potenza;
- installare il dispositivo il più lontano possibile da eventuali fonti di interferenza o
schermarlo in maniera efficace;
- per garantire un funzionamento corretto del dispositivo, evitare l'utilizzo di
apparecchiature con forte carica magnetica in prossimità dell'unità;
- collegare la calza del cavo e/o la custodia del connettore e/o il corpo del dispositivo a un
buon punto di terra; assicurarsi che il punto di terra sia privo di disturbi. Il collegamento a
terra può essere effettuato sul lato dispositivo e/o sul lato utilizzatore; è compito
dell’utilizzatore valutare la soluzione migliore da adottare per minimizzare i disturbi.
Avvertenze meccaniche
•Montare il dispositivo rispettando rigorosamente le istruzioni riportate nella sezione
“Istruzioni di montaggio”;
•effettuare il montaggio meccanico esclusivamente in assenza di parti meccaniche in
movimento;
•non disassemblare il dispositivo;
•non eseguire lavorazioni meccaniche sul dispositivo;
•dispositivo elettronico delicato: maneggiare con cura; evitare urti o forti sollecitazioni sia
all’asse che al corpo del dispositivo;
•utilizzare il dispositivo in accordo con le caratteristiche ambientali previste dal costruttore,
•encoder con asse sporgente: utilizzare giunti elastici per collegare encoder e motore;
rispettare le tolleranze di allineamento ammesse dal giunto elastico.
2 - dentificazione
Il dispositivo è identificato dal codice e dal numero di serie stampati
sull'etichetta e attraverso i documenti di trasporto dello stesso. Per dettagli
relativi alle caratteristiche elettriche fare riferimento al catalogo del prodotto.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 2 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
3 - Quick reference (TwinCAT)
3.1 Configurazione su TwinCAT
mpostazione scheda di rete
Avviare TwinCAT System Manager.
Nella finestra a sinistra estendere l'albero e selezionare Dispositivi /O; quindi
premere il tasto destro del mouse, aprire il menù a tendina e selezionare il
comando Aggiungi dispositivo....
Nella finestra nserisci dispositivo /O selezionare il dispositivo EtherCAT
(Direct Mode) e confermare premendo il pulsante OK.
Se vi sono schede di rete installate apparirà una finestra simile a quella di
seguito riportata.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 3 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
Selezionare la scheda di rete che si vuole utilizzare e confermare la scelta
premendo il pulsante OK.
Se invece non vi sono schede di rete installate bisogna prima installarne una. Per
fare questo aprire il menu Opzioni nella finestra principale di TwinCAT System
Manager e selezionare poi il comando Show Real Time Ethernet Compatible
Devices....
Nella finestra nstallation of TwinCAT RT – Ethernet Adapter che si apre
selezionare Compatible devices e scegliere poi la scheda di rete che si vuole
installare. Confermare premendo il pulsante nstall.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 4 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
Aggiungere Moduli nput/Output (Box)
Se i dispositivi sono già collegati alla rete e sono alimentati, cliccare il tasto
destro del mouse sulla voce Dispositivo 1 (EtherCAT) nella finestra principale
di TwinCAT System Manager e premere il comando Scan Boxes....
Al termine si avrà una situazione simile a quella descritta nella Figura seguente.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
Se invece i dispositivi non sono già collegati alla linea è necessario utilizzare il
file Lika_Hx58_EC_Vx.xml fornito con l'encoder (si veda il supporto
informatico fornito con l'apparecchiatura oppure all'indirizzo www.lika.it >
PRODOTT > ROTACOD > Hx58x EC).
Nella finestra principale di TwinCAT System Manager selezionare Dispositivo
1 (EtherCAT), premere il tasto destro del mouse e nel menu a tendina
selezionare il comando Aggiungi box....
Nella finestra nsert EtherCAT Device che appare selezionare Lika Electronic
srl e poi EtherCAT Encoder; scegliere quindi il tipo di encoder che si vuole
installare:
•Lika HM 8: encoder multigiro;
•Lika HS 8: encoder monogiro.
Premere il pulsante OK per confermare.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 6 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
3.2 mpostazioni modalità di funzionamento
Sincrono con SM3
Nella finestra principale di TwinCAT System Manager selezionare il Box (Lika
EtherCAT HM58 o HS58): a destra compare la finestra principale dedicata alla
configurazione del Box; accedere alla pagina DC.
Selezionare Synchronous with SM3 ( nputs) nel box Operation Mode.
Sincrono con DC (SYNC0)
Nella finestra principale di TwinCAT System Manager selezionare il Box (Lika
EtherCAT HM58 o HS58): a destra compare la finestra principale dedicata alla
configurazione del Box; accedere alla pagina DC.
Selezionare Synchronous with DC (SYNC0) nel box Operation Mode.
Premere poi il pulsante Advanced Settings....
Nella sezione denominata SYNC0 impostare il tempo di ciclo di SYNC0 nel box
Sync Unit Cycle; il tempo è dato come multiplo (o sottomultiplo) del valore
specificato nel campo in alto a destra Sync Unit Cycle (µs).
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 7 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
3.3 Process Data Objects
Nella finestra principale di TwinCAT System Manager selezionare il Box (Lika
EtherCAT HM58 o HS58): a destra compare la finestra principale dedicata alla
configurazione del Box; accedere alla pagina Process Data. In questa pagina
sono visualizzati i dati di processo (PDO Mapping).
E' possibile visualizzare i dati di processo anche cliccando su TxPDO Mapping
nella finestra principale di TwinCAT System Manager estendendo l'albero
relativo al Box (Lika EtherCAT HM58 o HS58); i dati sono visualizzati nella
parte destra della finestra.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 8 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
3.4 Dizionario Oggetti COE
Nella finestra principale di TwinCAT System Manager selezionare il Box (Lika
EtherCAT HM58 o HS58): a destra compare la finestra principale dedicata alla
configurazione del Box; accedere alla pagina CoE – Online. In questa pagina
sono visualizzati gli oggetti del dizionario.
Se si vogliono visualizzare i valori direttamente online leggendoli dall'encoder
cliccare il pulsante Avanzato...: si apre la finestra Advanced Settings.
Nel riquadro di sinistra selezionare Dictionary e nella pagina Dictionary a
destra scegliere l'opzione Online – via SDO nformation; premere infine il
pulsante OK.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 9 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
3.5 Dati Online
Nella finestra principale di TwinCAT System Manager selezionare il Box (Lika
EtherCAT HM58 o HS58): a destra compare la finestra principale dedicata alla
configurazione del Box; accedere alla pagina n linea. In questa pagina è
visualizzato lo stato dell'encoder.
Per visualizzare in tempo reale i dati di processo dell'encoder cliccare il pulsante
Safe-OP per visualizzare gli input; cliccare il pulsante OP per visualizzare anche
gli output.
ATTENZ ONE
La struttura dei Data Objects (PDO e SDO) prevede l’inserimento dei dati dal
meno significativo (LSB) al più significativo (MSB).
Nell’utilizzo di TwinCAT invece i Data byte devono essere inseriti dal’MSB all’LSB.
Nell’utilizzo di TwinCAT anche le stringhe devono essere inserite al contrario:
•lettura parametri di default: Data byte = 64 61 6F 6C hex =“daol” in codifica
ACII (cioè “load” al contrario);
•salvataggio dati: Data byte = 6 76 61 73 hex =“evas” in codifica ASCII (cioè
“save” al contrario).
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 10 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
4 - Connessioni elettriche
ATTENZ ONE: non rimuovere il coperchio dall’encoder. Alcuni componenti
interni potrebbero danneggiarsi.
Collegare la calza del cavo e/o la custodia del connettore e/o il corpo del
dispositivo a un buon punto di terra; assicurarsi che il punto di terra sia privo di
disturbi. Il collegamento a terra può essere effettuato sul lato dispositivo e/o sul
lato utilizzatore; è compito dell’utilizzatore valutare la soluzione migliore da
adottare per minimizzare i disturbi. Si consiglia di effettuare il collegamento a
terra il più vicino possibile all’encoder.
4.1 Connettori M12
Il coperchio è provvisto di tre connettori M12 con pin-out secondo lo standard
EtherCAT. Pertanto è possibile utilizzare cavi EtherCAT standard disponibili in
commercio.
I connettori in ingresso (IN) e in uscita (OUT) non sono intercambiabili.
M12 BUS N e BUS OUT POWER
(vista lato contatti)
codifica D codifica A
femmina maschio
Pin Descrizione Descrizione
1 Tx Data + +10VDC +30VDC
2 Rx Data + n.c.
3 Tx Data - 0 VDC
4 Rx Data - n.c.
n.c.= non connesso.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 11 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
4.2 ndicatori LED
Cinque LED sulla parte posteriore della protezione del collegamento mostrano la
condizione di funzionamento dell’interfaccia EtherCAT secondo la seguente
tabella:
Link/ Activity
(giallo)
indica lo stato del link fisico e l'attività su
questo link
OFF stato: porta chiusa, link: SI, activity: N.A.
Lampeggio veloce stato: porta aperta, link: SI, activity: SI
ON stato: porta aperta, link: SI, activity: NO
RUN (verde) indica lo stato dell' EtherCAT State Machine
(ESM)
OFF l’encoder è nello stato INIT
Lampeggio lento l’encoder è nello stato PRE-OPERATIONAL
Singolo flash l’encoder è nello stato SAFE-OPERATIONAL
ON l’encoder è nello stato OPERATIONAL
PWR (verde) indica lo stato dell’alimentazione
OFF encoder non alimentato
ON encoder alimentato correttamente
ERR (rosso) indica la presenza di errori
OFF nessun errore
Lampeggio veloce errore caricamento parametri da memoria
allo start-up
Lampeggio veloce errore salvataggio parametri
Lampeggio lento configurazione non valida dei parametri
Singolo flash errore locale (vedi ETG1000.6)
Doppio flash watchdog timeout
ON errore memoria e controller ESC inattivo
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 12 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
5 - nterfaccia EtherCAT®
5.1 Nozioni di base sul protocollo EtherCAT®
Il protocollo EtherCAT si appoggia direttamente ai dataframe Ethernet standard
per il trasferimento dei dati; inoltre dal punto di vista hardware ha il vantaggio
di non richiedere l'utilizzo di master dedicati in quanto vengono utilizzate le
schede di rete normalmente utilizzate in qualsiasi rete Ethernet.
Un bus EtherCAT può essere visto come una singola e grande subnet Ethernet
che invia e riceve dati appoggiandosi alla struttura dei dataframe Ethernet senza
alterarne la struttura.
All'interno di questa subnet possono tuttavia essere presenti solo un controller
master e un certo numero di slave EtherCAT, ma nessun Ethernet controller che
invii dati in rete.
Struttura del frame Ethernet con EtherCAT:
I dati all'interno del frame Ethernet vengono trasmessi tra master e slave sotto
forma di dati di processo (PDO - process data objects). Ciascun PDO ha associato
un indirizzo verso uno o più slave; l'associazione dati+indirizzo (unitamente ad
altri elementi tra cui una checksum di validazione) forma un telegramma
EtherCAT (Datagram). Un frame EtherCAT può contenere più telegrammi e
spesso un ciclo completo di controllo può richiedere anche più di un frame.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 13 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
5.1.1 Trasferimento dati
Generalmente in una struttura di trasferimento dati a Bus il controller master
invia una richiesta dati in linea e attende che questi vengano elaborati e poi
restituiti da ogni nodo slave; questo comporta una difficoltà nel rispettare le
caratteristiche tipiche di un sistema “real time” in quanto il controller master
acquisisce i dati in istanti diversi dai diversi slave.
Con EtherCAT questo problema viene superato in quanto i dati vengono
processati “on-the-fly” in tempo reale utilizzando un unico frame di chiamata
per tutti gli slave della rete.
Infatti lo stesso pacchetto di richiesta dati dal master circola su tutti gli slave e
ciascun dispositivo, se indirizzato, inserisce o preleva i dati richiesti e trasmette il
frame al dispositivo successivo per ulteriori elaborazioni. L'ultimo slave provvede
a restituire a tutti gli slave e infine al master il frame completo con tutti i dati
richiesti.
Tutto ciò è reso possibile dalla struttura full-duplex della rete EtherCAT che
presenta linee separate per la trasmissione e la ricezione dei dati.
Inoltre l'elaborazione del protocollo avviene all'interno dell'hardware ed è
pertanto indipendente dalla CPU e dalla parte di elaborazione software.
5.1.2 SO/OS Layer model
* empty: significa che la funzionalità del layer esiste, ma non è mostrata
esplicitamente.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 14 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
5.1.3 Topologia
E' possibile utilizzare diverse topologie di connessione: line, tree, daisy chain +
drop lines, star; esse possono essere implementate in qualunque combinazione.
La lunghezza massima del cavo tra due slave è di 100 m e si utilizza un
cablaggio standard Ethernet.
La scelta dell'una o dell'altra topologia viene fatta in base alle caratteristiche
della struttura dell'impianto e alla semplicità di cablaggio.
All'interno di una rete EtherCAT si possono collegare fino a 6 3 dispositivi.
Alcuni esempi sono riportati nelle Figure qui sotto:
Topologia LINE:
Topologia TREE:
Topologia DAISY CHAIN con drop lines:
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 1 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
5.1.4 Line Termination
Non c'è la necessità di usare terminazioni di linea in quanto la chiusura della
rete EtherCAT avviene in modo automatico; ogni slave infatti è in grado di
rilevare o meno la presenza di altri slave a valle.
Uno slave EtherCAT è in grado di rilevare la presenza del segnale sulla linea
uscente (outgoing line Port 0) o sulla linea di ritorno (Return line Port 1).
Se lo slave non rileva più il segnale sulla sua linea di ritorno allora cortocircuita
il segnale TX della linea uscente con il segnale RX della linea di ritorno; in questo
modo un telegramma ricevuto sulla linea uscente viene processato e rimandato
indietro attraverso il TX della linea di ritorno.
Lo slave continua a inviare sul TX della linea uscente un “carrier signal” o un
telegramma; non appena viene ripristinato lo slave a valle viene di nuovo
rilevato un segnale su RX della linea di ritorno per cui il cortocircuito viene
rimosso e i telegrammi vengono inviati al TX della linea uscente.
5.1.5 ndirizzo dispositivo
Non c'è bisogno di assegnare un indirizzo fisico al dispositivo (tramite per es.
dip-switch) in quanto l'indirizzamento dello slave avviene in modo automatico
all'accensione del sistema durante la fase di scan della configurazione hardware.
L'indirizzamento è a 32 bit e può essere fatto nei seguenti modi:
•Auto Increment Addressing = 16 bit rappresentano la posizione fisica dello
slave nella rete e 16 bit vengono usati per indirizzare la memoria locale;
quando riceve il frame, lo slave incrementa la posizione fisica e il dispositivo
che riceve Position = 0 è quello indirizzato;
•Fixed Addressing = 16 bit rappresentano l'indirizzo fisico dello slave nella
rete e 16 bit vengono usati per indirizzare la memoria locale;
•Logical Address = lo slave non è indirizzato individualmente, ma legge o
scrive dati in una sezione dell'intero spazio di 4Gbyte disponibile.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 16 www.lika.it
www.lika.biz

Hx58x EtherCAT®
5.1.6 Modalità di comunicazione
Gli encoder Lika con interfaccia EtherCAT supportano le seguenti modalità di
funzionamento:
•FreeRun: modalità asincrona;
•SM3 event: modalità sincrona;
•DC: modalità a clock distribuiti.
Per un sistema che necessita di alte prestazioni real-time (anello chiuso) si può
usare la modalità DC; nel caso in cui la necessità di real-time sia un requisito di
bassa importanza si possono usare SM3 e Freerun.
In particolare un parametro di riferimento è rappresentato dal “Jitter” ossia la
variazione nel tempo dell'istante di campionamento del dato; in altre parole, il
dato campionato dal controllore è reso disponibile nella memoria DPRAM
dell'EtherCAT controller dopo un certo tempo con una fascia di incertezza pari al
jitter.
FreeRun
Modalità di funzionamento asincrona in cui la quota encoder è prelevata
direttamente dal frame EtherCAT inviato dal master; l'aggiornamento della
posizione è effettuato da un timer interno al controllore ogni 100 microsecondi.
Questa modalità di funzionamento presenta un jitter di campionamento elevato
che al massimo può valere 100 µs e può essere usata con tempi di ciclo
sensibilmente maggiori rispetto al jitter se si vuole garantire un sistema real-
time sufficientemente prestante.
Descrizione Min Typ Max
Jitter 0 100 µs
Tempo di ciclo 1000 64000 µs
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 17 www.lika.it
www.lika.biz
0x1C33:02 (Cycle Time)
0x1C33:05 (Min Cycle Time)
0x1C33:06
(Calc & Copy)
Local Timer Local Timer
Input Latch
Local
Timer
Local
Timer
Local
Timer
Local
Timer
Local
Timer
Local
Timer
rame N rame N+1

Hx58x EtherCAT®
Sincrono con SM3
In questa modalità i dati sono campionati e successivamente copiati nel buffer
Sync Manager non appena i dati precedenti sono stati letti dal master (evento
SM); quindi i nuovi valori campionati risultano sincroni con le letture da parte
del master.
I nuovi dati saranno letti dal master col ciclo successivo rispetto a quello che ha
generato l'evento SM per cui, se il tempo di ciclo è troppo grande, avremo dei
valori relativamente vecchi per un sistema real-time.
Il vantaggio principale è che l'aggiornamento dei dati avviene in modo sincrono
con la lettura da parte del master.
Descrizione Min Typ Max
Jitter 0 7,2 µs
Tempo di ciclo 62, 64000 µs
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 18 www.lika.it
www.lika.biz
0x1C33:02 (Cycle Time)
0x1C33:05 (Min Cycle Time)
0x1C33:03 (Shift Time) 0x1C33:06
(Calc & Copy)
Jitter
SM3 Event
Input Latch
SM3 Event
rame N rame N+1

Hx58x EtherCAT®
Sincrono con DC
In questa modalità i dati sono campionati e successivamente copiati nel buffer
in corrispondenza del segnale SYNC0 generato dall'unità di capture/compare
dell'ESC.
Il tempo necessario per queste operazioni è definito nell'oggetto 1C33hex, in
particolare da “Shift Time” (1C33hex, sub3) e “Calc and Copy time” (1C33hex,
sub6).
Un fattore importante da considerare è il jitter che si ha nel campionamento tra
due dati successivi.
Il vantaggio principale di questa modalità è quello di avere una relazione diretta
tra l'istante di campionamento del dato e il tempo assoluto del sistema per cui,
conoscendo gli shift time dei vari dispositivi, si può avere un'esatta fotografia
del sistema in un determinato istante (con incertezza pari al jitter).
Descrizione Min Typ Max
Jitter 0 100 200 µs
Tempo di ciclo 62, 64000 µs
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 19 www.lika.it
www.lika.biz
0x1C33:02 (Cycle Time)
0x1C33:05 (Min Cycle Time)
Sync0 Event
rame N rame N+1
Sync0 Event
SM3 Event SM3 Event
0x1C33:03 (Shift Time) 0x1C33:06
(Calc & Copy)
Jitter
Input Latch

Hx58x EtherCAT®
5.1.7 EtherCAT State Machine (ESM)
Lo slave EtherCAT è una macchina a stati; le caratteristiche di comunicazione e
di funzionamento dipendono dallo stato in cui si trova lo slave:
•INIT: è lo stato di default dopo l'accensione; in questo stato non c'è
comunicazione diretta tra master e slave sull'Application Layer; è
inizializzata una serie di registri di configurazione ed effettuata la
configurazione dei sync manager;
•PRE-OPERATIONAL: in questo stato è attiva la mailbox; il master e lo slave
possono usare la mailbox e i corrispondenti protocolli per scambiare specifici
parametri di inizializzazione per l'applicazione. Non è possibile lo scambio di
dati di processo;
•SAFE-OPERATIONAL: in questo stato master e slave possono scambiarsi dati
di processo solo per quanto riguarda gli input, mentre gli output rimangono
nello stato “safe”;
•OPERATIONAL: in questo stato master e slave possono scambiarsi dati di
processo, sia input che output.
MAN HM 8x EC I_E 1.2.odt 20 www.lika.it
www.lika.biz