EtherCAT-Integration

Bei der EtherCAT-Integration besteht das System aus folgenden Komponenten:

• Busmaster

• Busmodules/Slaves (hier das Busmodul BNI)

Gerätedaten

Um den Busmaster typgerecht zu parametrieren, liegen dem Busmodul BNI Gerätedaten in Form von drei ESI-Dateien bei.

Ein-/Ausgangspuffer

Im Eingangs- und Ausgangspuffer findet der Datenaustausch mit dem steuernden System statt. Die Größe dieser Puffer muss vom Master konfiguriert werden.

Projektierung

Bei der Projektierung wird das BNI-Busmodul als modulares Gerät abgebildet. Die zur Projektierung benötigten Gerätedaten sind in den ESI-Dateien hinterlegt. Die Datenmodule der Ein-/Ausgänge, der IO-Link Ports und eventueller Zusatzmodule werden in der Projektierungssoftware steckplatzbezogen dargestellt.

Die ESI-Dateien stellen die möglichen Datenmodule (Ein-/Ausgänge, IO-Link Ports unterschiedlicher Datenbreite und sonstige Zusatzmodule) zur Verfügung.

Zur Konfiguration des BNI werden die passenden Datenmodule einem bestimmten Steckplatz zugeordnet. Nicht benutzte Steckplätze können freigelassen werden.

Integration in Projektierungssoftware

Beispielhaft wird die Anbindung des BNI an eine Beckhoff TwinCAT Steuerung mit dem TwinCAT System Manager gezeigt. Die genaue Vorgehensweise hängt von der verwendeten Projektierungssoftware ab.

ESI-Dateien installieren

Die Gerätebeschreibung hat den folgenden Namen: Balluff BNI XG5-538-1B5-Z067 ECS V.x.x.x.xml

• Die Datei in das entsprechende TwinCAT-Verzeichnis (im Standard: „C:\TwinCAT\3.1\Config\Io\EtherCAT“) kopieren.

  ⇒ Installierte Geräte sind ab dem nächsten Start des TwinCAT System Managers verfügbar.

Automatisch scannen

Voraussetzung

Vor dem Anschließen von Geräten an das EtherCAT-Netz muss sich das EtherCAT-System in einem sicheren, stromlosen Zustand befinden.

1. Betriebsspannung einschalten und den TwinCAT System Manager im Config-Modus starten.

2. BNI als Box scannen.

   

Gerät manuell anfügen

Voraussetzung

Vor dem Anschließen von Geräten an das EtherCAT-Netz muss sich das EtherCAT-System in einem sicheren, stromlosen Zustand befinden.

1. Betriebsspannung einschalten und den TwinCAT System Manager im Config-Modus starten.

2. Box anhängen.

   

3. Box wählen.

   

Notwendige Konfiguration am Gerät

Nach dem automatischen Scannen oder manuellen Hinzufügen erscheint das Gerät in der Baumstruktur von TwinCAT.

Das BNI unterstützt EoE (Ethernet over EtherCAT). Um TwinCAT zu konfigurieren, im Reiter EtherCAT Erweiterte Einstellungen wählen.

Es muss zuerst ein gültiger DNS-Name und danach eine gültige IP-Adresse eingetragen werden.

Station Alias konfigurieren

Der Stations Alias kann unter dem Reiter EtherCAT Erweiterte Einstellungen ausgewählt werden.

1. ESC Access öffnen.

2. E²PROM öffnen.

3. Konfigurierter Sender wählen.

   

Netzwerkmodul konfigurieren

Das BNI ist ein modulares EtherCAT-Gerät. Das Gerät hat folgende Slot-Struktur:

Um die IO-Link Ports zu konfigurieren, muss den EtherCAT-Slots eine definierte Anzahl von Prozessdaten (Puffergröße) zugeordnet werden. Im TwinCAT System Manager funktioniert das wie folgt:

1. Belegung eines IO-Link-Channels (oder Ports) mit x löschen.

2. Der auf der linken Seite gewählte Channel mit < mit der auf der rechten Seite gewählten Modulkonfiguration bestücken.

3. Konfiguration mit rNeustart von TwinCAT im Konfig-Modus an den EtherCAT-Slave übertragen.

Bitmapping und Funktion

Signale von konfigurierten Eingängen oder Ausgängen werden in den Modulen STD_IN_1bit (Eingänge Pin 4), Input Pin 2 (Eingänge Pin 2) sowie STD_OUT_1bit (Ausgänge Pin 4) und Output Pin 2 (Ausgänge Pin 2) abgebildet.

Netzwerkmodule

Die IO-Link Module sind stets nach demselben Schema aufgebaut:

IOLI/Ox/xBytes

• Anzahl der verwendeten Prozessdaten (sollte gleich oder größer als die Prozessdatenlänge des IO-Link-Devices sein)

• E = Eingangsdaten

• A = Ausgangsdaten

• I/O = Eingangs- und Ausgangsdaten

Kurzschlüsse und Neustart-Bits

Das BNI startet automatisch neu, wenn ein Kurzschluss an einem der IO-Link-Ports auftritt. Es sind keine Neustart-Bits erforderlich.

IO-Link State

Im IO-Link State wird der momentane Status jedes Ports angezeigt.

Startup

Im Startup können die IO-Link-Ports und Ausgänge vorkonfiguriert werden. Weitere Informationen siehe Konfiguration ohne ESI.

Die Einträge werden beim Überspielen der Konfiguration übertragen.

Konfiguration der Module

Validierung

Keine Validierung: Validierung deaktiviert, jedes Device wird akzeptiert.

Kompatibilität: Hersteller-ID und Device-ID werden mit den Daten des Moduls verglichen. Nur bei Übereinstimmung, wird die IO-Link-Kommunikation gestartet.

Folgende Werte sind für die Einstellung der Validierung möglich:

Die Validierung kann über das CoE-Objekt _zusätzliche IO-Link-Konfigurationsdaten _ für jeden Port mit Subindex 1 (Validierung und Backup) aktiviert werden. Die verwendeten Werte für die Validierung müssen im CoE-Objekt IO-Link-Konfigurationsdaten für jeden Port konfiguriert werden.

Parameterserver

Eingeschaltet : Datenhaltungsfunktionen aktiv, Parameterdaten und Identifikationsdaten des IO-Link-Devices werden remanent gespeichert.

Deaktiviert : Datenhaltungsfunktion deaktiviert, gespeicherte Daten bleiben gespeichert.

Gelöscht : Datenhaltungsfunktion deaktiviert, gespeicherte Daten werden gelöscht.

Upload freigegeben : Wählbar, ob ein Upload der Parameterdaten in die Datenhaltung des Netzwerkmodulports durchgeführt werden soll oder nicht. Wird der Upload freigegeben, startet der Master einen Upload der Parameterdaten, sobald ein Device einen Upload anfordert (Uploadflag gesetzt) oder wenn im Masterport keine Daten hinterlegt sind (z. B. nach Löschung der Daten oder vor dem ersten Daten-Upload).

Upload sperren : Wird der Upload gesperrt, wird kein Upload der Daten gestartet. Bei einer Upload-Anforderung vom IO-Link-Device wird im Falle unterschiedlicher Parametersätzen ein Download (sofern aktiviert) gestartet, da kein Upload durchgeführt werden darf.

Download freigeben : Wählbar, ob ein Download der Parameterdaten auf das IO-Link-Device durchgeführt werden soll oder nicht. Sobald sich die gespeicherten Parameterdaten im Parameterserver des Ports vom angeschlossenen IO-Link-Device unterscheiden und keine Upload-Anforderung vom IO-Link-Device vorhanden ist, wird ein Download durchgeführt.

Download sperren : Wird der Download gesperrt, findet ein Upload (sofern aktiviert) der Parameterdaten statt, unabhängig vom Uploadflag des IO-Link-Devices.

Upload und Download sperren : Werden Upload und Download gesperrt, findet kein Parameterdaten-Austausch statt. Das IO-Link-Device kommuniziert dann trotzdem mit dem IO-Link-Port.

Folgende Werte für die Einstellungen sind möglich:

Der Datenspeicher kann über das CoE-Objekt zusätzliche IO-Link-Konfigurationsdaten für jeden Port mit Subindex 1 aktiviert werden (Validierung und Backup). Der Inhalt der Datenspeicherung über EtherCAT kann nicht gelesen oder geschrieben werden.

Uploadflag am IO-Link-Device

Das Uploadflag wird benötigt, um bereits gespeicherte Daten im Parameterserver mit neuen Parameterdaten desselben IO-Link-Devices zu überschreiben.

Um das Uploadflag eines IO-Link-Devices zu aktivieren, muss im Parameter-Index 0x02, Subindex 0 der Wert 0x05 eingegeben werden.

Failsafe-Werte

Fällt die EtherCAT-Verbindung aus oder ist der EtherCAT-Status nicht Operate, verwenden die IO-Link-Ports diese Werte:

• Wenn sich ein Port im IO-Link-Zustand Operate befindet, werden die ausgegebenen Prozessdaten auf ungültig geschaltet.

• Wenn sich Pin 2 oder Pin 4 im digitalen Ausgangsmodus befinden, wird Null (low level) ausgegeben.

IO-Link-Parametrierung

Über das Objekt 0x4000 (IO-Link Service Data Ch. X) können IO-Link-ISDU-Parameter aus dem IO-Link-Device gelesen oder geschrieben werden. Dazu müssen der entsprechende Index und Subindex eingetragen und beim Schreiben die entsprechende Länge und die Daten eingetragen werden. Über das Control Objekt wird dann der Lese- oder Schreibauftrag gestartet. Im Status Objekt wird das Ergebnis angezeigt.

Werte für den Control

Werte für den Status

Beispiel einer CoE-Einstellung

Dieses Beispiel zeigt, wie der Index 0x40 einer Smartlight (Modus) durch Lesen und Schreiben geändert wird.

1. Modul wählen.

2. CoE - Online öffnen.

3. Einstellung Auto Update aktivieren.

4. Unter _Advanced _ die Einstellung Online - via SDO Information wählen.

   

5. In Port 4030:0 wählen (hier Kanal 4).

6. Index lesen, indem 4030:0 doppelt angeklickt und der jeweilige Index angegeben wird (hier 0x0040 64).

7. In Control den Befehl 0x03 schreiben.

   

   ⇒ Inhalt des Index wird ausgelesen und in Data angezeigt.

8. Daten ändern, Länge angeben und den Befehl 0x02 verwenden.

   

   ⇒ Die Daten werden geschrieben und der Parameter wird im Device geändert.

Azyklischer Zugang über AoE

Das ETG5001.6220 beschreibt AoE anstelle von CoE für den ISDU-Lese-/Schreibzugriff auf IO-Link-Geräteparameter. Details zu ADS können in der Beckhoff TwinCAT Dokumentation und in ETG.1020 gefunden werden. Im Gegensatz zu CoE erlaubt AoE eine nicht-blockierende Verarbeitung.

AoE-ISDU-Zugriffe verwenden diese Definitionen (alle sind 32 Bit):

• AoE IndexGroup = 0x0000F302

• AoE PortNumber = 0x00001000 + IO-Link-Portnummer, beginnend mit 0.

• AoE IndexOffset

  • 16 Bit IO-Link-Index

  • 8 Bit immer null

  • 8 Bit IO-Link-Subindex

• Rückgabe Fehlercode

  • 16 Bit zusätzliche Informationen über den Fehlercode, der 0x0700 (ADS-Gerätefehler) lautet.

  • 16 Bit-Fehlercode via IO-Link

Funktionsblöcke ADSREAD und ADSWRITE

Funktionsblock ADSREAD in TwinCat

ADSREAD-Befehle

Funktionsblock ADSWRITE in TwinCat

ADSWRITE-Befehle

Vorbereitung für den Webserver

EoE-Setup

Um auf den Webserver des BNI-Moduls zugreifen zu können, muss zuerst der Zugriff über EoE (Ethernet over EtherCAT) konfiguriert werden.

1. Schaltfläche Advanced Settings… wählen.

   

2. Gültigen DNS-Name sowie eine gültige IP-Adresse eintragen.

   

Netzwerk vorbereiten

Bevor der Webserver über EoE erreicht werden kann, muss das Netzwerk der Beckhoff-Steuerung konfiguriert werden.

Beckhoff-Steuerung konfigurieren

Beiden Netzwerkkarten muss eine feste IP-Adresse vergeben werden.

1. Auf der Beckhoff-Steuerung Start > Control Panel Netwok and Dial-up Connections > PCI…Settings wählen.

2. IP-Adresse vergeben.

   

3. Unter Start > Control panel > Beckhoff CX Configuration Tool > Miscellaenous die Einstellung IP-Routing aktivieren.

   

EoE und PC-Netzwerke

Bei den EoE-Einstellungen im Twincat muss als Default Gateway die IP-Adresse der zweiten Netzwerkkarte der Beckhoff-Steuerung eingetragen werden.

Als Default-Gateway für die Netzwerkkonfiguration des PCs muss die IP-Adresse der ersten Netzwerkkarte der Beckhoff-Steuerung eingegeben werden.

Objektverzeichnis

TxPDO Input Pin 2 mappen (0x1A90)

Input Pin 2, one bit for each port.

TxPDO Pin 4 mappen (0x1A0n)

The following index range applies in a modular EtherCAT device:

• 0x6xxx ist ein modulspezifischer Eingangsbereich für TxPDO-Daten.

• 0x7xxx ist ein modulspezifischer Ausgangsbereich für RxPDO-Daten.

IO-Link-Daten sind bis zu 32 Byte für Eingang und Ausgang.

Wenn ein Anschluss als Digital Input oder Digital Output konfiguriert ist, wird der Wert von Pin 4 auf Datenbyte 0, Bit 0 gemappt.

TxPDO PowerStatus mappen (0x1A91)

Index	Subindex	Name	DataType
0xF601	0x01	Globaler Status, siehe Globale Statuswerte (Subindex 0x01)	UINT8
	0x02	Kurzschluss in der Sensorversorgung; ein Bit für jeden Port	UINT8
	0x03	Kurzschluss an Pin 4 der Aktorversorgung, ein Bit für jeden Port	UINT8
	0x04	Kurzschluss an Pin 2 der Aktorversorgung, ein Bit für jeden Port	UINT8

Globale Statuswerte (Subindex 0x01)

Bit	Beschreibung
0	Bit 0: Sensorversorgung niedrig (1 = niedrig, 0 = OK)
1	Bit 1: Aktorversorgung niedrig (1 = niedrig, 0 = OK)

IO-Link Service Data Ch. x (0x4000 - 0x4FFF)

Hinweis

Vor der Verwendung dieser Funktion prüfen, ob das Modul IO‑Link unterstützt. Weitere Informationen zu IO‑Link‑fähigen Produktvarianten siehe: Unterstützte Produktvarianten

Index	Sub­index	Name	DataType	Zugriff
0x40n0	0x01	Control	UINT8	RW
	0x02	Status	UINT8	RO
	0x03	Index	UINT16	RW
	0x04	Subindex	UINT8	RW
	0x05	Length	UINT8	RW
	0x06	Data	UINT32	RW
n = 0…7	0x07	Fehlecode	UINT16	RO

Werte der Steuerung (Subindex 0x01)

Wert (UINT8)	Funktion
0	no control action
2	schreiben
3	lesen

Werte für den Status (Subindex 0x02)

Wert (UINT8)	Status
0	no activity
1	busy
2	success
4	error
0xFF	failure

IO-Link Configuration Data Ch. x (0x8000 - 0x8FFF)

Hinweis

Vor der Verwendung dieser Funktion prüfen, ob das Modul IO‑Link unterstützt. Weitere Informationen zu IO‑Link‑fähigen Produktvarianten siehe: Unterstützte Produktvarianten

Index	Sub­index	Name	Wert	DataType
0x8nn0 n = 0…7	0x04	Device-ID	24-Bit-ID	UINT32
	0x05	Vendor-ID	16-Bit-ID	UINT32
	0x32	IO-Link Revision	0x10 oder 0x11	UINT8
	0x33	Frame Capability	unbenutzt	UINT8
	0x34	Desired Cycle Time	Cycle Time	UINT8
	0x35	Offset Time	unbenutzt	UINT8
	0x36	Max. PD In Length	Max. Länge	UINT8
	0x37	Max. PD Out Length	Max. Länge	UINT8
	0x38	Compatible ID	unbenutzt	UINT16
	0x40	Master Control	siehe Konfiguration ohne ESI.	UINT16

IO-Link Information Data Ch. x (0x9000 – 0x9FFF)

Hinweis

Vor der Verwendung dieser Funktion prüfen, ob das Modul IO‑Link unterstützt. Weitere Informationen zu IO‑Link‑fähigen Produktvarianten siehe: Unterstützte Produktvarianten

Index	Subindex	Name	DataType	Zugriff
0x90n0, n = 0…7	0x04	Device-ID	UINT32	RO
	0x05	Vendor-ID	UINT32	RO
	0x20	IO-Link Revision	UINT8	RO
	0x22	Min Cycle Time	UINT8	RO
	0x24	Process Data In Length	UINT8	RO
	0x25	Process Data Out Length	UINT8	RO

IO-Link Diagnosis Data Ch. x (0xA000 – 0xAFFF)

Hinweis

Vor der Verwendung dieser Funktion prüfen, ob das Modul IO‑Link unterstützt. Weitere Informationen zu IO‑Link‑fähigen Produktvarianten siehe: Unterstützte Produktvarianten

Index	Subindex	Name	DataType	Zugriff
0xa0n0 n = 0…7	0x01	IO-Link State	UINT8	RO
	0x02	Lost Frames	UINT8	RO

Werte für IO-Link State (Subindex 0x01)

Wert	Name	Status des IO-Link-Ports
0	INACTIVE	deaktiviert
1	DIGINPUT	Digital Input
2	DIGOUTPUT	Digital Output
3	ESTABLISHCOMM	unbenutzt
4	INITMASTER	unbenutzt
5	INITDEVICE	unbenutzt
6, 7	Unused	unbenutzt
8	OPERATE	IO-Link, im Status Operate
9	STOP	IO-Link, nicht im Status Operate State (Fehler oder kein Device)

Werte für Lost Frames (Subindex 0x02)

This parameter counts lost IO-Link Frames (M sequence repeats).

Beim Wechsel des Geräts werden in der Regel zwei Wiederholungsversuche hinzugefügt. Dieser Wert wird nur während des Starts auf Null zurückgesetzt. Der Wert wird in regelmäßigen Abständen aktualisiert, z. B. einmal pro Sekunde.

IO-Link Status Data Ch. x (0xF100)

Hinweis

Vor der Verwendung dieser Funktion prüfen, ob das Modul IO‑Link unterstützt. Weitere Informationen zu IO‑Link‑fähigen Produktvarianten siehe: Unterstützte Produktvarianten

Index	Subindex	Name	DataType	Zugriff
0xF100	0x01	Status of IO-Link Port 1	UINT8	RO
	0x02	Status of IO-Link Port 2	UINT8	RO
	0x03	Status of IO-Link Port 3	UINT8	RO
	0x04	Status of IO-Link Port 4	UINT8	RO
	0x05	Status of IO-Link Port 5	UINT8	RO
	0x06	Status of IO-Link Port 6	UINT8	RO
	0x07	Status of IO-Link Port 7	UINT8	RO
	0x08	Status of IO-Link Port 8	UINT8	RO

Das CoE-Objekt Gerätestatus (0xF100) wird als TxPDO Mapping von Status Data in die Prozessdaten gemappt.

IO-Link Port Qualifier Ch. x (0xF101)

Hinweis

Vor der Verwendung dieser Funktion prüfen, ob das Modul IO‑Link unterstützt. Weitere Informationen zu IO‑Link‑fähigen Produktvarianten siehe: Unterstützte Produktvarianten

Index	Subindex	Name	DataType	Zugriff
0xF101	0x01	Port Qualifier Port 1	UINT8	RO
	0x02	Port Qualifier Port 2	UINT8	RO
	0x03	Port Qualifier Port 3	UINT8	RO
	0x04	Port Qualifier Port 4	UINT8	RO
	0x05	Port Qualifier Port 5	UINT8	RO
	0x06	Port Qualifier Port 6	UINT8	RO
	0x07	Port Qualifier Port 7	UINT8	RO
	0x08	Port Qualifier Port 8	UINT8	RO

Das CoE-Objekt Port Qualifier (0xF101) wird als TxPDO-Mapping von Port Qualifier in die Prozessdaten gemappt.

Port Qualifier-Bits

Bit	Beschreibung
4	PortActive / Port aktiviert 1 = Port kann verwendet werden. 2 = Port deaktiviert.
5	DevCom / Gerät ist betriebsbereit 1 = Device detected und Status Operate 0 = anderer Status
6	DevErr / Gerätefehler 1 = Fehler aufgetreten (Validierungsfehler, Kurzschluss, etc.) 0 = OK
7	PQ / Gültigkeit der Eingangsdaten des IO-Link-Geräts 1 = gültig, 0 = ungültig

Konfiguration ohne ESI

Hinweis

Vor der Verwendung dieser Funktion prüfen, ob das Modul IO‑Link unterstützt. Weitere Informationen zu IO‑Link‑fähigen Produktvarianten siehe: Unterstützte Produktvarianten

Die Ports können auch ohne Einbinden einer ESI konfiguriert werden. Dazu muss in das Objekt 0x8000 der Master Control und die jeweilige Länge der Prozessdaten eingestellt werden.

Werte für den Master Control (80X0:28)

Wert	Funktion
0x0000	deaktiviert
0x0001	Port im Standard-Input
0x0002	Port im Standard-Output
0x0003	Port im IO-Link-Mous
0x0005	Power

Prozessdatenlänge

IO-Link-Ports

Byte	Datenlänge
1 Byte	0x08
2 Byte	0x16
4 Byte	0x83
6 Byte	0x85
8 Byte	0x87
10 Byte	0x89
16 Byte	0x8F
24 Byte	0x97
32 Byte	0x9F

Standard Eingangs-/Ausgangs-Ports

0x01

Beispiel

MasterControl = 3 –> IO-Link
IO-Link size	Process Data In Length		Process Data Out Length
	Hex	Dec	Hex	Dec
IOL_l_1byte	0x08	8	0x00	0
IOL_l_2byte	0x16	22	0x00	0
IOL_l_4byte	0x83	131	0x00	0
IOL_l_6byte	0x85	133	0x00	0
IOL_l_8byte	0x87	135	0x00	0
IOL_l_10byte	0x89	137	0x00	0
IOL_l_16byte	0x8F	143	0x00	0
IOL_l_24byte	0x97	151	0x00	0
IOL_l_32byte	0x9F	159	0x00	0
IOL_l_1byte/0_1bytes	0x08	8	0x08	8
IOL_l_2byte/0_2bytes	0x16	22	0x16	22
IOL_l_2byte/0_4bytes	0x16	22	0x83	131
IOL_l_4byte/0_4bytes	0x83	131	0x83	131
IOL_l_4byte/0_2bytes	0x83	131	0x16	22
IOL_l_2byte/0_8bytes	0x16	22	0x87	135

Im Startup sieht die Konfiguration für Port 6 im IO-Link-Modus mit 32 Byte Prozessdatenlänge für Input und Output z. B. folgendermaßen aus: