One Cable Automation - transmisja sygnałów i zasilania za pomocą pojedynczego kabla

Rys. 1. Dzięki różnym dostępnym klasom parametrycznym połączeń komponentów korzystających ze złączy ECP i ENP, One Cable Automation stanowi idealną podstawę do realizacji połączeń w modułowych maszynach i instalacjach

One Cable Automation charakteryzuje się wyjątkowo elastyczną konstrukcją, idealną do zastosowań w szerokim zakresie aplikacji. Różne sekcje sieci mogą być łączone za pomocą odpowiednich kabli do urządzeń i komponentów, zgodnie z ich indywidualnymi wymogami dotyczącymi zasilania. Nieograniczona otwartość na mieszane topologie sieciowe jest kluczową korzyścią. Umożliwia elastyczne przejście pomiędzy:

• komunikacją EtherCAT P z wbudowanym zasilaniem (pojedynczy kabel ze złączem M8),
• rozwiązaniem z pojedynczym kablem, korzystającym z kabli hybrydowych łączących elementy komunikacyjne EtherCAT i EtherCAT P z dodatkowymi przewodami zasilania (pojedynczy kabel z nowymi złączami ENP lub ECP),
• konwencjonalnym układem dwóch kabli z oddzielnym zasilaniem (EtherCAT ze złączem M8/RJ45 lub EtherCAT/EtherCAT P ze złączem ENP/ECP).

Nowe złącza ECP i ENP implementują połączenie elementów komunikacyjnych i zasilających o różnych dopuszczalnych prądach przewodzenia od 3 A do 64 A z małymi gabarytami. System jest całkowicie nowy i spełnia pełny zakres wymogów OCA odnośnie do podłączonych urządzeń i modułów, w tym napędów, czujników/elementów wykonawczych, szaf sterowniczych i całych modułów maszyn.

Zredukowanie systemu do podstawowych elementów - mianowicie elementów komunikacyjnych EtherCAT lub EtherCAT P oraz linii zasilających DC lub AC - pozwala zrealizować tani system połączeniowy. Jest on bardzo łatwy w użyciu, co wynika z zastosowania połączeń bagnetowych z kodowaniem mechanicznym i za pomocą kolorów.

Wariant ECP dla EtherCAT P, daje również inną korzyść: kabel zasilania zintegrowana z EtherCAT P umożliwia eliminację czterech przewodów zwykle wymaganych układzie 2 × 24 V. Pozwala to na stosowanie cieńszych, tańszych kabli lub alternatywnie na zasilanie innymi napięciami.

ETHERCAT P JAKO ROZWIĄZANIE OCA DLA SYSTEMÓW I/O 24 V

Rys. 2. Przemyślana konstrukcja elementów łączących pozwala wyeliminować błędy i stratę czasu przy prowadzeniu prac w terenie

Dzięki połączeniom EtherCAT P, firma Beckhoff rozszerzyła znaną na całym świecie technologię EtherCAT do połączenia ultraszybkiej komunikacji EtherCAT z systemem 24 V i zasilaniem peryferyjnym (US lub UP), a wszystko to z wykorzystaniem standardowego kabla Ethernet. Beckhoff opracował specjalne złącza M8 dla EtherCAT P z mechanicznym kodowaniem, które eliminują możliwość pomyłki ze złączami używanymi do standardowych urządzeń EtherCAT slave.

Konstrukcja konkretnej maszyny lub instalacji jest uproszczona dzięki narzędziu programowemu TwinCAT, pomagającemu określić wszystkich indywidualnych odbiorców EtherCAT P i długości kabli, tak aby zapewnić najlepsze parametry i najniższy koszt sieci EtherCAT P. W tym celu można wykorzystać do zbierania danych nowy, małogabarytowy moduł EPP9022-0060 EtherCAT P Box o wymiarach zaledwie 30 × 86 × 26,5 mm.

Moduł ten mierzy napięcia US i UP oraz prądy IS i IP w systemie, a następnie przekazuje informacje do kontrolera. Gdy system ma dane od wszystkich konsumentów, może uwzględnić zużycie energii przez poszczególne urządzenia w czasie. Na przykład, jeśli dwa siłowniki nigdy nie przełączają się w tym samym czasie ze względu na specyfikę sterowania, można to wziąć pod uwagę przy ustalaniu maksymalnego prądu. Wprowadza to dodatkową możliwość oszczędności w odniesieniu do wymaganej liczby zasilaczy.

SERIA ZŁĄCZY DLA ETHERCAT I ETHERCAT P

Rys. 3. Złącza serii ECP (na zdjęciu) i serii ENP nadają się idealnie do łączenia silników krokowych ze sterownikami (B12), silników asynchronicznych z konwerterami częstotliwości i mniejszymi szafami sterowniczymi lub zdecentralizowanymi skrzynkami zaciskowymi (B17), jak również kompletnych szaf sterowniczych i systemów robotyki (B23/B36)

Jeżeli wymagana jest większa moc lub dodatkowe zasilacze, oprócz systemu 24 V i zasilania peryferyjnego realizowanego za pośrednictwem EtherCAT P, zasilanie może być dostarczane przez odpowiednie kable hybrydowe ze złączami serii ECP i ENP, opracowanymi przez firmę Beckhoff specjalnie do tego celu:

• ECP (EtherCAT P + zasilanie): Ta seria złączy obejmuje małogabarytowy, trapezoidalny element P EtherCAT (o tym samym rozkładzie wyprowadzeń, co złącze M8 EtherCAT P) z dodatkowymi liniami zasilania. W ten sposób zasilanie 24 V zintegrowane z EtherCAT P jest uzupełnione o dodatkową linię zasilania.
• ENP (EtherCAT / Ethernet + zasilanie): Te złącza łączą trapezoidalny, centralny element komunikacyjny z dodatkowymi liniami zasilania w ten sam sposób, jak w ECP. Element trapezoidalny ma konstrukcję odwrotną, aby zapobiec błędom połączeniowym i zapewnia transmisję danych przez EtherCAT, standardowe połączenie ethernetowe lub inne protokoły komunikacyjne oparte na sieci Ethernet.

Dostępne są różne rozmiary wtyczek od B12 do B36 o różnej liczbie linii zasilających (od 2 do 6), dzięki czemu można je łatwo dostosować do wymagań różnych typów sieci i poboru mocy podłączonych odbiorników. Kompletne, pełne ekranowanie 360° centralnego elementu trapezoidalnego odpowiada wysokim standardom jakościowym EtherCAT.

Co więcej, zwarta konstrukcja zapewnia również odpowiednią przestrzeń dla linii zasilania, zapewniającą duże dopuszczalne prądy przewodzenia i dużą wytrzymałość dielektryczną. Szybkie i łatwe w użyciu połączenie bagnetowe wraz z szeroką ofertą kryz w różnorodnych wariantach obudowy dla panelu tylnego i przedniego, dają użytkownikowi dodatkowe korzyści. Dodatkowo, dostępne są wersje do montażu w terenie, dające ogromną oszczędność podczas instalacji.

SZEROKA GAMA ZASTOSOWAŃ

Rys. 4. Nowe rozdzielacze zasilania EP9221-0057 (z lewej) i EP9224-0037 realizują komunikację EtherCAT oraz zasilanie 2 × 24 V wraz z przewodem ochronnym, korzystając ze złączy B17-ENP pozwalających transmitować większą moc lub zapewnić większą odległość transmisji

Rodziny ECP i ENP wraz ze złączami M8 EtherCAT P, pokrywają wszystkie zastosowania, począwszy od 24-woltowych linii I/O po systemy napędowe o napięciu 480 V AC i maksymalnym prądzie 64 A. Duża elastyczność systemu połączeń jest widoczna we wszystkich obszarach zastosowań. W zależności od potrzeb można stosować połączenia EtherCAT, EtherCAT P lub oba.

Typowe wymogi inżynieryjne dla małych i średnich systemów są pokrywane przez EtherCAT P z ograniczeniem prądu do 3 A dla US i UP w połączeniu ze złączami M8 lub ECP. Natomiast złącza serii ENP nadają się idealnie do większych instalacji, wymagających transmisji na większą odległość. To samo dotyczy aplikacji bez EtherCAT P, takich jak punkty końcowe z zasilaniem 24 V lub odbiorniki 24 V o dużych wymogach energetycznych.

Rozszerzenie koncepcji One Cable Automation o coraz większą różnorodność urządzeń i komponentów EtherCAT P, ECP i ENP stale poszerza zakres możliwych do zrealizowania aplikacji dla użytkowników. Przykładem mogą być dwa nowe moduły infrastrukturalne EP9221-0057 (1 kanał) i EP9224-0037 (4 kanały) firmy Beckhoff.

Korzystając ze złączy B17-ENP, te rozdzielacze zasilania oferują dwie linie 24 V i przewód ochronny wraz z komunikacją EtherCAT w elemencie trapezoidalnym. Kabel zasilający ma przekrój poprzeczny w przybliżeniu pięciokrotnie większy od elementu P EtherCAT i może dostarczać zasilanie na większe odległości lub przewodzić znacznie wyższe prądy (do 20 A w temperaturze otoczenia).

Beckhoff Automation
www.beckhoff.pl