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DIGITAL
ETHERCAT
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- ELETTRONICA OGGI 451 - GENNAIO/FEBBRAIO 2016
sferiti da un’apparecchiatura a un’altra. Se consultati, tutti
i tecnici che lavorano sui macchinari e sul campo diranno
che EtherCAT è uno standard affermato. D’altra parte i clas-
sici sistemi di bus di campo, come ad esempio Profibus e
CAN, hanno raggiunto i loro limiti tecnici. Essi non sono in
grado di gestire una quantità di dati così grande in quanto
non dispongono della larghezza di banda necessaria. Seb-
bene non sia perfettamente chiaro il percorso evolutivo del
concetto di Industry 4.0, si può affermare con ragionevole
certezza che la quantità di dati non è destinata a diminu-
ire. Sorprendentemente i sistemi Ethernet real-time non
sono finora riusciti a ottenere un riconoscimento su base
universale. I produttori di azionamenti, PLC e moduli di I/O
hanno fornito diverse motivazioni per spiegare questo fat-
to. Per quanto riguarda Ethernet/IP, lo standard proposto da
Rockwell, molti ritengono che la mancanza di determinismo
rappresenti una limitazione: nelle migliori delle ipotesi, in-
fatti, i tempi di ciclo sono dell’ordine di pochi microsecondi.
Un limite analogo è riscontrato in Profinet, lo standard svi-
luppato da Siemens, almeno nella versione RT (Real-Time).
Profinet IRT(Isochronous RT) che d’altro canto, è ritenuto
non completamente maturo. Ci sono voluti anni per com-
pletare l’attuale versione 2.3 mentre le versioni provvisorie
non sono compatibili le une con le altre: inoltre è necessario
verificare se la 2.3 sarà la versione finale. EtherCAT, dal can-
to suo, è rimasto immutato fino dal 2004. I primi dispositivi
comunicano nella stessa rete con i dispositivi di più recente
introduzione nonostante le numerose funzionalità che sono
state via via aggiunte. Anche in termini di determinismo iso-
crono EtherCAT è in grado di garantire i migliori risultati,
con valori compresi in un intervallo che spazia dalle centi-
naia a poche decine di nanosecondi. Una caratteristica che
EtherCAT ha finora condiviso con Profinet ed Ethernet/IP
sono i costi, relativamente alti, di acquisto e manutenzione:
costi di manutenzione che devono essere ovviamente soste-
nuti durante l’intero ciclo di vita del prodotto. Lo scenario
appena delineato non è mutato a causa della mancanza di
componenti caratterizzati da un alto grado di integrazione.
Con l’introduzione del microcontrollore a 32 bit XMC4800
la situazione è destinata a cambiare: si tratta del primo mi-
crocontrollore con una periferica slave EtherCAT integrata
e un blocco IP analogico/digitale che utilizza un processore
Cortex M4 di ARM.
Da un confronto con soluzioni ampiamente collaudate ba-
sate su microcontrollori come quelli della famiglia Sitara di
TI, dispositivi FPGA o circuiti ASIC si può evidenziare la faci-
lità di implementazione di EtherCAT con il nuovo XMC4800.
Quest’ultimo non richiede componenti aggiuntivi come ad
esempio una memoria esterna oppure un generatore di
clock al quarzo per avviare il controllore slave EtherCAT. Un
PLL integrato fornisce alla periferica EtherCAT la frequenza
di clock di 25 MHz richiesta. Il codice residente nella me-
moria flash o RAM integrate è eseguito dal processore ARM
Cortex M4 a una frequenza di 144 MHz. La riduzione del nu-
mero di component richiesti si traduce in una diminuzione
dei costi. Il ricorso a una memoria esterna ha un’implica-
zione che non sempre è ovvia a prima vista: una maggiore
difficoltà di manutenzione del prodotto nel corso del proprio
ciclo di vita. I produttori di memoria ottimizzano le loro tec-
nologie sulla base delle esigenze dei mercati del personal
computer e dei sistemi di elaborazione mobile: ciò signi-
fica che un nodo tecnologico risulta obsoleto nell’arco di
Fig. 2 – XMC4800 mette a disposizione per la prima volta un nodo EherCAT integrato in unmicrocontrollore basato su un core ARM Cortex standard
con memoria flash e blocco IP analogico/a segnali misti. Si tratta del primo nodo EtherCAT specificato per operare a temperature fino a 125 °C e
conforme alle specifiche AEC-Q100