Realizzazione di uno slave EtherCAT integrante periferiche per applicazioni motion control

The technological enhancement of industrial automation and manufacturing is stricty connected to the innovations of communication technologies. The main impact of the last century is due to the introduction of FieldBus systems. Indeed, they have been fundamental for the lowest levels of the automation hierarchy. Besides factory automation, many processes nowadays would not be feasible without Fieldbus based networks. Indeed, these systems are employed in a large variety of application areas from energy distribution to in-vehicle networking but also in rail-way applications and avionics. In the following document, the main activities executed during the internship in I.M.A. S.p.A. are reported. The objective of the thesis is to develop an EtherCAT (Ethernet Fieldbus) slave integrated with peripherals for motion control applications. The slave is created by exploiting a micro-controller of Renesas Electronics called RX72M. Since, for the specific application the MCU lacks of several components needed for motion control, external devices are employed for developing the project.

Comparision and abstraction of ethernet based fieldbus

Os sistemas de redes de campo ligando componentes de automação e máquinas possuem uma performance muito elevada, relativamente à sua velocidade e capacidade de funcionamento em tempo-real. Estes apresentam também uma variedade de funcionalidades tais como comunicação cruzada, protocolos de segurança e endereçamento automático. Além disso, definem também aproximações lógicas ao tipo de máquinas em questão, de acordo com o seu perfil de funcionamento. No entanto, todas estas funcionalidades tornam a configuração e programação de aplicações comunicando nestas redes de campo extremamente complexa. Para além da complexidade existente na configuração e programação de um único sistema de redes de campo, existe também uma panóplia de diferentes sistemas de redes de campo, totalmente incompatíveis entre si. Contudo, estes pouco se diferenciam relativamente às suas funcionalidades e performance. Neste trabalho é elaborada uma comparação entre 4 diferentes perfis de accionamentos (CiA 402, CIP Motion, FSP Drive e PROFIdrive) para sistemas de redes de campo baseados em Ethernet (Ethercat, Ethernet/IP, PROFInet e SERCOS. Com este resultado, o acesso aos diferentes sistemas de redes de campo poderá ser generalizado, de forma que a aplicação a desenvolver seja independente do sistema localizado nas camadas OSI inferiores.

Teollisuus-Ethernetin teknistaloudellinen selvitys sähkötukkukaupan näkökulmasta

Tässä työssä tarkastellaan keinoja ja tekniikoita, joilla Ethernet-standardin mukainen tiedonsiirtoliikenne voidaan implementoida teollisuudessa kenttälaitetasolle. Työn on tilannut Suomen johtava sähkötukkuliike SLO Oy, joka on kiinnostunut automaatioalan tilanteesta ja tulevaisuuden näkymistä. Työssä käydään läpi Ethernet-tekniikan perusteet, ja sen soveltaminen teollisuudessa kenttäväylänä, sekä muussa automaatiossa. Lisäksi katsotaan läpi tärkeimmät Ethernet-kenttäväyläprotokollat ja menetelmät, joilla Ethernet-tekniikka saadaan vastaamaan teollisuuden vaatimuksiin reaaliaikaisuuden ja deterministisyyden osalta. Työssä haastatellaan muutamia suunnittelutoimistoja, asennusliikkeitä, sekä kahta teollisuuden loppuasiakasta. Näiden haastattelujen, sekä kansainvälisen markkinatutkimuksen pohjalta tarkastellaan alan markkinatilannetta ja toimintamalleja, sekä laaditaan SLO:lle SWOT-analyysi. Analyysin pohjalta tehdään johtopäätöksiä SLO:n toiminnan mahdollisesta laajentamisesta. Tuloksena on kattava selvitys Ethernet-teollisuusautomaatiosta ja Ethernet-tekniikan hyödyntämisestä teollisuudessa yleensäkin. SLO:n kannalta mielenkiintoisimpia vaihtoehtoja ovat Profinet ja EtherCAT-järjestelmät, jotka voisivat olla sopivia SLO:n tuotevalikoimaan.

Redundant Ethernet-based fieldbuses

Ethernet-pohjaisten kenttäväylien suosio teollisuudessa on kasvanut viime aikoina voimakkaasti. Ethernet tarjoaa suuren bittinopeuden, edulliset laitteet ja tekniikkaa on tutkittu laajasti. Diplomityö esittelee Ethernet-tekniikan perusteet ja joitakin teollisuudessa käytettäviä Ethernet-pohjaisia kenttäväyläprotokollia. Työn tarkoitus on tehdä tiivis käsikirja eri Ethernet-pohjaisista kenttäväyläprotokollista ja erityisesti niiden redundanttisuusominaisuuksista. Lähempään tarkasteluun on otettu redundantti EtherNet/IP ja sen alemmat kerrokset, sekä implementoitu redundanttisuus ABB:n ACS350-taajuusmuuttajaan.

Relatório de Estágio na Inficon AG e na PT Inovação & Sistemas

This document focuses the projects developed during two independent internships, which were carried out at Inficon AG and PT Inovação & Sistemas. Since the research areas of both internships are unrelated, individual abstracts are presented.

Analysis and development of interface components and procedures for the design and commissioning toolchains in automation systems

The objective of the thesis project, developed within the Line Control & Software Engineering team of G.D company, is to analyze and identify the appropriate tool to automate the HW configuration process using Beckhoff technologies by importing data from an ECAD tool. This would save a great deal of time, since the I/O topology created as part of the electrical planning is presently imported manually in the related SW project of the machine. Moreover, a manual import is more error-prone because of human mistake than an automatic configuration tool. First, an introduction about TwinCAT 3, EtherCAT and Automation Interface is provided; then, it is analyzed the official Beckhoff tool, XCAD Interface, and the requirements on the electrical planning to use it: the interface is realized by means of the AutomationML format. Finally, due to some limitations observed, the design and implementation of a company internal tool is performed. Tests and validation of the tool are performed on a sample production line of the company.

Applicazione ROS 2 di un robot antropomorfo in esecuzione su container VxWorks in architettura IMA

L’elaborato di tesi discute del progetto di integrazione tra ROS 2, framework open-source per lo sviluppo di applicazioni robotiche, e VxWorks, sistema operativo in tempo reale (RTOS), attraverso l’utilizzo di container OCI compliant su VxWorks. L’integrazione è stata svolta all’interno dello stack software di IMA (Industria Macchine Automatiche). Il progetto ha dunque integrato ROS 2 Humble e VxWorks 7 permettendo l’utilizzo di costrutti software di ROS 2 su dei container in esecuzione a livello User su VxWorks. Successivamente è stata creata una applicazione di pick and place con un robot antropomorfo (Universal Robots Ur5e) avvalendosi di ROS 2 Control, framework per l’introduzione e gestione di hardware e controllori, e MoveIt 2, framework per incorporare algoritmi di motion-planning, cinematica, controllo e navigazione. Una volta progettata l’applicazione, il sistema è stato integrato all’interno dell’architettura di controllo di IMA. L’architettura a container VxWorks di IMA è stata estesa per il caso ROS 2, la comunicazione tra campo e applicazione ROS 2 è passata tramite il master EtherCAT e il modulo WebServer presenti nell’architettura IMA. Una volta eseguito il container ROS 2 posizione e velocità dei servo motori sono stati inviati tramite al WebServer di IMA sfruttando la comunicazione VLAN interna. Una volta ricevuto il messaggio, il WebServer si è occupato di trasferirlo al master EtherCAT che in aggiunta si è occupato anche di ottenere le informazioni sullo stato attuale del robot. L’intero progetto è stato sviluppato in prima battuta in ambiente di simulazione per validarne l’architettura. Successivamente si è passati all’installazione in ambiente embedded grazie all’ausilio di IPC sui quali è stato testato l’effettivo funzionamento dell’integrazione all’interno dell’architettura IMA.