Entrevista a Michael Jost, jefe de producto sénior de sistemas de E/S y EtherCAT de Beckhoff Automation
Stefan Ziegler, relaciones públicas de gestión editorial de Beckhoff Automation
13/09/2023EtherCAT y la gama de E/S EtherCAT de Beckhoff celebran su 20 aniversario. En esta entrevista, Michael Jost, jefe de producto sénior de sistemas de E/S y EtherCAT de Beckhoff Automation, describe las ventajas tecnológicas de combinar el ultrarrápido sistema de comunicación con el variado espectro de E/S y lo rápido que se han ampliado las posibilidades de aplicación en las dos últimas décadas.
EtherCAT celebra su 20 aniversario junto con los terminales EtherCAT de Beckhoff. ¿Cuál fue la motivación de estos dos desarrollos desde el punto de vista de las E/S?
EtherCAT como tecnología es la continuación lógica de la filosofía de control basada en PC que representa Beckhoff. Para aprovechar al máximo las capacidades de rendimiento de las CPU modernas para PLC, movimiento y otras aplicaciones, la interfaz de comunicación del IPC también tiene que seguir el ritmo del mundo de la tecnología de automatización en términos de velocidad y sincronización. El factor decisivo aquí es que EtherCAT no sólo se ha implementado hasta el acoplador de bus, sino que también ha continuado en cada terminal. Esto garantiza que todas las funciones de EtherCAT también estén disponibles en el sistema de E/S. Como resultado, no tenemos (prácticamente) ninguna limitación en cuanto a los terminales EtherCAT alcanzables en términos de rendimiento de comunicación.
¿Qué ventajas especiales ofrece EtherCAT como bus de sistema en el área de E/S, tanto desde un punto de vista puramente técnico como funcional, por ejemplo, con relojes distribuidos, tecnología eXtreme Fast Control (XFC) y Safety over EtherCAT?
La principal ventaja es que nadie tiene que preocuparse por la velocidad de transmisión de los datos: ni nosotros durante el desarrollo, ni nuestros clientes en sus aplicaciones. Sencillamente, es suficientemente alto para más del 99 % de los productos y aplicaciones. El ancho de banda de EtherCAT también es muy ventajoso para las E/S de seguridad, ya que todos los protocolos de seguridad son bastante largos debido a los mecanismos de seguridad adicionales y el ancho de banda de los sistemas más lentos se agota rápidamente o, en otras palabras, los tiempos de ciclo se ralentizan. En lo que respecta a las aplicaciones de seguridad, esto puede ser una desventaja, por ejemplo, porque se requieren mayores distancias entre los dispositivos de protección y la zona peligrosa. Los relojes distribuidos como mecanismo de sincronización EtherCAT constituyen la tecnología básica para el funcionamiento síncrono de los módulos de salida, desde el control de boquillas de cola en sincronización con secuencias de movimiento hasta servoterminales con secuencias de movimiento interpoladas. En el lado de entrada, esta función es esencial para la obtención de datos de posición o medición sincrónica. La sincronización optimizada de las secuencias de la máquina mediante la tecnología XFC (eXtreme Fast Control) también permite aumentar la eficiencia de una máquina sin someterla a cambios mecánicos.
La cartera original de terminales de bus se ha ampliado enormemente con los terminales EtherCAT. ¿Cómo ha evolucionado la gama de E/S EtherCAT IP20 desde entonces y cuáles han sido los pasos de desarrollo más importantes?
Siempre desarrollamos soluciones basadas en plataformas que suelen dar lugar a todo un nuevo grupo de productos. Algunos ejemplos notables son:
- Tecnologías XFC de sellado de tiempo, sobremuestreo y microincrementos
- Soluciones rentables mediante terminales multicanal
- Soluciones completas en el campo de la tecnología de accionamiento compacta integrada en el sistema de E/S para servomotores, motores paso a paso, motores de corriente continua y motores BLDC
- Tecnología de medición de alta gama en la serie ELM.
¿En qué áreas de aplicación destacaron más rápidamente los nuevos terminales EtherCAT y cómo ha evolucionado esto con el tiempo?
Desde el principio decidimos no comercializar los terminales EtherCAT como un sistema de alta velocidad/alto precio, ya que en realidad los precios eran ligeramente inferiores a los de nuestros sistemas existentes, por lo que se utilizaron en todas las áreas desde el principio. Naturalmente, han sido especialmente populares en aplicaciones donde los tiempos de actualización más rápidos ofrecen ventajas significativas. Una de las primeras máquinas en equiparse con estos terminales fue una prensa hidráulica, en la que EtherCAT permitió la detección rápida de la posición (terminal SSI) y la presión (terminal de entrada analógica), así como el control rápido de las válvulas proporcionales hidráulicas (terminal de salida analógica) y el control completo en TwinCAT. Como resultado, el fabricante de máquinas pudo mejorar el rendimiento del sistema y la calidad del producto de forma independiente, sin depender de un conjunto de control adquirido.
¿Cuántas variantes de terminales EtherCAT hay disponibles actualmente y qué espectro de señales cubren?
Actualmente hay unos 700 terminales EtherCAT diferentes que cubren casi todas las señales relevantes para el mercado.
En las dos últimas décadas también se han añadido diversas variantes de diseño, como los módulos EtherCAT Box de la serie EP con grado de protección IP67. ¿Cuál fue el motivo de este desarrollo y con qué rapidez se impuso este diseño en el mercado?
Nos gusta ofrecer la solución de E/S óptima para cada aplicación, ya sea un terminal IP20 para el armario de control o uno completamente sin armario de control en IP67. Este tipo de desarrollos los promueven las necesidades de los clientes, que también muestran una mayor demanda de productos con protección IP67. Los circuitos y el firmware suelen basarse en un diseño básico uniforme, lo que significa que podemos variar el diseño de soluciones probadas sin tener que desarrollar otras completamente nuevas.
¿Y cómo surgieron los terminales HD y los módulos enchufables EtherCAT de la serie EJ como variantes adicionales?
El desarrollo de los terminales HD nos permitió establecer un nuevo estándar de mercado para la densidad de empaquetado en sistemas modulares de E/S. Por cierto, también pudimos reducir los precios por canal de muchas señales, lo que significa que los clientes pueden ahorrarse costes, además de ganar espacio en su armario de control. Así, queda claro por qué no tardamos en alcanzar el éxito en el mercado con estas ventajas. La variante EJ, como «terminal de bus» diseñada para placas de circuito impreso, optimiza el diseño del armario eléctrico, especialmente en la construcción de maquinaria de gran volumen, al sustituir el laborioso cableado punto a punto por placas de circuito impreso de fabricación industrial con tecnología de conexión específica para cada aplicación. De este modo se acortan considerablemente los tiempos de cableado y se reduce el riesgo de errores. En general, la máquina se puede cablear con la misma eficacia que un coche, con toda la electrónica y los mazos de cables premontados, sin renunciar a la flexibilidad y facilidad de mantenimiento de un sistema modular fino de E/S.
¿Ocurre lo mismo con los terminales ELM con carcasa metálica?
Con la carcasa ELM, hemos sentado las bases para innovar e introducir nuevas categorías de productos dentro del sistema de E/S. El mejor ejemplo es nuestra tecnología de medición de alta precisión, en la que el apantallamiento óptimo y los conectores de señal optimizada son dos características clave. Junto con el diseño adecuado del circuito y el sofisticado proceso de calibración, todo ello garantiza un nivel de precisión que a menudo es 30 veces superior al estándar del sector. Además, la carcasa metálica puede disipar mayores pérdidas de potencia, lo que ofrece clases de rendimiento y soluciones multieje completamente nuevas en el campo de la tecnología de accionamiento compacta.
El tema de la conectividad tiene especial importancia en el ámbito de E/S. ¿Qué diferencia los desarrollos correspondientes, como EtherCAT P y los conectores híbridos de Beckhoff?
El plazo de comercialización no solo es crucial para los fabricantes de máquinas, sino también para muchos clientes finales innovadores. Aquí es donde One Cable Automation (OCA) de Beckhoff crea las condiciones óptimas. Nuestros conectores híbridos escalables permiten combinar la comunicación y la transmisión de potencia para casi todos los requisitos de aplicación. Ofrecen la ventaja adicional de un alto grado de modularidad, que permite una amplia gama de variantes para multitud de aplicaciones diferentes, al tiempo que proporciona codificación mecánica y seguridad de conexión. También presentan un núcleo de datos uniforme en los cuatro tamaños de conector: B12, B17, B23 y B40. Todo ello es fundamental para que estos conectores se consoliden como la solución ideal para la automatización descentralizada, como OCA. Otro argumento de venta clave es que nuestros conectores híbridos se encuentran entre los primeros productos que cumplen la futura norma IEC 61076-2-118.
El 20 aniversario de los terminales EtherCAT no es el único hito que celebramos, ya que esta ocasión también marca el décimo aniversario de la tecnología de accionamiento compacta. ¿Cómo surgió esta novedad en 2013?
Con algunos productos, la respuesta simple es que, "era posible". Los semiconductores de potencia, cada vez más eficientes, nos permitieron integrar la etapa de salida de potencia en un único terminal. Al fin y al cabo, podría decirse que realizar avances en la tecnología de semiconductores que puedan utilizarse en la tecnología de automatización forma parte de nuestra misión. Naturalmente, parte del éxito fue también nuestra acertada valoración del mercado de que los usuarios se sentirían muy inclinados a utilizar una solución que ya está óptimamente integrada en el sistema en lugar de tener que utilizar etapas de salida de potencia externas con control de consigna analógica o entrada de tren de impulsos.
¿Cuáles son los aspectos más destacados del desarrollo en cuanto a los ámbitos de aplicación y ampliación de la cartera, por ejemplo con los terminales de servomotor ELM de mayor potencia?
La tecnología de accionamiento compacta es la continuación casi perfecta del rendimiento de la gran tecnología de accionamiento (servoaccionamientos AX8000/AX5000). En lo que respecta a la integración de la función de limitación de frenado y el movimiento seguro, el conjunto de características es ahora muy coherente. Esto facilita las cosas a los usuarios, ya que pueden hacer su elección basándose totalmente en los requisitos de potencia, mientras que las propiedades alcanzables serán casi idénticas, independientemente de si la tensión de alimentación es de 48 V CC o 400 V CA. Por tanto, no hace falta decir que actualmente la tecnología de accionamiento compacta desempeña un papel fundamental en nuestra cartera de productos de movimiento.
¿Puede insinuar algún avance futuro en el campo de las E/S EtherCAT, tanto en lo que se refiere a nuevos productos de terminales como a EtherCAT como bus de sistema?
Nuestra pretensión es dar soporte a todas las señales relevantes para el mercado, ser competitivos en todas las áreas individuales y, siendo fieles a nuestro lema, 'New Automation Technology' (Nueva tecnología de automatización), aumentar continuamente el rendimiento de la tecnología de control basada en PC y EtherCAT. En el segmento analógico, por ejemplo, estamos trabajando en una serie de productos con características mejoradas y precios optimizados. También seguiremos implementando los probados terminales EtherCAT en otros diseños para ofrecer opciones de cableado óptimas para cada máquina. Se darán a conocer más detalles al respecto en las próximas exposiciones.
Fuente: publicado en PC Control 02/2023, Beckhoff Automation, Alemania
