Real Time Ethernet für LinuxCNC

Meist wird unter LinuxCNC der Standard Parallel Port verwendet, um Schrittmotoren anzusteuern. Das PCI- und ISA-Interface wird meist dazu genutzt, um Erweiterungskarten für weitere Parallel Ports oder spezielle Karten für Schritt- und Servomotoren zu integrieren.

In moderne Werkzeugmaschinen kommen aufgrund ihrer großen Vorteile meist Servoantriebe zum Einsatz, die immer häufiger über ein Real Time Ethernet Protokoll angesteuert werden.

Am Institut für Maschinen- und Anlagenbau gelang die Integration diverser Real Time Ethernet Protokolle in LinuxCNC.

Die Vorteile auf einen Blick

  • Nutzung der etablierten Ethernet-Physik mit echtzeitfähigen Protokollen
    wie Sercos III, EtherCAT, EtherNet/IP und PROFINET
  • Hohe Rechenleistung von Desktop-PCs für rechenintensive CNC-Anwendungen wie LinuxCNC nutzbar
  • Geringe Investitionskosten für Hardware,
    da Desktop-PC Hardware genutzt werden kann
  • Geringe Investitionskosten für Software,
    da Betriebssystem und Steuerung opensource sind

Real Time Ethernet

Real Time Ethernet wird dazu eingesetzt, um die etablierte Ethernet-Physik in Echtzeit zu nutzen.

Die einzelnen Komponenten, wie digitale und analoge Ein- und Ausgabebaugruppen, speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und computergestützte numerische Steuerungen (CNC), werden dazu über ein handelsübliches RJ45-Patchkabel (CAT5e) miteinander verbunden.

Ein echtzeitfähiges Protokoll wie Sercos III oder EtherCAT sorgt dann dafür, dass im Gegensatz zum Standard-Ethernet, nach IEEE 802.3 mit TCP/IP, die Kommunikation tatsächlich in Echtzeit erfolgen kann.

Einen Überblick über die Protokolle gibt die Zeitschrift Industrial Ethernet Facts - Die wesentlichen 5 Systeme.

LinuxCNC-RTE

Durch LinuxCNC-RTE werden die auf Ethernet-basierenden Bussysteme in LinuxCNC integriert. Dazu wird die CIFX 50-RE über das PCI-Interface in einen Desktop-PC integriert und über ihre RJ45-Ports mit den jeweiligen Baugruppen verbunden. Die Umsetzung basiert auf

  • dem Betriebssystem Ubuntu 10.04 „Lucid Lynx“
  • dem echtzeitfähigen Linux-Kernel 3.4.9-rt17
  • dem LinuxCNC-Repository EMC-RT-Preempt mit Shared Memory Interface
  • der CIFX 50-RE mit entsprechender Masterfirmware, dem zugehörigen Userspace I/O-Treiber uio_netx und der Bibliothek CIFX-API (libcifx)
  • sowie der eigens entwickelten Applikation SHM-RTE
    mit individueller grafischer Bedienoberfläche für LinuxCNC

Eine Karte für alle Protokolle

Die CIFX 50-RE der Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH ermöglicht die Integration eines Desktop-PCs in Netzwerke, die auf Real Time Ethernet basieren. Dazu wird die CIFX 50-RE über die standardisierte PCI-Schnittstelle mit dem Desktop-PC verbunden.

Der multiprotokoll-fähige netX Network Controller der CIFX 50-RE ermöglicht den Einsatz diverser Protokolle über eine Karte. Das bringt gleich zwei Vorteile mit sich. Es können Desktop-PCs mit Soft-SPS oder Soft-CNCs eingesetzt werden und diese, ohne Austausch der Hardware, in verschiedenste Netzwerke integriert werden.

Eine Applikation für alle Protokolle

Die Applikation SHM-RTE wickelt protokollunabhängig den Datenaustausch über die CIFX 50-RE zwischen LinuxCNC und den einzelnen Komponenten (wie Servoantrieben, analogen und digitalen I/Os) ab.

RTE-GUI, eine Erweiterung der grafischen Benutzeroberfläche (GUI) von LinuxCNC, ermöglicht die Kontrolle und insbesondere die Überwachung der auszutauschenden Daten.

So können beispielsweise die digitalen Ausgänge über den NC-Code geschaltet werden, während die Reglerfreigabe des Servoantriebs über Kontrollkästen der GUI erfolgt.

Schulung & Beratung

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Artikel verfügbar

Mit LinuxCNC-RTE getestete Hardware

Sercos III, EtherCAT, EtherNet/IP und PROFINET

Die Inbetriebnahme erfolgt unter Verwendung der multiprotokollfähigen CIFX 50-RE.

Servoantrieb

Servoantrieb des Demo System PSP-I01.1 der Bosch Rexroth GmbH mit Basic-Steuerteil CSB01.1C-S3-ENS-NNN-NN-S-NN-FW über Sercos III.

Ein- und Ausgabebaugruppen

Digitale und Analoge Ein- und Ausgabebaugruppen der Beckhoff Automation GmbH EL1014, EL2004, EL3064 und EL4004 über EtherCAT mit den EtherCAT-Koppler EK1100.

Evaluationsboards

Multiprotokollfähige Evaluationsboards NXIO 50-RE der Hilscher Gesellschaft für Systemautomation mbH mit Sercos III, EtherCAT, EtherNet/IP und PROFINET.