DISTURBO CAVO ETHERCAT

Un cavo EtherCAT può introdurre disturbi in un Drive?

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Supponiamo di avere un problema di questo tipo:

Abbiamo una catena EtherCAT che comprende tra i vari dispositivi una serie di Drive per controllo di alcuni motori Brushless in una macchina automatica.

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Uno di questi Drive è collegato in un quadro di zona distante dal quadro generale di macchina. La distanza è di circa 40 metri.

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Prendiamo come esempio un Drive della Kollmorgen del tipo AKD2G modello AKD2G-SPE-6V12S-A2F3-0000-A.

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Questo drive è collegato via EtherCAT attraverso un cavo Beckhoff da 40 metri modello ZK1093-9191-3400

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Schema concettuale

QUADRO GENERALE DI MACCHINA

Quadro di zona bordo macchina

Cavo Beckhoff ZK1093-9191-3400

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Facciamo le seguenti ipotesi preliminari:

• I cavi di potenza sono stati adeguatamente schermati e messi a terra
• I cavi encoder sono stati adeguatamente schermati e messi a terra
• Si è cercato di evitare il più possibile che i cavi di potenza potessero influenzare i cavi di segnali facendo percorrere, durante la posa dei cavi, dei giri differenti ai due circuiti o comunque utilizzando canaline differenti
• E’ stato inserito un filtro sull’alimentazione dei Drive

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In genere il Drive ha già una flangia metallica di fissaggio dove fissare il cavo motore

Nonostante questi accorgimenti, supponiamo che durante il funzionamento si manifestino, in maniera sporadica (non sistematica) dei disturbi sulla rete EtherCAT del Drive posto a 40 metri di distanza. In particolare la porta EtherCAT va in errore (i led della porta RJ45 lampeggiano di rosso) ed il Drive va in Fault. L’unica via di uscita è spegnere e riaccendere il drive.

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Cosa possiamo fare?

Qui la risposta non è semplice perché determinare un disturbo è sempre complesso e soprattutto occorre capire se sia in alta o bassa frequenza. Non si riesce a dare una risposta univoca o mirata.

Per verificarlo servirebbe un analizzatore di spettro, oppure in alternativa un oscilloscopio o un analizzatore di rete.

Ma siamo in trasferta, dal cliente, magari durante la fase di accettazione della macchina. Quindi dobbiamo cercare di agire velocemente per trovare una soluzione.

Se non siamo degli sprovveduti e non siamo stai catapultati li per caso (condizione comunque che non escludo), si potrebbe operare in questo modo.

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• Mettere un cavo EtherCAT esterno, al posto di quello attuale per verificare intanto se il problema è il cavo oppure sono dei disturbi (per esempio di modo comune) che non sono bloccati dalla schermatura. Ovviamente dobbiamo avere un altro cavo a disposizione.
• Utilizzare della ferrite da posizionare a ridosso delle due connessioni RJ45 (quella di partenza e quella di arrivo)

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Ora… In genere un altro cavo si dovrebbe averlo, magari non uguale a quello di prima, ma comunque un cavo che sia minimo CAT 5 o CAT5E. È più probabile che il cliente abbia dei cavi «verdi» tipo Profinet, che vanno bene comunque, perché EtherCAT e Profinet usano entrambi cavi Ethernet industriali basati su standard IEEE 802.3. Quindi il mezzo trasmissivo (cioè il cavo) è il medesimo.

Magari con meno di 40 metri si riesce a far passare un altro cavo esternamente, lasciandolo sul pavimento, perché non deve passare per tutte le canaline dedicate.

La prova con un cavo esterno è già una prima valida prova per poter iniziare a «scremare» la causa del disturbo.

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Se si hanno delle ferriti a disposizione, si può tentare di inserirle alle estremità del cavo originale, quello incriminato.

La ferrite deve essere messa subito a ridosso della connessione.

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L’ideale sarebbe far fare al cavo uno o due giri attorno alla ferrite, ma ovviamente con un cavo di questo tipo ciò non è possibile.

La ferrite funziona come un filtro passivo, dissipando le correnti parassite (modo comune) che viaggiano sulla schermatura o lungo i conduttori.

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Ovviamente la ferrite non risolve problemi di impedenza o riflessione: se il cavo ha discontinuità o connettori mal «crimpati», la ferrite non aiuta.

Potremmo per esempio utilizzare una ferrite della Wurth modello 74271131

Questo modello di ferrite può essere d’aiuto a ridurre disturbi ad alta frequenza (EMI/RFI). Presenta una impedenza variabile da ~195–246 Ω che dipende dalla frequenza (i due valori di impedenza sono riferiti rispettivamente ad una frequenza di 25 MHz e di 100 MHz come indicato dal datasheet)

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A questo punto cosa ci aspettiamo?

• Probabile riduzione dei disturbi HF e miglioramento della stabilità se il problema è EMI di modo comune.
• Se il problema è di riflessione/differenziale o derivante dalla connessione, allora occorre intervenire sul cavo o connettore

Se non vi è nessun miglioramento, occorre eseguire se possibile il collegamento con un cavo corto ed occorre riverificare tutte le messe a terra dei cavi. Ovviamente, tutto ciò esclude una eventuale problematica al Drive. La sostituzione del Drive, essendo estremamente invasiva, sarà l’ultima soluzione da tentare dopo aver tentato di individuare la meglio il problema.

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