EPOS2 <-> EPOS4 <-> CiA402: Kompatibilität?

Thema:

• Sind die EPOS2 und EPOS4 100% kompatibel?
• Kann die EPOS4 als Ersatz für die EPOS2 (oder sogar EPOS) in bestehenden Systemen eingesetzt werden?
• Was bedeutet die Erfüllung des CiA402 Standards in der Praxis?
  Mit welchen Inkompatibilitäten oder Einschränkungen muss zwischen CiA402 Geräten gerechnet werden und warum?

Lösung:

Grundsätzlich basieren alle EPOS Produktlinien (d.h. EPOS, EPOS2, EPOS4) auf dem "CiA301 - CANopen application layer and communication profile" und "CiA402 - CANopen device profile for drives and motion control" Standard (-> www.can-cia.org/can-knowledge/canopen/cia402/). Diese Standards enthalten die detaillierte Spezifikation einer Vielzahl von Betriebsarten, Funktionen und Objekten.

Es ist zu berücksichtigen, dass nur eine sehr begrenzte Anzahl an Funktionen und Objekten auch zwingend implementiert werden muss um die Standards bereits zu erfüllen. Der überwiegende Teil an  Betriebsarten, Funktionen und Objekte kann aber muss nicht von einer CiA402 CANopen Steuerung zur Verfügung gestellt werden.

Einige Betriebsarten (z.B. die "Cyclic" Modes) und zugehörige Objekte wurden erst über die Jahre sukzessive in der CiA402 hinzugefügt und spezifiziert. Der Standard erlaubt es auch ergänzende Funktionen, Betriebsarten und Objekte herstellerspezifisch zur Verfügung zu stellen.

Die relativ grosse Implementationsfreiheit kann zu einer Inkompatibilität zwischen den CiA402 basierenden Motorsteuerungen verschiedener Hersteller führen. Eine gewisse Inkompatibilität kann jedoch auch zwischen den Produktreihen eines Herstellers (wie insbesondere zwischen der EPOS4 und EPOS2) aufgrund des Entwicklungszeitpunkts und der jeweils gültigen (erweiterten) CiA402 Spezifikation gegeben sein. 

EPOS2 Aspekte:

• Die Grundlagen der EPOS (und darauf aufbauend EPOS2) wurden vor ungefähr 20 Jahren entwickelt basierend auf dem damals gültigen (noch sehr "jungen") CiA402 Standard.
  • Zum damaligen Zeitpunkt waren in der CiA402 hauptsächlich nur die "Profil-orientierten" Betriebsarten wie "PPM -Profile Position Mode", "PVM -Profile Velocity Mode", "HM - Homing Mode" und "IPM - Interpolated Position Mode" spezifiziert. Diese standardisierten Betriebsarten  wie "PPM", "PVM", "HM" und "IPM" wurden ebenfalls von der EPOS und EPOS2 zur Verfügung gestellt und um einige herstellerspezifische Betriebsarten erweitert.
  • Die CiA402 spezifizierte damals noch keine der "Cyclic" Betriebsarten (wie "CSP - Cyclic Synchronous Position", "CSV - Cyclic Synchronous Velocity", "CST - Cyclic Synchronous Torque"),  bei denen ein CANopen Master eine übergeordnete Regelung ausführt und im schnellen zyklischen Takt neue Sollwerte vorgibt. 
  • Da die "Cyclic" Betriebsarten bei der EPOS zum Entwicklungszeitpunkt noch nicht standardisiert waren, definierten die meisten Hersteller zusätzliche kundenspezifische Erweiterungen wie im Falle der EPOS und EPOS2 die maxon Betriebsarten "PM - Position mode", " VM - Velocity mode" und "CM - Current mode".

EPOS4 Aspekte:

• Die EPOS4 wurde basierend auf den aktuellen CiA402 Spezifikationen entwickelt:
  • Die EPOS4 unterstützt die in der CiA402 spezifizierten Betriebsarten "CSP", "CSV", "CST", "PPM", "PVM" und "HM". 
  • Die früheren bei der EPOS und EPOS2 vorhandenen maxon spezifischen Betriebsarten wie "Position mode", "Velocity mode" und "Current mode" werden von der EPOS4 nicht(!) mehr unterstützt und wurden durch die standardisierten "Cyclic" Betriebsarten "CSP", "CSV", und "CST" ersetzt. Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass diese "Cyclic" Betriebsarten funktional zwar sehr ähnlich sind wie die früheren maxon Betriebsarten aber zur Kommandierung nun ebenfalls standardisierte (abweichende) Objektnummern nutzen.
  • Die CiA402 Betriebsart "IPM - Interpolated position mode" und auch einige sehr anwendungsspezifische maxon Betriebsarten (z.B. "Master encoder mode", Step/Direction mode") der EPOS und EPOS2 werden aufgrund fehlender oder nur sehr geringer Nachfrage durch die EPOS4 nicht(!) mehr unterstützt.

Weitere Details bei denen die EPOS4 im Vergleich mit einer EPOS und EPOS2 markante Unterscheide aufweist sind:

• Die EPOS4 verfügt über stark weiterentwickelte Regleralgorithmen und auch die Skalierung der Reglerparameter wurde besser an physikalische Grössen angepasst.
• Die maxon spezifischen Objektnummer wurden bei der EPOS4 ebenfalls angepasst um den Anforderungen des aktuellen CiA402 Standards und auch EtherCAT-Systemen zu entsprechen.

Zusammenfassung:

• Die EPOS4 ist kein(!) 1:1 oder "Plug-and-play" Ersatz für die EPOS2 (oder EPOS).
  • Einzelne funktionale Merkmale, Betriebsarten und Objekte unterscheiden sich deutlich bei der EPOS4 oder werden auch nicht mehr unterstützt.
    
    
• Vor dem Entscheid des Umstiegs von einer EPOS oder EPOS2 auf eine EPOS4 in einem bestehenden Anlagenkonzept oder als Ersatzkomponente sollte abgeklärt werden welche Betriebsarten und Objekte effektiv genutzt werden. Dies geschieht am Zuverlässigsten auf Basis einer Quellcode-Analyse des Anwendungsprogramms des Masters, der die bisherige EPOS2 konfiguriert und kommandiert hat.
  • Falls die EPOS2 Betriebsarten "PPM - Profile Position Mode", "PVM - Profile Velocity Mode" oder "HM - Homing Mode" verwendet werden, so stehen diese weitestgehend identisch auch bei der EPOS4 zur Verfügung. Eine Anpassung des Anwendungsprogramms ist im besten Fall gar nicht notwendig oder nur bei Nutzung EPOS2-spezifischer Objekte und zusätzlicher Funktionen.
  • Falls eine der EPOS2 Betriebsarten "Position mode", "Velocity mode" oder "Current mode" verwendet wird, sind die EPOS4 "Cyclic" Betriebsarten "CSP", "CSV" und "CST" als Alternative geeignet. Das Anwendungsprogramm des Masters sollte auf dieser Basis mit vertretbaren Aufwand auf die EPOS4 und aktuelle CiA402 Standards angepasst werden können.
  • Falls "IPM - Interpolated Position Mode", "Master Encoder Mode" oder "Step-/Direction Mode" verwendet wird, bietet die EPOS4 keine(!) entsprechende Betriebsart an und eignet sich in der Regel nicht als Ersatz. 
    
    
• Es ist praktisch immer eine Anpassung des Anwendungsprogramm des Masters bei einem Wechsel von der EPOS2 auf die  EPOS4 notwendig!
  
  • Unter Kenntnis des verwendeten Masters und einiger Merkmale des Anwendungsprogramms ist eine erste grobe Aufwandsschätzung und Beratung betreffend notwendiger Schritte und Anpassungen möglich.

Querverweis:

Unter dem folgenden Link findet sich ein weiteres Dokument, in welchem die wesentlichen Unterschiede der EPOS4 im Vergleich zur EPOS2 (bzw. EPOS) ebenfalls beschrieben werden:
-> EPOS2 im Vergleich zur EPOS4: Anschlussstecker, Object Verzeichnis, Betriebsarten, Libraries