Hva er en EtherCAT: arkitektur, arbeid og dens applikasjoner

EtherCAT ble først utviklet av en major PLS-er produsent nemlig Beckhoff Automation som brukes i sanntidskontrollsystemer og industriell automasjon . Beckhoff Automation utviklet sin egen Fieldbus-versjon som LightBus på 1980-tallet for å løse problemet med båndbredde for andre grensesnitt. Ekstra arbeid med denne protokollen resulterte til slutt i EtherCAT-oppfinnelsen. Beckhoff lanserte EtherCAT-protokollen i 2003 over hele verden. Etter det bidro de med rettighetene til EtherCAT Technology Group (ETG) i 2004. ETG har en ekstremt aktiv utvikler samt en brukergruppe. Denne artikkelen diskuterer en oversikt over Grunnleggende om Ethercat – jobbe med applikasjoner.

Hva er en Ethercat?

EtherCAT eller Ethernet Control Automation Technology er et industrielt nettverkssystem som er avhengig av Ethernet-systemet som brukes for å oppnå svært rask og mer dyktig kommunikasjon. Så, EtherCAT er et veldig raskt nettverk som brukes til å behandle data med dedikert maskinvare og programvare. Dette nettverket bruker en master-slave, full duplekskonfigurasjon med en hvilken som helst nettverkstopologi .

Tiden det tar å behandle 1000 I/O-punkter er 30 sekunder og kommuniserer med 100 servoakser innen 100 oss. Servoakser vil få innstilte verdier for å kontrollere data og rapportere faktisk status. Disse aksene er synkronisert gjennom en distribuert klokkemetode som er en enkel IEEE 1588-versjon og reduserer jitter til under 1 us. EtherCAT leverer rask utgang fordi meldinger behandles i maskinvare før de flyttes til neste slave.

EtherCAT-arkitektur

EtherCAT nettverksarkitektur er vist nedenfor som bruker master/slave-prinsippet for å kontrollere tilgang til mediet. I denne arkitekturen er EtherCAT-masteren normalt kontrollsystemet som bruker en typisk Ethernet-port, så vel som den lagrede nettverkskonfigurasjonsinformasjonen i ENI-filen (EtherCAT Network Information).

EtherCAT Network Information-filen er ganske enkelt opprettet basert på ESI-filer (EtherCAT SlaveInformation) som er gitt av selgerne for hver enhet. Her sender masternoden rammene til slavenodene som kan sette inn og fjerne data fra disse rammene. Slaveenheter er noder som EPOS3-motorstasjoner som inneholder Ethernet-portene for å kommunisere gjennom en EtherCAT-master. Her er EtherCAT-masteren en datamaskinenhet som brukes til å opprettholde datakommunikasjonen mellom masteren og forskjellige slaver.

Hvordan fungerer EtherCAT?

EtherCAT brukes til å overvinne de typiske feilene til Industrial Ethernet gjennom sin høyytelses driftsmodus, hvor vanligvis en enkelt ramme er nok til å overføre og motta kontrolldata fra og til alle noder. EtherCAT-protokollen er bygget på det fysiske laget til et Ethernet, men EtherCAT bruker en prosessering-on-the-fly-tilnærming for transport og meldingsruting som også kalles kommunikasjon-on-the-fly i stedet for å bruke TCP/IP.

EtherCAT-master- og slavekonfigurasjonene vises nedenfor. I denne konfigurasjonen sender masteren til Ethercat en datapakke (telegram) gjennom hver slave som også kalles en node.
Den viktigste EtherCAT-funksjonen er at slavene i konfigurasjonen ovenfor kan lese ellers trekke ut de relaterte dataene som kreves fra telegrammet og legge til informasjon til telegrammet før det flytter inn i den andre noden eller slaven. Så telegrammet beveger seg gjennom alle slavene som er koblet til, og kommer deretter tilbake til masteren.

EtherCAT-protokollen sender et telegram fra masterenheten til alle slavene som er koblet til i nettverket. Hver slave i nettverket kan ganske enkelt lese data som gjelder for den slaven og kan legge til data til telegrammet før det flytter til den andre noden.

Datalesing og skriving er ganske enkelt aktivert gjennom en spesiell ASIC på hver slave av EtherCAT. I denne tilnærmingen vil hver slave innføre en minimumsforsinkelse i prosedyren og kollisjoner er ikke mulig.

EtherCAT-protokollen gir ganske enkelt sanntids og deterministisk kommunikasjon som er kompatibel med synkronisert og flerakset bevegelseskontroll uten behov for ekstra maskinvare for å oppnå synkronisering mellom flere akser.

Feiltoleranse

I EtherCATs master- og slavekonfigurasjon, hvis utgangen fra den siste noden ikke er alliert med masteren, returneres data automatisk i en annen retning gjennom EtherCAT-protokollen. Så tidsstemplingen opprettholdes.

Hver node i konfigurasjonen ovenfor tidsstempler dataene når de er oppnådd, og etter det stempler den igjen når den overfører den til den andre noden. Følgelig, hver gang masteren får tilbake dataene fra de forskjellige nodene, bestemmer den lett hver nodes latens. Overføringen av data fra masteren får et I/O-tidsstempel fra hver node for å gjøre EtherCAT langt mer deterministisk og nøyaktig.

Feiltoleransen betyr at nettverkene til EtherCAT ikke trenger å være koblet i et ringnettverk som vist i diagrammet ovenfor, men det kan kobles på forskjellige måter, som tretopologi, linjetopologi, ringtopologi, stjernetopologi og også med kombinasjoner.

Selvfølgelig, mellom slavene og mesteren, må det være en forbindelsesbane. Når du kobler dem fra, kan de ikke fungere, selv om nettverkstopologien er svært fleksibel og tolererer feil til et utmerket nivå.

I EtherCAT-systemer er ikke bryterne nødvendige som det vi har funnet i Ethernet. Kabellengdene mellom noder opp til 100 meter er oppnåelige. Lavspenningsdifferensialsignaleringen på de tvunnne kobberkablene fungerer ved maksimale hastigheter med svært mindre strømforbruk. Så det er også mulig å bruke fiberoptiske kabler (FOC) for å øke hastigheten og inkludere galvanisk isolasjon mellom enheter.

EtherCAT bruker Ethernet-kabel som kan ha en rekkevidde på opptil 100 meter mellom to noder. I tillegg muliggjør protokollen dataoverføring og strøm gjennom én kabel. Denne typen tilkobling brukes til å koble forskjellige enheter som sensorer med en enkelt linje. Hvis avstanden til noden er over 100m, brukes fiberoptikkkabel som 100BASE-FX. For EtherCAT er det komplette Ethernet-kablingsutvalget også tilgjengelig.

EtherCAT-ramme

EtherCAT-protokollen bruker en typisk Ethernet-ramme som inkluderer minimum ett eller flere datagrammer. I denne rammen vil datagramoverskriften spesifisere hva slags entré masterenheten vil utføre:

• Les, skriv, les-skriv.
• Rett til adgang til en bestemt slaveenhet gjennom direkte adressering eller rett til adgang til ulike slaveenheter gjennom logisk adressering.

Den logiske adresseringen brukes til prosessen med syklisk datautveksling der hvert datagram adresserer en eksakt brøkdel av prosessbildet innenfor segmentet til EtherCAT-protokollen.

Hver slaveenhet er tildelt enkelt eller flere adresser i dette globale adresserommet i hele nettverket som er etablert. Et enkelt datagram kan vurderes hvis flere slaveenheter er tildelt adresser innenfor en lignende region.

I EtherCAT inkluderer datagrammene informasjonen relatert til datatilgang, og dermed bestemmer hovedenheten når den skal få tilgang til dataene.

Protokollsikkerhet

For øyeblikket er sikkerhet en av hovedfunksjonene selv i automatiseringsfeltet for dataoverføring så vel som kommunikasjon. Så, EtherCAT bruker protokollen Safety for sikkerhetsformål ved å tillate et eneste kommunikasjonssystem for både sikkerhet og kontroll av data. Denne sikkerhetsfunksjonen modifiserer også data fleksibelt og utvider sikkerhetssystemarkitekturen osv.

Sikkerhetsteknologien til EtherCAT-protokollen er TÜV-sertifisert og ble utviklet basert på IEC 61508 og er identisk med IEC 61784-3. Denne protokollen er anvendelig i sikkerhetsapplikasjoner gjennom et sikkerhetsintegritetsnivå lik SIL 3.

Ethercat vs Ethernet

Forskjellene mellom EtherCAT og Ethernet diskuteres nedenfor.

Ethercat vs Profinet

Forskjellene mellom EtherCAT og Profinet er diskutert nedenfor.

Ethercat vs CANopen

Forskjellene mellom EtherCAT og CANopen er diskutert nedenfor.

Ethercat vs Modbus

Forskjellene mellom EtherCAT og Modbus er omtalt nedenfor.

Fordeler og ulemper

Ethercat-protokollfordeler inkluderer følgende.

• EtherCAT er en enestående feltbuss som brukes i bevegelseskontrollapplikasjoner.
• Den er verifisert for å optimalisere maskinytelsen gjennom sin fleksible topologi, deterministiske ytelse og forskjellige sett med funksjoner.
• Den støtter ganske enkelt hele CANopen-familien og drivprofilen til Sercos. Så dette hjelper brukerne med å ordne EtherCAT-nettverk enkelt til den nøyaktige applikasjonen ved å endre forhåndsdefinerte grunnleggende profiler.
• Dens redundans er også mulig ved å bruke en ringtopologi. EtherCAT bruker også stjerne, tre, linje og busstopologi .
• Denne protokollen gir høy hastighet, mindre datatrafikk, mindre maskinvarekostnader og mer presisjon og synkroniseringsmekanisme for klokken sammenlignet med Ethernet.
• Denne nettverkshastigheten kan også administreres fordi datamaskinene kan ha problemer med å håndtere det bedre antallet sykluser, og dermed er optimaliseringen innenfor EtherCAT oppnåelig.
• Den støtter nesten alle topologier slik at den kan brukes i et bredt spekter av applikasjoner med den typiske Ethernet-stjernetopologibaserte svitsjen.
• Ethernet-protokoller er veldig sikre, bruk forenklede mastere, dataplass er mer, og behandling er på farten.

Ethercat-protokollens ulemper inkluderer følgende.

• Den største ulempen med EtherCAT er at slaveenheter krever å sette inn en spesifikk ASIC-maskinvare for å utføre EtherCAT. Datamodellen er ekstremt forskjellig og også veldig vanskelig å forstå.

applikasjoner

De applikasjoner av EtherCAT Inkluder følgende.

• EtherCAT er anvendelig i forskjellige felt på grunn av mange funksjoner som utmerket ytelse, enkelhet, robusthet, rimelig, integrert sikkerhet og fleksibel topologi. Den brukes i forskjellige felt som verktøymaskiner, robotikk, trykkpresser, presser, kraftverk, transformatorstasjoner, testbenker, sveisemaskiner, gårdsmaskiner, kraner og heiser, vindturbiner, fresemaskiner, plukk- og plassmaskiner, pakkemaskiner, måling systemer, Jern & stålverk, Papir & Massemaskiner, Scenekontrollsystemer, Tunnelkontrollsystemer, etc.
• Det er anvendelig i måling av utstyr, medisinsk utstyr, maskinkontroll, mobile maskiner, en rekke innebygde systemer og biler.
• Den har ekstremt høy ytelse, er enkel å installere og åpner applikasjonslag-basert protokoll som brukes i Ethernet-applikasjoner
• Dette er et sanntids og åpent kommunikasjonssystem, så mye brukt i automatiseringsproduksjon.

Dermed er dette en oversikt over Ethercat – jobbe med applikasjoner. EtherCAT gjør systemer og maskiner enklere, raskere og mer kostnadseffektive. Det er en internasjonal IEC-standard som ikke utelukkende står for stabilitet, men også for åpenhet: til nå har EtherCAT-spesifikasjonene aldri blitt endret, men utvidet kun kompatibelt. EtherCAT regnes som 'Ethernet Fieldbus' ettersom den kombinerer Ethernet-fordelene med standard Fieldbus-systemenkelhet og unngår IT-teknologiens kompleksitet. Her er et spørsmål til deg, hva er Ethernet?