Hvad er en EtherCAT: arkitektur, arbejde og dens applikationer

EtherCAT blev først udviklet af en major PLC'er producent nemlig Beckhoff Automation, som bruges i realtidsstyringssystemer & industriel automation . Beckhoff Automation udviklede deres egen Fieldbus-version som LightBus i 1980'erne for at løse problemet med båndbredde til andre grænseflader. Ekstra arbejde med denne protokol resulterede endelig i EtherCAT-opfindelsen. Beckhoff lancerede EtherCAT-protokollen i 2003 på verdensplan. Derefter bidrog de med rettighederne til EtherCAT Technology Group (ETG) i 2004. ETG har en ekstremt aktiv udvikler såvel som en brugergruppe. Denne artikel diskuterer et overblik over Grundlæggende om Ethercat – arbejde med applikationer.

Hvad er en Ethercat?

EtherCAT eller Ethernet Control Automation Technology er et industrielt netværkssystem, der afhænger af det Ethernet-system, der bruges til at opnå meget hurtig og mere dygtig kommunikation. Så EtherCAT er et meget hurtigt netværk, der bruges til at behandle data med dedikeret hardware og software. Dette netværk bruger en master-slave, fuld duplex-konfiguration med evt netværkstopologi .

Tiden det tager at behandle 1000 I/O-punkter er 30 sekunder og kommunikerer med 100 servoakser inden for 100 us. Servoakser vil få indstillede værdier til at kontrollere data og rapportere faktisk status. Disse akser synkroniseres gennem en distribueret clock-metode, der er en simpel IEEE 1588-version og reducerer jitter til under 1 us. EtherCAT leverer hurtigt output, fordi meddelelser behandles i hardware, før de flyttes til den næste slave.

EtherCAT-arkitektur

EtherCAT netværksarkitektur er vist nedenfor, som bruger master/slave-princippet til at kontrollere adgangen til mediet. I denne arkitektur er EtherCAT-masteren normalt det kontrolsystem, der bruger en typisk Ethernet-port samt den lagrede netværkskonfigurationsinformation i ENI-filen (EtherCAT Network Information).

EtherCAT Network Information-filen er simpelthen oprettet baseret på ESI-filer (EtherCAT SlaveInformation), som er givet af forhandlerne for hver enhed. Her sender masterknudepunktet rammerne til slaveknudepunkterne, som kan indsætte og fjerne data fra disse rammer. Slave-enheder er noder som EPOS3-motordrev, der indeholder Ethernet-porte til at kommunikere gennem en EtherCAT-master. Her er EtherCAT-masteren en computerenhed, der bruges til at opretholde datakommunikationen mellem masteren såvel som forskellige slaver.

Hvordan virker EtherCAT?

EtherCAT bruges til at overvinde de typiske fejl ved Industrial Ethernet gennem dets højtydende driftstilstand, hvor en enkelt ramme normalt er nok til at transmittere og modtage kontroldata fra og til alle noder. EtherCAT-protokollen er bygget på det fysiske lag af et Ethernet, men EtherCAT bruger en processing-on-the-fly-tilgang til transport og meddelelsesrouting, som også kaldes kommunikation-on-the-fly i stedet for at bruge TCP/IP.

EtherCAT-master- og slave-konfigurationerne er vist nedenfor. I denne konfiguration sender Ethercats mester en datapakke (telegram) gennem hver slave, som også kaldes en node.
Den vigtigste EtherCAT-funktion er, at slaverne i ovenstående konfiguration ellers kan udtrække blot de relaterede data, der kræves fra telegrammet og tilføje information til telegrammet, før det flytter ind i den anden knude eller slave. Så telegrammet bevæger sig gennem alle de tilsluttede slaver og kommer derefter tilbage til masteren.

EtherCAT-protokollen sender et telegram fra masterenheden til alle de slaver, der er tilsluttet i netværket. Hver slave i netværket kan ganske enkelt læse data, der gælder for den pågældende slave, og kan tilføje data til telegrammet, før det flytter til den anden knude.

Datalæsning og skrivning er simpelthen aktiveret gennem en speciel ASIC på hver slave af EtherCAT. I denne tilgang vil hver slave indføre en minimumsforsinkelse af proceduren, og kollisioner er ikke mulige.

EtherCAT-protokollen giver ganske enkelt realtids- og deterministisk kommunikation, der er kompatibel med synkroniseret og multi-akset bevægelseskontrol uden krav om ekstra hardware for at opnå synkronisering mellem flere akser.

Fejltolerance

I EtherCAT's master & slave-konfiguration, hvis output fra den sidste node ikke er allieret med masteren, returneres data automatisk i en anden retning gennem EtherCAT-protokollen. Så tidsstempling bibeholdes.

Hver node i ovenstående konfiguration tidsstempler dataene, når de er opnået, og derefter stempler den igen, når den transmitterer den til den anden node. Følgelig, når masteren får tilbage dataene fra de forskellige noder, så bestemmer den let hver nodes latenstid. Overførslen af ​​data fra masteren opnår et I/O-tidsstempel fra hver node for at gøre EtherCAT langt mere deterministisk og nøjagtig.

Fejltolerancen betyder, at netværkene i EtherCAT ikke behøver at være forbundet i et ringnetværk som vist i ovenstående diagram, men det kan forbindes på forskellige måder, såsom trætopologi, linjetopologi, ringtopologi, stjernetopologi og også med kombinationer.

Selvfølgelig skal der være en forbindelsesbane mellem slaverne og mesteren. Når du først frakobler dem, kan de ikke fungere, selvom netværkstopologien er meget fleksibel og tolererer fejl til et fremragende niveau.

I EtherCAT-systemer er switchene ikke nødvendige som det, vi har fundet i Ethernet. Kabellængderne mellem noder op til 100 meter er opnåelige. Lavspændingsdifferentialsignaleringen på de snoede kobberkabler fungerer ved maksimale hastigheder med meget mindre strømforbrug. Så det er også muligt at bruge fiberoptiske kabler (FOC'er) til at øge hastigheden og inkludere galvanisk isolation mellem enheder.

EtherCAT bruger Ethernet-kabel, der kan have en rækkevidde på op til 100 m mellem to noder. Derudover muliggør protokollen datatransmission og strøm gennem ét kabel. Denne form for forbindelse bruges til at forbinde forskellige enheder såsom sensorer med en enkelt linje. Hvis afstanden til noden er over 100m, bruges fiberoptikkabel som 100BASE-FX. Til EtherCAT er det komplette Ethernet-ledningssortiment også tilgængeligt.

EtherCAT-ramme

EtherCAT-protokollen bruger en typisk Ethernet-ramme, som indeholder minimum et eller flere datagrammer. I denne ramme vil datagramoverskriften specificere, hvilken slags entré masterenheden gerne vil udføre:

• Læs, skriv, læs-skriv.
• Adgangsret til en bestemt slaveenhed gennem direkte adressering eller adgangsret til forskellige slaveenheder gennem logisk adressering.

Den logiske adressering bruges til processen med cyklisk dataudveksling, hvor hvert datagram adresserer en nøjagtig brøkdel af procesbilledet inden for segmentet af EtherCAT-protokollen.

Hver slaveenhed er tildelt enkelte eller flere adresser i dette globale adresserum i hele det etablerede netværk. Et enkelt datagram kan overvejes, hvis flere slaveenheder tildeles adresser inden for en lignende region.

I EtherCAT inkluderer datagrammerne informationen relateret til dataadgang, således at masterenheden beslutter, hvornår den skal tilgå dataene.

Protokolsikkerhed

På nuværende tidspunkt er sikkerhed en af ​​hovedfunktionerne selv inden for automatiseringsområdet til dataoverførsel såvel som kommunikation. Så EtherCAT bruger protokollen Safety til sikkerhedsformål ved at tillade et eneste kommunikationssystem til både sikkerhed og kontrol af data. Denne sikkerhedsfunktion ændrer også data fleksibelt og udvider sikkerhedssystemets arkitektur osv.

Sikkerhedsteknologien i EtherCAT-protokollen er TÜV-certificeret og er udviklet baseret på IEC 61508 og er identisk med IEC 61784-3. Denne protokol er anvendelig i sikkerhedsapplikationer gennem et sikkerhedsintegritetsniveau svarende til SIL 3.

Ethercat vs Ethernet

Forskellene mellem EtherCAT og Ethernet diskuteres nedenfor.

Ethercat vs Profinet

Forskellene mellem EtherCAT og Profinet diskuteres nedenfor.

Ethercat vs CANopen

Forskellene mellem EtherCAT og CANopen diskuteres nedenfor.

Ethercat vs Modbus

Forskellene mellem EtherCAT og Modbus diskuteres nedenfor.

Fordele og ulemper

Ethercat-protokollens fordele omfatter følgende.

• EtherCAT er en fremragende Fieldbus, der bruges i motion control-applikationer.
• Den er verificeret til at optimere maskinens ydeevne gennem dens fleksible topologi, deterministiske ydeevne og forskellige sæt funktioner.
• Den understøtter ganske enkelt hele CANopen-familien og drevprofilen fra Sercos. Så dette hjælper brugerne med at arrangere EtherCAT-netværk nemt til den nøjagtige applikation ved at ændre foruddefinerede grundlæggende profiler.
• Dens redundans er også mulig ved hjælp af en ringtopologi. EtherCAT bruger også stjerne, træ, linje og bus topologi .
• Denne protokol giver høj hastighed, mindre datatrafik, færre hardwareomkostninger og mere præcision og synkroniseringsmekanisme af uret sammenlignet med Ethernet.
• Denne netværkshastighed kan også styres, fordi computerne kan have problemer med at håndtere det bedre antal cyklusser, så optimeringen inden for EtherCAT er opnåelig.
• Den understøtter næsten alle topologier, så den kan bruges i en lang række applikationer med den typiske Ethernet-stjernetopologi-baserede switch.
• Ethernet-protokoller er meget sikre, brug forenklede mastere, dataplads er mere, og behandling er på farten.

Ethercat protokol ulemper omfatter følgende.

• Den største ulempe ved EtherCAT er, at slaveenheder kræver at indsætte en specifik ASIC-hardware for at udføre EtherCAT. Dens datamodel er ekstremt anderledes og også meget svær at forstå.

Ansøgninger

Det applikationer af EtherCAT omfatte følgende.

• EtherCAT er anvendelig på forskellige områder på grund af mange funktioner som fremragende ydeevne, enkelhed, robusthed, overkommelig pris, integreret sikkerhed og fleksibel topologi. Det bruges inden for forskellige områder som værktøjsmaskiner, robotter, trykpresser, presser, kraftværker, transformerstationer, prøvebænke, svejsemaskiner, landbrugsmaskiner, kraner og elevatorer, vindmøller, fræsemaskiner, pluk- og placermaskiner, pakkemaskiner, måling systemer, Jern & stålværker, Papir & Papirmassemaskiner, Scenestyringssystemer, Tunnelstyringssystemer mv.
• Det er anvendeligt til måling af udstyr, medicinsk udstyr, maskinstyring, mobile maskiner, adskillige indlejrede systemer og biler.
• Den har ekstrem høj ydeevne, er enkel at installere og åben applikationslag-baseret protokol, der bruges i Ethernet-applikationer
• Dette er et åbent og realtidskommunikationssystem, der er så flittigt brugt i automatiseringsfremstilling.

Således er dette en oversigt over Ethercat – arbejde med applikationer. EtherCAT gør systemer og maskiner enklere, hurtigere og mere omkostningseffektive. Det er en international IEC-standard, der ikke udelukkende står for stabilitet, men også for åbenhed: Indtil nu er EtherCAT-specifikationerne aldrig blevet ændret, men kun udvidet kompatibelt. EtherCAT betragtes som 'Ethernet Fieldbus', da den kombinerer Ethernet-fordelene med standard Fieldbus-systemernes enkelhed og undgår IT-teknologiernes kompleksitet. Her er et spørgsmål til dig, hvad er Ethernet?