EtherCAT je prvi razvio jedan glavni PLC-ovi proizvođač naime Beckhoff Automation koji se koristi u sustavima upravljanja u stvarnom vremenu & industrijska automatizacija . Beckhoff Automation je 1980-ih razvio vlastitu verziju Fieldbusa kao što je LightBus za rješavanje problema propusnosti za druga sučelja. Dodatni rad na ovom protokolu konačno je rezultirao izumom EtherCAT. Beckhoff je 2003. lansirao EtherCAT protokol širom svijeta. Nakon toga su 2004. doprinijeli pravima EtherCAT Technology Group (ETG). ETG ima iznimno aktivnu skupinu razvijača i korisnika. Ovaj članak govori o pregledu Osnove Ethercata – rad s aplikacijama.
Što je Ethercat?
EtherCAT ili Ethernet Control Automation Technology je industrijski mrežni sustav koji ovisi o Ethernet sustavu koji se koristi za postizanje vrlo brze i vještije komunikacije. Dakle, EtherCAT je vrlo brza mreža koja se koristi za obradu podataka s namjenskim hardverom i softverom. Ova mreža koristi master-slave, full duplex konfiguraciju s bilo kojim topologija mreže .
Vrijeme potrebno za obradu 1000 I/O točaka je 30 sekundi i komunicira sa 100 servo osi unutar 100 us. Servo osi će dobiti postavljene vrijednosti za kontrolu podataka i izvješćivanje o stvarnom statusu. Ove su osi sinkronizirane kroz metodu distribuiranog takta koja je jednostavna verzija IEEE 1588 i smanjuje podrhtavanje na ispod 1 us. EtherCAT isporučuje brz izlaz jer se poruke obrađuju unutar hardvera prije nego što se premjeste sljedećem podređenom uređaju.
EtherCAT arhitektura
Dolje je prikazana EtherCAT mrežna arhitektura koja koristi princip master/slave za kontrolu pristupa mediju. U ovoj arhitekturi, EtherCAT master je obično kontrolni sustav koji koristi tipični Ethernet priključak kao i pohranjene podatke o mrežnoj konfiguraciji unutar ENI (EtherCAT Network Information) datoteke.
Datoteka EtherCAT mrežnih informacija jednostavno se stvara na temelju ESI (EtherCAT SlaveInformation) datoteka koje trgovci daju za svaki uređaj. Ovdje glavni čvor prenosi okvire podređenim čvorovima koji mogu umetati i uklanjati podatke iz tih okvira. Slave uređaji su čvorovi poput EPOS3 motornih pogona koji sadrže Ethernet priključke za komunikaciju preko EtherCAT mastera. Ovdje je EtherCAT master računalni uređaj koji se koristi za održavanje podatkovne komunikacije između mastera kao i različitih podređenih uređaja.
Kako radi EtherCAT?
EtherCAT se koristi za prevladavanje tipičnih grešaka industrijskog Etherneta kroz njegov način rada visokih performansi, gdje je obično dovoljan jedan okvir za prijenos i primanje kontrolnih podataka od i do svih čvorova. Protokol EtherCAT izgrađen je na fizičkom sloju Etherneta, međutim, EtherCAT koristi pristup obrade u hodu za prijenos i usmjeravanje poruka koji se također naziva komunikacija u hodu umjesto korištenja TCP/IP-a.
EtherCAT master i slave konfiguracije prikazane su u nastavku. U ovoj konfiguraciji, master Ethercat-a šalje paket podataka (telegram) kroz svaki slave koji se također naziva čvor.
Glavna značajka EtherCAT-a je da podređeni uređaji unutar gornje konfiguracije mogu čitati na drugi način jednostavno izvući povezane podatke potrebne iz telegrama i dodati informacije telegramu prije nego što se preseli u drugi čvor ili podređeni čvor. Dakle, telegram se kreće kroz sve povezane podređene uređaje i nakon toga se vraća glavnom.
EtherCAT protokol šalje telegram s master uređaja svim slave-ovima povezanim unutar mreže. Svaki podređeni uređaj unutar mreže može jednostavno pročitati podatke primjenjive na tog podređenog uređaja i dodati podatke u telegram prije nego što se on preseli u drugi čvor.
Čitanje i pisanje podataka jednostavno je omogućeno putem posebnog ASIC-a na svakom podređenom uređaju EtherCAT. U ovom pristupu, svaki podređeni će uvesti minimalnu odgodu u proceduru i sudari nisu izvedivi.
Protokol EtherCAT jednostavno pruža determinističku komunikaciju u stvarnom vremenu koja je kompatibilna sa sinkroniziranom i višeosnom kontrolom kretanja bez potrebe za dodatnim hardverom za postizanje sinkronizacije između nekoliko osi.
Tolerancija kvarova
U EtherCAT-ovoj glavnoj i podređenoj konfiguraciji, ako izlaz zadnjeg čvora nije povezan s glavnim, podaci se automatski vraćaju u drugom smjeru kroz EtherCAT protokol. Dakle, vremensko označavanje se održava.
Svaki čvor u gornjoj konfiguraciji označava vremenske oznake podataka nakon što su dobiveni, a nakon toga ponovno označava podatke nakon što ih prenese na drugi čvor. Posljedično, kad god master dobije podatke iz različitih čvorova, lako određuje latenciju svakog čvora. Prijenos podataka od mastera dobiva I/O vremensku oznaku od svakog čvora kako bi EtherCAT bio daleko determinističkiji i precizniji.
Tolerancija grešaka znači da mreže EtherCAT-a ne moraju biti povezane u prstenastu mrežu kao što je prikazano na gornjem dijagramu, ali se mogu povezati na različite načine, poput topologije stabla, topologije linije, topologije prstena, topologije zvijezde i također s kombinacije.
Naravno, između podređenih i nadređenih, mora postojati povezna traka. Nakon što ih isključite, više ne mogu raditi, iako je mrežna topologija vrlo fleksibilna i tolerira pogreške na izvrsnoj razini.
U EtherCAT sustavima preklopnici nisu potrebni kao što smo pronašli u Ethernetu. Moguće su duljine kabela između čvorova do 100 metara. Niskonaponska diferencijalna signalizacija na bakrenim kabelima s upletenim paricama radi pri maksimalnim brzinama uz vrlo nisku potrošnju energije. Dakle, također je moguće koristiti optičke kabele (FOC) za povećanje brzine i uključivanje galvanske izolacije između uređaja.
EtherCAT koristi Ethernet kabel koji može biti do 100 metara između dva čvora. Osim toga, protokol omogućuje prijenos podataka i napajanje putem jednog kabela. Ova vrsta veze koristi se za povezivanje različitih uređaja poput senzora s jednom linijom. Ako je udaljenost čvora veća od 100 m, tada se koristi optički kabel kao 100BASE-FX. Za EtherCAT je također dostupan kompletan asortiman Ethernet ožičenja.
EtherCAT okvir
EtherCAT protokol koristi tipični Ethernet okvir koji uključuje najmanje jedan ili više datagrama. U ovom okviru, zaglavlje datagrama će specificirati kakvu vrstu unosa glavni uređaj želi izvesti:
- Čitaj, piši, čitaj-piši.
- Pravo ulaska u određeni podređeni uređaj putem izravnog adresiranja ili pravo ulaska u različite podređene uređaje putem logičkog adresiranja.
Logičko adresiranje se koristi za proces cikličke razmjene podataka gdje svaki Datagram adresira točan dio slike procesa unutar segmenta EtherCAT protokola.
Svakom podređenom uređaju dodijeljena je jedna ili više adresa u ovom globalnom adresnom prostoru kroz uspostavljenu mrežu. Može se uzeti u obzir jedan datagram ako su nekoliko slave uređaja dodijeljene adrese unutar slične regije.
U EtherCAT-u, Datagrami uključuju informacije vezane uz pristup podacima, tako da glavni uređaj donosi odluku o tome kada pristupiti podacima.
Sigurnost protokola
Trenutno je sigurnost jedna od glavnih značajki čak iu polju automatizacije za prijenos podataka kao i komunikaciju. Dakle, EtherCAT koristi protokol Safety u sigurnosne svrhe dopuštajući jedini komunikacijski sustav za sigurnost i kontrolu podataka. Ova sigurnosna značajka također fleksibilno modificira podatke i proširuje arhitekturu sigurnosnog sustava, itd.
Sigurnosna tehnologija EtherCAT protokola ima TÜV certifikat i razvijena je na temelju IEC 61508 te je identična IEC 61784-3. Ovaj je protokol primjenjiv u sigurnosnim aplikacijama kroz razinu sigurnosnog integriteta jednaku SIL 3.
Ethercat protiv Etherneta
U nastavku se raspravlja o razlikama između EtherCAT-a i Etherneta.
|
EtherCAT |
Ethernet |
| EtherCAT je Fieldbus sustav temeljen na Ethernetu. | Ethernet je žična tehnologija računalnog umrežavanja. |
| Primjenjiv je iu mekim i tvrdim računalnim zahtjevima u stvarnom vremenu unutar tehnologije automatizacije. | Primjenjiv je u LAN-ovima, MAN-ovima i WAN-ovima. |
| Ethercat međunarodni standard je IEC 61158 | Međunarodni standard za Ethernet je IEEE-802.3. |
| Zahtijeva glavni/podređeni rad. | Ne zahtijeva glavni/podređeni rad. |
| Potrebna je topologija temeljena na prstenu. | Ne treba topologiju temeljenu na prstenu. |
| Optimiziran je posebno za kontrolu u stvarnom vremenu. | Nije optimiziran za kontrolu u stvarnom vremenu. |
| Optimiziran je za izbjegavanje kolizija podataka. | Nije optimiziran za izbjegavanje kolizija podataka. |
Ethercat protiv Profineta
U nastavku se raspravlja o razlikama između EtherCAT-a i Profineta.
|
EtherCAT |
Profinet |
| EtherCAT je jedna vrsta protokola koji se koristi za donošenje fleksibilnosti i snage Etherneta u industrijsku automatizaciju, sustave upravljanja u stvarnom vremenu, kontrolu kretanja i sustave za prikupljanje podataka. | Profinet je komunikacijski protokol koji se koristi za razmjenu podataka između kontrolera i uređaja. |
| EtherCAT pruža otvoreno rješenje po vrlo niskoj cijeni u usporedbi s PROFINET IRT i SERCOS III. | Profinet ne nudi otvoreno rješenje po nižoj cijeni. |
| Njegovo vrijeme odziva je 0,1 ms. | Njegovo vrijeme odziva je <1ms. |
| Ethercat podrhtavanje je < 0,1 ms. | Profinet podrhtavanje je < 1ms. |
Ethercat protiv CANopena
U nastavku se raspravlja o razlikama između EtherCAT-a i CANopena.
|
EtherCAT |
CANopen |
| Brzina sabirnice u Ethercatu je 100 Mbps. | Brzina sabirnice u CANopenu je 1 Mbps. |
| Način prijenosa koji se koristi u Ethercatu je full duplex. | Način prijenosa koji se koristi u CANopenu je half duplex. |
| Determinizam ili podrhtavanje između uređaja je nizak kao 1ns. | Determinizam ili podrhtavanje između uređaja je normalno 100 do 200 ns. |
| Jedan glavni se koristi s jednim ili više podređenih. | Jednostruki/višeglavni se koristi s jednim ili više podređenih uređaja. |
| Maksimalna udaljenost između uređaja je 100 metara. | Maksimalna udaljenost između uređaja uglavnom ovisi o brzini autobusa. |
| Komunikacijski priključak koji se koristi kao sekundarni je USB. | Komunikacijski port koji se koristi kao sekundarni je RS232. |
Ethercat protiv Modbusa
Razlike između EtherCAT-a i Modbus razmatraju se u nastavku.
|
EtherCAT |
Modbus |
| EtherCAT je sustav sabirnice polja temeljen na Ethernetu. | Modbus je serijski podatkovni komunikacijski protokol |
| Koristi obradu na principu letenja. | Koristi znakovne serijske komunikacijske linije. |
| EtherCAT se temelji na master i slave modelu. | Modbus se temelji na modelu zahtjev-odgovor. |
| Podržava sve mrežne topologije skoro. | Podržava samo topologije linija i zvijezda. |
| Ethercat je deterministički. | Modbus nije deterministički jer se temelji na TCP-u. |
Prednosti i nedostatci
Prednosti Ethercat protokola uključuju sljedeće.
- EtherCAT je izvanredna sabirnica polja koja se koristi u aplikacijama upravljanja kretanjem.
- Potvrđeno je da optimizira izvedbu stroja kroz svoju fleksibilnu topologiju, determinističku izvedbu i različit skup značajki.
- Jednostavno podržava cijelu CANopen obitelj i pogonski profil Sercosa. Ovo pomaže korisnicima da jednostavno urede EtherCAT mreže prema točnoj aplikaciji promjenom unaprijed definiranih osnovnih profila.
- Njegova redundancija također je moguća korištenjem topologije prstena. EtherCAT također koristi zvijezdu, stablo, liniju i topologija sabirnice .
- Ovaj protokol pruža veliku brzinu, manji promet podataka, manje troškove hardvera i veću preciznost i mehanizam sinkronizacije sata u usporedbi s Ethernetom.
- Ovom brzinom mreže također se može upravljati jer računala mogu imati problema s rukovanjem većom količinom ciklusa, stoga je optimizacija unutar EtherCAT-a moguća.
- Podržava gotovo sve topologije tako da se može koristiti u širokom rasponu aplikacija s tipičnim prekidačem koji se temelji na topologiji Ethernet zvijezde.
- Ethernet protokoli su vrlo sigurni, koriste se pojednostavljeni masteri, prostor za podatke je veći, a obrada je u hodu.
Nedostaci Ethercat protokola uključuju sljedeće.
- Glavni nedostatak EtherCAT-a je taj što pomoćni uređaji zahtijevaju umetanje specifičnog ASIC hardvera za izvođenje EtherCAT-a. Njegov podatkovni model iznimno je različit i vrlo ga je teško razumjeti.
Prijave
The aplikacije EtherCAT-a uključuju sljedeće.
- EtherCAT je primjenjiv u različitim područjima zahvaljujući mnogim značajkama kao što su izvrsne performanse, jednostavnost, robusnost, pristupačnost, integrirana sigurnost i fleksibilna topologija. Koristi se u različitim područjima kao što su alatni strojevi, robotika, tiskarske preše, preše, elektrane, trafostanice, ispitni stolovi, strojevi za zavarivanje, poljoprivredni strojevi, dizalice i dizala, vjetroturbine, strojevi za mljevenje, strojevi za odabir i postavljanje, strojevi za pakiranje, mjerenje sustavi, tvornice željeza i čelika, strojevi za papir i celulozu, sustavi upravljanja pozornicom, sustavi upravljanja tunelima itd.
- Primjenjiv je u mjerenju opreme, medicinskih uređaja, upravljanja strojevima, mobilnih strojeva, brojnih ugrađenih sustava i automobila.
- Ima izuzetno visoke performanse, jednostavan je za instalaciju i otvoreni protokol temeljen na sloju aplikacije koji se koristi u Ethernet aplikacijama
- Ovo je otvoreni komunikacijski sustav u stvarnom vremenu, koji se tako intenzivno koristi u automatiziranoj proizvodnji.
Dakle, ovo je pregled Ethercata – rad s aplikacijama. EtherCAT čini sustave i strojeve jednostavnijim, bržim i isplativijim. To je međunarodni IEC standard koji se ne zalaže isključivo za stabilnost, već i za otvorenost: do sada EtherCAT specifikacije nikada nisu mijenjane, već su samo kompatibilno proširene. EtherCAT se smatra 'Ethernet Fieldbus' jer spaja prednosti Etherneta sa standardnom jednostavnošću Fieldbus sustava i izbjegava složenost IT tehnologije. Evo pitanja za vas, što je Ethernet?
